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《水土保持研究雜志》2014年第三期

1材料與方法

1．1研究區(qū)概況研究區(qū)位于福建省安溪縣，該縣崩崗數(shù)量12828個，占全省崩崗總數(shù)的49．28％，是南方崩崗侵蝕最為嚴重的區(qū)域之一，具有較好的代表性。研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫16～22℃，年均降雨量1600～2000mm，降雨的季節(jié)分配不均勻，每年的3—6月份為梅雨季節(jié)，7—9月份受臺風(fēng)影響大，暴雨增多。本研究選取安溪縣龍門鎮(zhèn)洋坑村活動型崩崗為研究對象［10］，該崩崗從上到下紅土層、砂土層和碎屑層發(fā)育完整，以長石類礦物為主，其次是石英和云母，土體屬于花崗巖類，整個崩壁高度為32．5m。

1．2野外選點及土壤樣品的采集在典型崩崗上選取近11m的崩壁進行采樣，共采集22層土樣進行相關(guān)實驗。由于紅土層滲透過程較為復(fù)雜［8－10］，所以對紅土層加密取樣，砂土層和碎屑層采取等間距取樣，具體采樣方法見表1。土樣采集和分析都在2013年8月進行。

1．3土體滲透特性的測定采用“環(huán)刀法”測定土樣滲透特性［13］，將環(huán)刀采回的土樣進行從上到下預(yù)飽和處理。為提高實驗精確度，在環(huán)刀下面放置電子天平，下滲水量直接用電子天平稱重，通過重量與體積換算得到下滲水的體積。從滴下第一滴水開始計時，前兩分鐘每隔30s記一次重量，然后每隔1min記錄一次，到30min后每隔2min記錄一次，60min后每隔5min記錄一次，至滲透達到穩(wěn)定入滲為止。

1．4土壤理化性質(zhì)的測定和相關(guān)指標的確定方法（1）土壤理化性質(zhì)的測定方法。土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法［14］；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀消煮法［14］，＞0．25mm水穩(wěn)性團聚體采用干篩法和濕篩法［15］。土壤質(zhì)地分析方法：＞0．25mm粒徑的土粒采用篩分法［14］，＜0．25mm粒徑的土粒采用粒度儀分析，設(shè)備為丹東百特儀器有限公司生產(chǎn)的BT－9300ST激光粒度分布儀。

2結(jié)果與分析

2．1崩崗?fù)馏w滲透特性

2．1．1崩崗?fù)馏w不同土層滲透穩(wěn)定過程滲透是水分在重力作用下的垂直運移，土壤滲透特性是影響其水分運動和抗蝕性能的重要指標。圖1—3分別是紅土層、砂土層和碎屑層土體的滲透速率和時間的關(guān)系趨勢圖，從圖中可以看出，除表層0．1m土層外，崩崗?fù)馏w整體滲透性能較差。從圖中可以看出，紅土層（0～1．8m）滲透速率波動相對較大，在10～15min滲透速率相對穩(wěn)定，其次為碎屑層（6．8～10．8m），在5～10min滲透速率相對穩(wěn)定，砂土層的滲透過程最為平緩，且紅土層的穩(wěn)定滲透速率要大于砂土層和碎屑層。袁東海等［17］對鄂東南紅壤水分擴散和入滲的研究也表明表土層的水分入滲要大于心土層和底土層，這說明紅土層的蓄水空間要大于砂土層和碎屑層，也更容易吸水達到重量極限而產(chǎn)生崩塌。

2．1．2崩崗垂直剖面飽和導(dǎo)水率KS變化規(guī)律飽和導(dǎo)水率KS是土壤孔隙全部充滿水，在單位梯度作用下，垂直于水流方向的單位面積土壤的水流通量［18］，飽和導(dǎo)水率KS在數(shù)值上等同于土壤在飽和狀態(tài)下的穩(wěn)定滲透系數(shù)。崩壁是崩崗的重要組成部分，其飽和導(dǎo)水率KS變化直接影響崩壁的崩塌。圖4是崩壁垂直剖面飽和導(dǎo)水率KS隨土層深度的變化特征，可以看出，表層0．1m土層KS較大，為1．2mm／min，KS在0．2m處陡然降低到0．43mm／min，降低了64．17％，在0．3～1．2m土層，KS的值非常低，基本在0．10mm／min上下，到砂土層KS稍微增大，但明顯小于紅土0．1m處的飽和導(dǎo)水率，到碎屑層基本維持在0．5mm／min以下。從整個剖面來看個別點稍微異常，如7．8m處KS達到0．76mm／min，可能是因為大顆粒含量較大，石礫和砂礫含量達到了87．13％，也可能是個別土層微節(jié)理的存在，導(dǎo)致其飽和導(dǎo)水率偏大。從崩壁土體飽和導(dǎo)水率KS的變化情況可以得出，表土層0．1m處入滲性能較好，但在0．1m表層以下，尤其是在20—40cm土層，土體滲透性能較差，飽和導(dǎo)水率KS維持在較低水平，所以這一層為弱透水層。弱透水層是指透水性相當差的巖層，沒有具體的量化指標，是一個相對的概念［19］。水分進入弱透水層，很難向下入滲。弱透水層的存在可能是因為土體容重較大，水分難以下滲，加之弱透水層上部的土體在雨滴打擊下，致使土體分散，細顆粒隨水流向下入滲，堵塞水分進入土壤的通道。弱透水層向下，土體入滲能力增強，然后降低，最后逐漸趨于平緩。

2．1．3崩崗垂直剖面飽和導(dǎo)水率KS對崩壁崩塌的影響在一定的降雨入滲條件下，表層水分滲透性能優(yōu)于弱透水層，導(dǎo)致表層土體不斷遭到?jīng)_刷剝蝕，隨著入滲時間的延長，水分由不透水層向下入滲進入砂土層，由于砂土層的飽和導(dǎo)水率KS大于弱透水層和碎屑層，所以水分由砂土層向碎屑層縱向運移受阻，開始側(cè)向運移，產(chǎn)生側(cè)向的應(yīng)力，這樣在弱透水層和碎屑層之間，形成了潛在的崩塌體。一旦側(cè)向應(yīng)力大于土體的抗剪強度，潛在崩塌體就會沿著斷裂面產(chǎn)生崩塌。此時，崩塌體上部的弱透水層形成臨空面，在持續(xù)小型降雨條件下，臨空面不斷吸水增重，導(dǎo)致土體質(zhì)量增大，如果超過土體承載極限，就會發(fā)生坍塌。林敬蘭等［10］在研究崩崗的滲透特性時指出，砂土層的位置可能存在弱透水層，阮伏水［20］在崩崗溝侵蝕機理探討時認為抗侵蝕能力較弱的砂土層是導(dǎo)致花崗巖崩崗侵蝕特別嚴重的重要原因，通過對崩壁垂直剖面密集采樣，得出崩崗的發(fā)生發(fā)展是因為弱透水層和軟弱砂土層存在的緣故。在表層0．1m以下的紅土層存在弱透水層，弱透水層的存在使水分向下運移的通道被堵，在大暴雨情況下，降雨量大于水分滲透速率，地表徑流增大，表土很容易被沖刷，崩崗侵蝕的概率增大。加上軟弱砂土層的存在，在梅雨期間夾雜高強度的暴雨，更容易發(fā)生崩崗侵蝕危害。

2．2崩壁土體滲透影響因素研究滲透是水分進入土壤的初級過程，土壤理化性質(zhì)對其具有重要影響。選取容重、有機質(zhì)含量、分形維數(shù)、＞0．25mm水穩(wěn)性團聚體含量、水穩(wěn)系數(shù)、石礫含量、砂礫含量、粉粒含量、黏粒含量、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度為指標對滲透影響因素進行研究，各指標土體性質(zhì)的統(tǒng)計特征值見表2。將容重、有機質(zhì)、分形維數(shù)、＞0．25mm水穩(wěn)性團聚體含量、水穩(wěn)系數(shù)、石礫、砂礫、粉粒、黏粒、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別設(shè)為X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，穩(wěn)定滲透系數(shù)為Y，考慮到紅土層弱透水層占整個紅土層層次的2／3和其特殊性，在分析不同土層滲透影響因素時，紅土層分析弱透水層0．2～1．2m、砂土層2．3～5．8m、碎屑層6．8～10．8m，通過對不同土壤指標因子和穩(wěn)定滲透系數(shù)進行逐步回歸分析，定量研究各因子對崩崗滲透性能影響的相對重要性。進行回歸方程分析時，采用回歸系數(shù)的調(diào)整系數(shù)R2adj和回歸方程每增加一個因素時回歸系數(shù)的改變量R2C為判定各因子對滲透性能影響程度的指標。通過對弱透水層、砂土層和碎屑層滲透影響因素和飽和導(dǎo)水率KS進行回歸分析，三個層次的回歸模型分別為：表4是各因子進入回歸方程時，R2adj和R2C的統(tǒng)計值。可以看出弱透水層最先進入回歸方程的是容重，能解釋弱透水層滲透影響因素的68．9％，然后是分形維數(shù)和非毛管孔隙度，分別解釋了影響因素的28．6％和2．4％。說明弱透水層的存在可能是因為容重較大，土壤質(zhì)地比較緊實，導(dǎo)致水分下滲的通道被堵塞。砂土層進入回歸方程的因子是黏粒，能解釋該層滲透影響因素的66．3％，適當?shù)酿ち：坑兄谕寥缊F粒結(jié)構(gòu)的形成，團粒結(jié)構(gòu)好的土壤，相應(yīng)的土壤孔隙增大，水分運動的通道增加，導(dǎo)水率提高，滲透性能增加。而崩崗砂土層的黏粒含量較少，有機質(zhì)和團聚缺乏，滲透性能較差。碎屑層進入回歸方程的因子依次為分形維數(shù)、黏粒含量和容重，而分形維數(shù)能解釋該入滲影響因素的99．1％，黏粒含量和容重只有6．0％。分形維數(shù)反映了土壤質(zhì)地情況，和黏粒含量密切相關(guān)［21］，崩崗碎屑層［22］土壤花崗巖原生構(gòu)造，以石礫和砂礫含量為主，抗沖、抗蝕性能非常低。

3結(jié)論

對崩壁土體的滲透性能研究表明：總體上崩壁土體滲透性能較差，且紅土層滲透性能優(yōu)于砂土層和碎屑層，在表層0．1m以下存在弱透水層，弱透水層的厚度大約1m。分別對影響弱透水層、砂土層和碎屑層滲透的主要因子進行回歸分析，三個土層主要滲透影響因子不同，且同一因子對不同土層的影響程度也存在差異。影響弱透水層滲透的主要因子是容重和土壤顆粒分布情況，二者能解釋擬合回歸方程的97．6％，影響砂土層滲透的主要因子是黏粒含量，能解釋擬合回歸方程的66．3％，影響碎屑層滲透的主要因子是顆粒分布情況，能解釋擬合回歸方程的99．4％。本研究選取完整的崩壁垂直剖面對不同土層的滲透特征和影響滲透的因素進行研究，為進一步認識崩壁土體的水分特征提供了一定參考。但在崩崗剖面水分的分布和運移規(guī)律方面，有待進一步探討。

作者：張燕黃炎和林金石葛宏力蔣芳市朱高立林超鵬單位：福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院