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植被根系影响下河岸冲刷过程的定量研究

陈志康  
【摘要】:荒漠河岸植被在减小河岸侵蚀,防止水土流失方面发挥着重要作用。为探讨不同根系特征对河岸冲刷过程的定量影响,本文选取当地优势灌木红柳、乔木胡杨根系为研究对象,通过室内水槽试验,揭示了不同根系特征对非粘性土和粘性土河岸冲刷过程的定量影响,为干旱区荒漠植被根系影响下河岸侵蚀机理研究提供补充。主要结论如下:(1)非粘性土河岸在无植被条件下河岸崩塌类型以落崩为主,崩塌形式主要有倒崩、拉伸和剪切破坏,其崩塌机理为上部土层悬空宽度达到临界值后,发生旋转崩塌;有植被条件下崩塌形式以挫崩为主,机理为岸坡顶部先出现纵向小裂隙,然后根土胶结块体沿滑裂面向下塌落,多为平面滑动破坏;粘性土河岸在根系作用下崩岸机理为坡脚处形成小凹槽,凹槽上部的根土粘结体沿滑裂面塌落水中,多发生圆弧滑动破坏。(2)根系网络作用对河岸固土效应显著。非粘性土河岸中,河岸的固土能力提高了18%~45%;河岸崩塌量与根表面积密度(R_(SAD))之间呈对数递减关系;非粘性土河岸同种植被根系间,V型根网络作用较竖直根,红柳和胡杨根系固土效应分别提高了105.3%、118.7%;不同植被根系间,在同一竖直、V型根形态下,红柳较胡杨的分别提高了39.6%和30.4%;红柳根系较胡杨的固土效应平均提高了35.1%。粘性土河岸中,河岸固土能力提高了30%~56%;河岸崩塌量与根表面积密度(R_(SAD))的关系为先减后增,即R_(SAD)的固土作用表现为先增强后减弱的趋势;粘性河岸同种植被下,V型根网络作用较竖直根,红柳和胡杨根系固土效应分别提高了27.1%、18.6%;不同植被在同一竖直、V型形态下红柳相较于胡杨分别提高了19.6%和28.1%,红柳根系较胡杨的固土效应平均提高了24.2%。(3)根系护挡作用对近岸流场影响显著,主流方向的平均流速从大于横向和垂向流速一个数量级逐渐变为同一数量级。非粘性土河岸中根系护挡作用下近岸水流流速减小为无根系的0.2~0.33倍;粘性土河岸中减小为0.45~0.67倍,其紊动能减小为0.75~0.91倍。(4)根系作用下河岸崩塌体在坡脚处的堆积形式主要为三角形,三角形的坡度近似等于水下泥沙休止角;对比无根系河岸,有根系河岸在河岸崩塌后,其坡脚堆积体的比例明显增大。根土胶结/粘结崩塌体在河道中的分解速率为红柳胡杨素土。(5)非粘性土河岸根土胶结体分解过程中,V型根的牵拉防护作用优于竖直根;有根系河岸中根系对河床的牵拉防护系数在实际中可按1.15~2.52进行估算;粘性土河岸中根系的牵拉作用越强,根土粘结体被分解的时间越长;红柳根系的牵拉作用大于胡杨根系,根系的牵拉作用对河床保护贡献值平均提高了20%左右;河床累计淤积率与根长密度(R_(LD))呈正相关,根长密度越大,累计淤积率越大,河床上的淤积量越大。


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