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渣场是水电站建设项目水土流失最敏感的部位之一,弃渣堆积过程破环了原有岩土结构、地形和植被,且堆积坡度大,稳定性差,岩土侵蚀程度剧烈,岩土侵蚀类型多样。本研究以丽江金安桥水电站开发建设项目形成的弃渣场为例,运用调查、试验和定位观测的方法,揭示了岩土侵蚀内涵与原地貌土壤侵蚀的本质区别;对不同类型不同堆积年限的弃渣场的土壤侵蚀因子通过测定、调查和试验,从微型小区尺度上和弃渣场尺度上研究了弃渣场岩土侵蚀的特征和规律。在此基础上提出弃渣场岩土侵蚀控制的措施建议。
(1)水电站项目建设过程中形成的弃渣场,除了普遍发生的面蚀、沟蚀外,还出现了沉陷侵蚀、砂砾化面蚀、土壤泻溜、滑塌等侵蚀形式。根据侵蚀类型和形式的不同将弃渣场岩土侵蚀划分为不同的侵蚀类型带,即:堆积平台和运渣道路面蚀带、弃渣堆积边坡水力-重力混合侵蚀带和开挖边坡细沟侵蚀带。堆积平台面蚀带主要侵蚀形式表现为溅蚀,层状面蚀,沉陷和陷穴侵蚀。弃渣场堆积边坡水力一重力混合侵蚀带主要以沟蚀和砂粒化面蚀为主,在集中地表径流汇集处,有沟蚀发生,除此之外,岩土屑溜、滑塌和滑坡现象也存在于部分坡面。开挖边坡细沟侵蚀带主要存在溅蚀和细沟侵蚀,而细沟侵蚀最为明显。
(2)由于渣场堆积的弃渣与传统的土壤和岩石风化物有明显的区别,为岩土的混合物,这种混合物并非均匀混合,而是工程扰动过程中,由土壤、母质、砾石、岩石随机混合而成。也就是说局部范围内弃渣组成各有不同,或土壤多,或砾石多;因此,其物理性质在时空上有很大的变异,土壤结构破坏,由于人为的踏实和破坏,土壤容重增大,大颗粒物质增多,土壤抗剪力有减小的趋势,这些都变化都改变了土壤侵蚀的方式和侵蚀强度。
(3)在微型小区尺度上的人工降雨条件下,弃渣场平台和坡面产流时间分别为24min和25min,均小于原地貌产流时间,为48min。稳定产沙率分别为0.792kg/m3、0.214kg/m3和0.630kg/m3,弃渣场平台径流系数为0.51,分别是原地貌(产流系数=0-14)和弃渣堆积坡面(产流系数=0.06)的3.6倍和8.5倍。弃渣堆积坡面的渗透系数为最大,其土壤饱和水深大于100cm,而原地貌和弃渣堆积平台分别为7.5cm,和3.2cm。土壤侵蚀产沙量随径流量的增加而增加,产流量与产沙量之间呈现显著的幂函数关系。
(4)弃渣堆积平台和运渣道路面蚀带、无截排水措施的弃渣堆积边坡水力.重力混合侵蚀带、修建截排水措施的弃渣堆积边坡水力-重力混合侵蚀带、开挖边坡细沟侵蚀带,其岩土侵蚀模数分别为16560.8t/km2·a、11025.2t/km2·a.79019.4t/km2·a和6469.8t/km2·a,不同类型侵蚀带分别是原地貌平均侵蚀量的73倍、124倍、186倍和887倍。修建截排水措施后的弃渣堆积边坡其侵蚀模数是无措施的弃渣堆积边坡的7.2倍。弃渣场弃渣堆积边坡水力一重力侵蚀土壤侵蚀模数随堆积年限和坡位的不同而有显著的差异。其土壤侵蚀模数,随坡位的变化为:坡下>坡中>坡下;随堆积年限的变化为:1a>2a>3a。
(5)弃渣场的堆积地貌、堆积年限和水土保持措施对弃渣场的岩土侵蚀量具有重要的影响。弃渣场堆积地貌对岩土侵蚀的影响主要表现在,紧实的平台和松散的坡面相间隔的堆积地貌,平台容重大,以产流汇流,边坡岩土松散,陡坡比例大。为岩土侵蚀提供了条件,使得弃渣场的岩土侵蚀程度剧烈,岩土侵蚀类型多样。另外弃渣堆积平台和堆积边坡的比例也是影响弃渣场岩土侵蚀的重要因素。堆积年限对弃渣场岩土侵蚀的影响主要表现在,堆积年限的增加,引起的土壤容重的增加,土壤结构的形成,和弃渣场植被的变化引起土壤抗蚀力的增加而影响弃渣场岩土侵蚀的。在弃渣堆积的初期,修建简易水土保持措施对于弃渣场岩土侵蚀的控制具有重要的作用。不同堆积年限不同坡位的土壤侵蚀量随堆积年限的变化呈现显著的幂函数关系。
(6)水电站建设项目形成的弃渣场岩土侵蚀程度剧烈,侵蚀类型多样。设立弃渣的拦挡措施和截排水措施;重新调整和完善该区域的水文循环路径(设置畅通的弃渣场内截排水系统);做好渣场平台和边坡的植物防护措施是弃渣场岩土侵蚀有效的控制措施。