一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法技术

本发明专利技术属于河岸土体侧向冲刷参数量化技术领域，公开了一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，选取塔里木河沿岸胡杨根系，并将胡杨根系布置在土体中，形成根‑土复合岸坡土体；对获得的根‑土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系特征下土体的抗冲特性指标；根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度和土体干密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。本发明专利技术分析典型荒漠植被根系对河岸土体抗冲特性的影响规律，确定其定量关系并给出根系影响下河岸土体的起动切应力及冲刷系数的计算公式，为河岸侧向冲刷提供理论参考。

A method to prevent soil and water loss by lateral scour of Populus euphratica root

【技术实现步骤摘要】
一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法
本专利技术属于河岸土体侧向冲刷参数量化
，尤其涉及一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法。
技术介绍
目前，在水流作用下，土体很容易被冲刷，尤其是河岸，湖岸等岸坡土体侧向冲刷较为严重。据资料表明，每年约有600亿吨的土体被水流冲刷。Nanson认为，河岸土体由于受到水流的冲刷导致了河床横向变形，河岸的土体抗冲能力反映了河岸横向变形的程度。还有学者提出河岸土体的粘粒含量是河岸土体抗冲能力的重要影响因素。Briaud对河岸土体抗冲性做了大量的水槽模型试验，间接的提出了冲刷速率公式。Babu等通过水槽模型试验找出了影响河岸土体抗冲性的主要因素。王兆印等认为河岸土体的冲刷速率间接的影响河道的冲刷宽度，通过水槽模型试验，建立了冲刷速率与泥沙粒径之间的关系。以上研究仅在无植被根系覆盖时探究了土体侧向冲刷的影响因素，未涉及植被根系作用下对河岸土体的影响。张金池等通过水槽模型试验认为植被根系的长度和数量与土体的抗冲性密切相关。拾兵等认为植物根系分布越深，根系密集程度越大，水流冲刷土体的越少，土体在水流作用下难以起动，固土效果越好。张英豪等通过研究发现有植被根系覆盖的河岸土体有效的减少了泥沙的运移。吴彦、蒋定生和陈士银指出根系直径越小，尤其是小于1mm的根系，对土体抗冲性的增强作用越明显。上述研究结果讨论了植被对河岸土体抗冲特性的影响因素，未涉及具体量化指标及定量关系。根据以上研究表明，植被根系的长度、数量，土体的粒径间接的影响土体的起动切应力及冲刷系数，也建立了相关的经验公式。但上述研究成果没有给出植被根系与土体共同作用下对河岸土体起动切应力及冲刷系数的具体量化指标，且所研究对象均为热带或者亚热带地植被，对于生长在极旱荒漠区的胡杨等没有涉及，而对于胡杨根系对河岸冲刷参数影响的研究更未见相关报道。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有研究仅讨论了植被根系对河岸土体抗冲特性的影响因素，未涉及具体量化指标及定量关系。(2)现有研究没有给出植被根系与土体共同作用下对河岸土体起动切应力及冲刷系数的具体量化指标，也没有涉及根系对河岸冲刷参数影响的研究。解决上述技术问题的难度：(1)胡杨根系不同布置方式和不同根系特征对河岸土体侧向冲刷的影响(2)胡杨根系与土体相互作用下影响河岸土体起动切应力及冲刷系数的量化表达。解决上述技术问题的意义：(1)得到的胡杨根系不同布置方式和不同根系特征对河岸土体侧向冲刷的量化影响结果，对于定量评价荒漠植被根系的固土能力提供一定的参考。(2)专利技术得到的胡杨根系影响下河岸土体起动切应力及冲刷系数的量化指标及定量关系，补充现有河岸侧向冲刷参数量化计算的理论。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法。本专利技术是这样实现的，一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法根据河岸土体起动条件，得到防止水土流失的河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系；通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R12＝0.973，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.187；倾斜放置时：R22＝0.965，τcr＝0.076ρd5.11RVD0.201；相交放置时：R32＝0.962，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.132；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2。进一步，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法在有胡杨根系覆盖河岸土体时，得到含根系土体侧向冲刷系数kdr与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置：R12＝0.909，kdr＝8.19×10-4ρd-7.72RVD-0.28，倾斜放置：R22＝0.939，kdr＝5.94×10-4ρd-6.03RVD-0.24，相交放置：R32＝0.911，kdr＝16.46×10-4ρd-10.42RVD-0.27；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)。进一步，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法包括以下步骤：步骤一，选取的塔里木河沿岸典型荒漠植被胡杨根系，将土体分层压实铺设在玻璃水槽内；步骤二，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，胡杨根系与试验土体一同沉降固结一周形成根土复合体后开始试验；步骤三，根据获得的根-土复合体，对不同根系特征下的根-土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式等根系特征下土体的抗冲特性指标；步骤四，根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。进一步，步骤四中，所述根系体积密度的计算方法：式中，RV为根系的体积，cm3；V为截面土体的体积，cm3；S为根系的底面积，cm2；h为根系的埋深，cm；A为截面土体的表面积，cm2；d为根系的直径，cm。进一步，在有根系覆盖时土体的起动切应力表示为：τcr＝aρdbRVDd；式中，τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；a为系数；b和d为指数。进一步，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，对根系体积密度及起动切应力进行拟合得到胡杨根系影响下河岸土体起动切应力公式：τc＝0.046ρd5.11；竖直放置：τcr＝0.081ρd5.11RVD0.187；倾斜放置：τcr＝0.076ρd5.11RVD0.201；相交放置：τcr＝0.081ρd5.11RVD0.132；式中：τcr为有胡杨根系影响的土体起动切应力，N/m2；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度；τc为无根系覆盖时土体的起动切应力；对应的拟合相关系数分别为R2为0.973，0.965，0.962。进一步，步骤四中，所述水流对河岸土体的横向冲刷宽度E表示为：E＝kd(τf-τc)Δt；将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，分别对竖直放置、倾斜放置、相交放置土体的冲刷系数kdr与起动切应力τcr之间的关系进行拟合，得到：竖直放置kdr＝1.84×10-5τcr-1.51；倾斜放置kdr＝2.84×10-5τcr-1.18；相交放置kdr＝0.97×10-5τcr-2.04；对应的拟合相关系数分别为R2为0.909，0.939，0.911；将式τcr＝0.081ρd5.11RVD0.187、τcr＝0.076ρd5.11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，根据河岸土体起动条件，得到防止水土流失的河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系；通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R

【技术特征摘要】
1.一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，根据河岸土体起动条件，得到防止水土流失的河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系；通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R12＝0.973，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.187；倾斜放置时：R22＝0.965，τcr＝0.076ρd5.11RVD0.201；相交放置时：R32＝0.962，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.132；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2。


2.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法在有胡杨根系覆盖覆盖河岸土体时，得到含根系土体侧向冲刷系数kdr与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置：R12＝0.909，kdr＝8.19×10-4ρd-7.72RVD-0.28，倾斜放置：R22＝0.939，kdr＝5.94×10-4ρd-6.03RVD-0.24，相交放置：R32＝0.911，kdr＝16.46×10-4ρd-10.42RVD-0.27；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)。


3.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法包括以下步骤：
步骤一，选取的塔里木河沿岸典型荒漠植被胡杨根系，将土体分层压实铺设在玻璃水槽内；
步骤二，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，胡杨根系与试验土体一同沉降固结一周形成根土复合体后开始试验；
步骤三，根据获得的根-土复合体，对不同根系特征下的根-土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式根系特征下土体的抗冲特性指标；
步骤四，根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。


4.如权利要求3所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，步骤四中，所述根系体积密度的计算方法：



式中，RV为根系的体积，cm3；V为截面土体的体积，cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗全利，李翠锦，秦鹏，刘春霞，金凯，陈志康，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37