黑土区农田道路侵蚀特征及防控技术研究

发布时间：2020-07-19 04:02

【摘要】：田间道路是为满足农业物资运输、农业耕作和其它农业生产活动的道路。目前,山丘区耕地70%以上是坡耕地,田间道路的设计标准低,以土质路面为主;为减少占地,路面宽度3 m,在田间道路标准的下限;绝大多数道路两侧无排水,土质路面表层碾压作用导致超渗产流,加上两侧农田径流汇入道路排水,加剧了农田土质道路的冲刷,形成沟壑,蚕蚀农田,严重影响农业生产。我国对道路侵蚀研究起步较晚,现阶段工作重点也多集中于公路建设的侵蚀问题,对于低等级道路的报道较少,尤其是对黑土区农田道路的侵蚀研究较为匮乏。本文通过人工模拟与田间试验相结合,分析了地形、坡度、降雨等因素对东北黑土区农田不同路面类型道路产流、产沙过程的影响,揭示了农田道路侵蚀规律;并进行了农田道路侵蚀防控技术的探索性研究,得出以下几点结论,以期对黑土区农田道路侵蚀防控工作提供理论参考。(1)试验雨强在60 mm/h以上时,各路面产流时间均在2 min以下,径流量主要变化于56.3~61.8 mm;随着降雨强度增加,土壤侵蚀速率增大1.8~11.0倍,随着坡度增加,土壤侵蚀速率增大1.2~10.0倍。径流量受降雨强度影响程度强于受坡度影响程度;路面含沙量随降雨强度和坡度增加逐渐增大。路面径流流速随降雨强度和坡度增加而增大,变化于2.07~3.80 cm/s之间,但随着雨强的增大坡度影响逐渐降低;降雨强度和坡度增加均会导致雷诺数增大;弗雷德数受降雨强度和坡度的影响不大,变化于0.17~0.30之间;阻力系数随降雨强度和坡度增加明显降低。(2)土质农田道路路面细沟侵蚀多发生于路面下坡处,路面产流时间在2 min以下,且随降雨场次增加而逐渐提前;径流系数差异较小,处于93.0%~96.1%之间。通过路面含沙量变化将细沟侵蚀过程大致分为面蚀、细沟雏形、沟头溯源侵蚀与沟壁崩塌侵蚀四个阶段。细沟侵蚀速率能很好的表达路面侵蚀情况,其与路面侵蚀速率相关系数高达0.967,细沟割裂度是描述细沟形态特征的最优指标。(3)土质平坦、土质车辙、砂石平坦、土质犁痕四种黑土区常见农田道路路面降雨产流时间在2 min以下,各路面径流系数差异不大,处于71.6%~88.8%,产流过程相似,降雨前期产流量增加速度较快,在降雨10 min左右时进入稳定阶段;各路面侵蚀速率差异明显,分别为3.38 g·m~(-2)·min、15.43 g·m~(-2)·min、2.48g·m~(-2)·min、8.86 g·m~(-2)·min,产沙过程有明显的区别,土质平坦路面、砂石平坦路面与土质犁痕路面在降雨开始5 min内产沙量迅速增长,而后土质平坦路面与砂石平坦路面产沙量逐渐趋于稳定,土质犁痕路面产沙量有持续增加趋势,而土质犁痕路面产沙量在降雨前期由一个较高值开始迅速降低,而后在较高水平内上下波动。四种路面细沟发育情况差异明显,土质车辙路面细沟发育较快;土质平坦路面产生细沟多于土质车辙路面,细沟发育结束较早;砂石平坦路面产生细沟较少且发育缓慢。(4)野外道路侵蚀防控措施效果明显,布设石坎措施的路段侵蚀量相比于无措施路段降低4.8~19.3倍;随着石坎数量的增加,细沟侵蚀的防控效果增加22.1%~36.3%。同时,本技术的实施对试验区内环境恢复起到了良好的效果。证明该技术是一种造价低、效益高的新型道路侵蚀防控措施。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157.1
【图文】：

空间分布图,细沟,溯源侵蚀,同时对比

20第三次降雨第四次降雨图 4.1 连续四次降雨后细沟空间分布图Tab.4.1 The spatial distribution of fine gully after four consecutive rainfall由表 4-1 可知，溯源侵蚀速率呈逐渐减小趋势，在第二次降雨达到最高值近第三次降雨的 3.5 倍；同时对比每次降雨后的细沟平均长、宽、深，发现降雨进行，细沟宽度明显增加。说明第一次降雨至第二次降雨路面细沟侵蚀以溯源侵蚀为主，后两次降雨则以沟壁崩塌侵蚀为主要侵蚀方式，这与沈海[54]研究成果相似。

原貌,道路

防控显得尤为重要。本研究针对黑土区坡耕地农区田间道路侵蚀问题，提出了土蚀防控技术，并结合田间试验结果对该技术的机理及防控效应进行了较为系统研究区域的田间道路特征试验路段位于吉林省四平市伊通满族自治县西苇镇椽子沟村村北坡耕地田间道均降雨量为 610 mm。路段坡度为 8°，路面宽约为 4 m，长 50 m，为裸露土质耕作传统与历史遗留的原因，该区域坡耕地田间道路均无排水系统，在雨季这些田间道路成为径流通道，加速了道路侵蚀进程。截止试验开始前，该路段路发生已有 5 年，路面已有明显的侵蚀沟形成，沟宽基本达到 1.6 m、深 0.3 m，侵蚀沟开始向两侧发育，向外发育的沟缘线已经与耕地相接，侵占农田；向内发育的沟毁路基，破坏交通，对当地农业活动造成较大影响（见图 6.1）。每年雨季造成大失，严重制约了当地农业生产与经济发展。且随着沟道不断发育，在雨季时汇集极易发生山洪灾害，对下游村庄安全也造成较大隐患。

示意图,道路侵蚀,示意图,石坎

形状设计为两端高，中央低的 U 形界面，两端与中央相对高差为 10 cm，石坎表面高出地面 5 cm。强降雨后定期调查路面形态变化，调查路面产生的细沟形状参数。图6.2 道路侵蚀防控技术措施布设示意图Fig.6.2 Road erosion prevention and control technical measures layout diagram

【参考文献】