三峡库区土质道路侵蚀过程与模拟研究

来源 :中国科学院生态环境研究中心 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigcat8194
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由于生产和生活需要,在山区小流域,必然存在由一系列土质道路组成的路网体系。作为一种特殊的土地利用方式,土质道路显著改变了下垫面土壤和水文特征,是一类不同于一般坡面、沟谷的特殊侵蚀环境。由于土质道路独特的产流产沙规律,其侵蚀已引起了许多学者的关注。本文在对三峡库区王家桥小流域的土质道路调查基础上,选择不同类型路面的土质道路,在人工模拟降雨条件下,定量研究土质道路侵蚀规律,利用KINEROS2模型对土质道路降雨—径流—泥沙过程进行了定量模拟,并对土质路网对流域汇水过程的影响进行了初步探讨,取得如下重要结果:   (1)考虑土质道路管护方式及车流量,三峡库区小流域典型土质道路可分为Ⅲ级:Ⅰ级土质路人车流量大,路面较宽,对流域地形改变较大,对侵蚀产沙过程有着独特的影响;Ⅱ级土质路能通行汽车等较大型车辆,是小流域内主要道路,宽度小于Ⅰ级路,对地形改变也较大,主要是Ⅰ级路与大型村落之间的道路;Ⅲ级土质路能通行拖拉机等小型机动车辆,人车流量很少,对地形改变程度较轻,很多情况下表现出顺从地形的分布特征,多见于Ⅱ级路至单独农户间的道路。   (2)与耕地、林草地、荒地等土地利用类型相比,土质道路被高度压实,容重大、饱和导水率低。但使用强度和管护方式的差异致使土质道路的容重、路面浮土、杂草盖度、饱和导水率等差异显著。车流量高的Ⅰ级土质路容重>1.9 gcm-3,饱和导水率<2.5 mm h-1,路面浮土量在0.27~).33 kg m-2。与其相比,连接Ⅰ级或Ⅱ级土质路与村落的Ⅲ级土质路,车流量较少,容重要小15%~25%,路面浮土量仅0.05~0.19kg m-2,饱和导水率是干道的2~4倍,而杂草盖度要高一个数量级。   (3)被高度压实的土质道路产流速度快,仅1~3 mm降雨量就能够导致路面产生径流,7~10 mm的降雨量使径流趋于稳定,径流系数超过60%,特别是流域Ⅰ级土质路的径流系数超过70%,平均和峰值径流量可高达46.1 ml s-1和52.1ml s-1,比Ⅲ级土质路高50%和40%。   (4)由于土质路面有大量浮土,当路面出现径流时将冲刷和搬运这些浮土,从而导致初始径流含沙量高,然后快速下降并趋于稳定。由于路面浮土量大和在降雨过程中形成人工细沟的车辙等原因,导致使用强度较高的Ⅰ级土质路平均泥沙浓度是其它路段的2~4倍,最大泥沙浓度高于其它路段30~150%,而土壤流失率则达3~4倍。   (5)土质道路的容重和路面浮土与径流系数和土壤流失量呈显著正相关,饱和导水率与径流系数和土壤流失量之间有显著的负相关关系,碎石盖度与径流系数均呈显著正相关。路面杂草能显著减少径流,防治路面侵蚀。   (6)KINEROS2模型在预测径流总量上效果较好,预测值与实测值的偏差小于3mm,但人为干扰较大的Ⅰ级土质道路的模拟产流速率与实测值有明显差别,累计径流量的模拟值小于观测值。在土壤流失过程的模拟中土壤累计流失量效果较好,但模型过程效果较差,尤其在Ⅰ级和Ⅱ级土质道路的模拟中,初期明显低于实测值,而后期要高于实测值。从确定系数看,Ⅲ级土质道路的确定系数都在0.8以上,Ⅰ级土质道路对过程模拟效果最差,特别是泥沙模拟的确定系数仅0.6。模拟结果表明,虽然在基于场次降雨的模拟过程中模拟值和实测值存在一定偏差,KINEROS2模型在三峡库区土质道路的产沙、产流预测中有较好的应用前景。   (7)流域汇水是一个复杂的过程,受到地形地貌等自然因素和人为因素的共同影响。在以DEM为基础的流域汇水过程分析中,仅考虑了地形方面的影响,没有考虑到道路等一些人为因素对水流方向的影响。针对不同级别的道路,应用实地调查数据改进了流域汇流过程算法,与实际情况更为吻合,能够更好的为后续水土流失过程分析提供正确信息。
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