黄土丘陵沟壑区沟道土地整治次生灾害防控工程技术初步研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:doudou2008
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黄土丘陵沟壑区自2010年实施沟道土地整治工程以来,目前整治土地约50万亩,潜在整治土地面积巨大。沟道土地整治工程主要通过利用废旧淤地坝或者兴建挡土墙以形成拦土控制工程,再通过切削沟道两岸边坡回填沟道,迅速形成高质量耕地,缓解土地资源紧张,以保障“退耕还林(草)”成果、“土地安全”与“粮食安全”。这种土地整治方式形成的混合土壤土地,往往阻断了原始沟道流路,造成沟道新造地土壤蓄水量明显上升,从而导致新造地出现不均匀沉降,次生盐碱化,坝体管涌等次生灾害。本研究针对此类灾害现象,以新造地土壤不同情况下的入渗特性为切入点,结合暴雨设计标准和相关规范,研究了混合土壤的入渗特性,设计一种利用碎石与盲沟相结合的适用于新造地的排水方式,并通过后期原型监测验证其有效性,获得如下主要结论:(1)新造地土壤基本特征:黄土丘陵沟壑区新造地混合土壤由马兰黄土、黄绵土、黑垆土和古土壤组成,占比约为2:5:2:1。在新造地0~350 cm的土深范围内,土壤机械组成大致相同,粘粒含量在14.8%~21.64%之间,粉粒含量在18.98%~24.61之间,砂粒含量在54.87%~66.26%。新造地土壤最大入渗速率约为3.91×10-1cm/min,稳定入渗速率约为1.64×10-2cm/min,其稳渗率分别低于相同地区梯田66.53%、果园65.11%和坝地57.95%。说明新造土地由于夹杂马兰黄土、古土壤,成分复杂,有机质、团聚体含量少、透水差,容易积水、漏水,诱发次生灾害。(2)新造地土壤入渗特性:在试验条件下,新造地土壤上层容重由1.2 g/cm3上升至1.5g/cm3的过程中,土壤最大入渗速率由6.19×10-1cm/min下降至3.09×10-1cm/min,稳定入渗速率由2.16×10-2cm/min降至1.13×10-2cm/min。入渗停止时间,相同深度的出渗开始时间和结束时间均随土壤上层容重的增大而延长。入渗后的土壤含水率与电导率皆随土深增大波动上升,在上表层容重不同区域,土壤含水率随容重增大而减小,在下部容重相同区域又再次趋于稳定,而土壤上表层容重变化对土壤电导率垂向分布影响不大。进一步的土柱试验拟合表明,Horton入渗模型相较kostiakov、Philip和通用经验入渗模型,能更好的反映其入渗规律。(3)新造地排水设计及次生灾害防控效果:试验及模拟表明,新造地不同深度的降水补给量与土壤深度呈指数性负相关关系,排水工程布置在地下深度1 m~3 m的范围内较为适宜。依据相关规范,以延安羊圈沟小流域20年1遇1 h暴雨作为设计标准,为羊圈沟沟道土地整治设计了排水设施:采用碎石矩形盲沟形式、布设三条盲沟长分别为60 m,30 m,30 m,矩形断面尺寸为1 m×0.5 m,坡降不小于5%。盲沟整体用粒径40~80 mm级配良好的碎石分层填充,控制孔隙率在50%左右,并用无纺土工布包裹搭接。盲沟整体深度介于0.7 m~4.5 m之间,新造地土壤渗流由盲沟流路汇集并流经坝底,在坝后设计“全埋型”水窖进行收集与利用。工程于2019年8月建成,取样监测发现,与无措施的沟道新造地对比,碎石盲沟排水工程在应对54.2 mm的次降雨环境下,可使新造地土壤含水率增幅相对降低46.81%,最大土壤含水率绝对值降低1.53%;同时使新造地土壤电导率增幅相对降低3.61%,土壤最大电导率降低15.41μs/cm;碎石盲沟排水工程可长期、有效降低因降雨造成的土壤含水率和电导率的增长趋势,从而降低沟道发生次生灾害的可能性,提升沟道新造地的风险响应能力。
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