崩崗堆積土體滲透特性及剖面水分特征——以廣東省五華縣蓮塘崗崩崗為例

張大林， 劉希林

(中山大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣東 廣州 510275)

崩崗堆積土體滲透特性及剖面水分特征——以廣東省五華縣蓮塘崗崩崗為例

張大林， 劉希林

(中山大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣東 廣州 510275)

摘要：[目的] 崩崗內(nèi)部堆積土體是侵蝕的主要物質(zhì)來(lái)源。通過(guò)對(duì)其滲透過(guò)程進(jìn)行研究，揭示其中的規(guī)律性，探索崩崗的侵蝕機(jī)理。[方法] 采用自制雙環(huán)滲水試驗(yàn)裝置，結(jié)合PR2/6土壤剖面水分測(cè)定儀，在廣東省五華縣蓮塘崗崩崗野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滲水試驗(yàn)。[結(jié)果] (1) 崩積錐穩(wěn)滲率在0.58~2.41 mm/min之間，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)平均穩(wěn)滲率為1.37 mm/min，溝道土體平均穩(wěn)滲率高達(dá)5.58 mm/min，滲透過(guò)程以重力流為主，土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； (2) 入滲速率與時(shí)間成負(fù)指數(shù)冪函數(shù)關(guān)系，符合Kositakov模型； (3) 初始含水率越高，濕潤(rùn)鋒移動(dòng)速度越快，影響范圍越深，穩(wěn)滲時(shí)濕潤(rùn)鋒深度在600~1 000 mm及以上； (4) 土體剖面含水率分布受土體非均質(zhì)性的影響，自上而下呈波動(dòng)式下降。[結(jié)論] 崩崗堆積土體最大失穩(wěn)深度至少為600~1 000 mm，甚至可以達(dá)到1 000 mm以上，崩積錐的非均質(zhì)性具有阻滲作用，易形成滯水層并發(fā)生潛蝕，對(duì)崩崗侵蝕過(guò)程產(chǎn)生影響，是滲透研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：崩崗； 崩積錐； 非均質(zhì)土體； 滲透特性； 剖面水分特征

我國(guó)南方崩崗侵蝕模數(shù)巨大，危害嚴(yán)重，是《國(guó)家水利發(fā)展“十一五”規(guī)劃》確定的水土流失重點(diǎn)治理項(xiàng)目。加強(qiáng)崩崗防治，對(duì)保護(hù)和增加耕地資源、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，具有重要意義。我國(guó)崩崗主要分布在廣東、江西、福建、湖南、廣西等省的花崗巖丘陵山區(qū)，大于60 m2的崩崗總數(shù)達(dá)2.4×105處，侵蝕面積約5.0×104km2[1]。自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)學(xué)者經(jīng)過(guò)不懈努力，對(duì)崩崗的形成發(fā)展[2]、形態(tài)類(lèi)型[3]、土體特性[4-5]等多方面開(kāi)展研究，取得了有益成果。隨著崩崗研究的拓寬和加深，多學(xué)科技術(shù)方法相互融合，近年崩崗研究關(guān)注的問(wèn)題更加多樣化和具體化，例如侵蝕產(chǎn)沙來(lái)源[6]，崩崗侵蝕與地下水的關(guān)系[7]，三維激光掃描技術(shù)對(duì)崩崗侵蝕過(guò)程的監(jiān)測(cè)和定量表達(dá)[8]等研究成果，為進(jìn)一步揭示崩崗侵蝕過(guò)程和機(jī)理打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

土體滲透特性是徑流計(jì)算和水土保持效益評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是降水再分配和地表徑流形成的重要環(huán)節(jié)，對(duì)崩崗侵蝕過(guò)程具有顯著影響。目前有關(guān)崩崗?fù)馏w水分入滲的研究還比較少，林敬蘭等[9]通過(guò)野外雙環(huán)滲水試驗(yàn)，探討崩崗花崗巖風(fēng)化殼不同層次的水分入滲特性和機(jī)理，結(jié)果表明，各土層的滲透性能為：紅土層>砂土層>碎屑層。蔣芳市等[10]采用環(huán)刀法測(cè)定崩積體不同部位的滲透性能，結(jié)果表明，崩積體土體較崩壁風(fēng)化殼土體穩(wěn)滲時(shí)間短，滲透速率大。崩崗?fù)ǔＳ杀辣凇⒈婪e錐、溝道、洪積扇等多種地貌單元構(gòu)成，除崩壁為原生的花崗巖風(fēng)化殼以外，其余部分多為次生的搬運(yùn)堆積土體，受崩塌、滑坡、流水侵蝕和沉積多種作用的強(qiáng)烈擾動(dòng)和改造，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于非均質(zhì)土體。非均質(zhì)土體滲透過(guò)程更為復(fù)雜，Miller等[11]最早發(fā)現(xiàn)滲透過(guò)程中，當(dāng)濕潤(rùn)鋒下移到非均質(zhì)土體的層面后，無(wú)論間層質(zhì)地比表土層粗還是細(xì)，滲透速率都將明顯下降。王文焰等[12]對(duì)夾層土體的滲透特性進(jìn)行了室內(nèi)一維土柱水分入滲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在黃土中設(shè)置砂層夾層，具有良好的阻水和減滲作用，可將下滲的非線性過(guò)程轉(zhuǎn)換為線性過(guò)程。甘永德等[13]通過(guò)室內(nèi)模擬降雨入滲試驗(yàn)，表明在垂直入滲條件下，分層土壤的滲透特性由土壤分層的組合方式來(lái)決定，其累計(jì)入滲量與濕潤(rùn)鋒移動(dòng)距離之間呈線性相關(guān)關(guān)系。本研究采用自制雙環(huán)滲水試驗(yàn)裝置，結(jié)合PR2/6土壤剖面水分測(cè)定儀，在野外現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)廣東省五華縣蓮塘崗崩崗的非均質(zhì)堆積土體的滲透特性及其對(duì)剖面水分的影響進(jìn)行分析，以揭示其中的規(guī)律性，探索崩崗的侵蝕機(jī)理。

1材料與方法

1.1　研究對(duì)象

試驗(yàn)在廣東省五華縣蓮塘崗崩崗小流域內(nèi)進(jìn)行，地理坐標(biāo)為24°06′10.5″N， 15°34′57″E，該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫20 ℃，年平均降雨量1 547.5 mm。風(fēng)化殼深厚，以燕山侵入旋回花崗巖為主。蓮塘崗崩崗為典型的瓢形崩崗，規(guī)模較大，侵蝕面積5 125 m2，相對(duì)高差55 m，各種崩崗地貌類(lèi)型發(fā)育完整，目前正處于活躍階段，侵蝕模數(shù)高達(dá)269 268 t/(km2·a)[8]。崩崗內(nèi)部切溝發(fā)育，3條較大的支溝呈爪狀分布，將崩積錐分為左、中、右3部分，崩積錐表面坡度30°左右。支溝在崩口處交匯形成主溝，與丘陵間溝谷相連。本研究選取4處崩崗堆積土體進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)，4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別位于崩口外主溝溝道(1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn))、中部崩積錐(2號(hào)試驗(yàn)點(diǎn))、右側(cè)崩積錐(3號(hào)試驗(yàn)點(diǎn))、左側(cè)崩積錐(4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn))。具體及試驗(yàn)點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1　試驗(yàn)點(diǎn)位置示意圖

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用PR2/6土壤剖面水分測(cè)定儀與雙環(huán)滲水試驗(yàn)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)定，試驗(yàn)裝置如圖2所示。雙環(huán)滲水試驗(yàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可在野外進(jìn)行原位測(cè)試，避免試驗(yàn)土體的人為擾動(dòng)，應(yīng)用比較廣泛[14]。試驗(yàn)選用自制設(shè)備，外環(huán)直徑300 mm，起保護(hù)作用，內(nèi)環(huán)形成一維垂直自由入滲水流，直徑150 mm。兩環(huán)入土深度100 mm，采用50 mm定水頭入滲，內(nèi)環(huán)入滲水量由量杯提供，通過(guò)流量閥調(diào)節(jié)水頭高度。PR2/6土壤剖面水分測(cè)定儀由英國(guó)Delta-T Devices公司生產(chǎn)，水分傳感器內(nèi)置于直徑25 mm的密封集成桿中，可將輸出的模擬直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥荔w積含水率(文中含水率均采用體積含水率%)，測(cè)量精度±3%，能夠監(jiān)測(cè)地表以下100，200，300，400，600，1 000 mm這6個(gè)層面的土壤水分含量。使用土鉆打孔，將傳感器套管預(yù)先埋設(shè)于試驗(yàn)點(diǎn)，為避免對(duì)入滲土體造成干擾，套管設(shè)置于內(nèi)、外環(huán)之間。

圖2　雙環(huán)滲水試驗(yàn)裝置示意圖

試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)表層土體取樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化性質(zhì)分析，并對(duì)土壤表面初始含水率進(jìn)行測(cè)定。滲水試驗(yàn)全程采用秒表計(jì)時(shí)，記錄量杯內(nèi)下降單位體積水量所需時(shí)間，根據(jù)公式(1)求得內(nèi)環(huán)滲水速率。

i=10△Q/(F△t)

(1)

式中：i——滲水速率(mm/min); △Q——滲水量(ml)；F——內(nèi)環(huán)面積(cm2)； △t——滲水時(shí)間(min)。

當(dāng)滲水速率趨于平穩(wěn)，土體達(dá)到穩(wěn)滲狀態(tài)時(shí)，測(cè)定此時(shí)土壤剖面含水率并停止試驗(yàn)。初次試驗(yàn)于2012年11月6日(旱季)進(jìn)行，試驗(yàn)前一周當(dāng)?shù)責(zé)o降水事件。重復(fù)試驗(yàn)于2013年7月14日(雨季)進(jìn)行，據(jù)相鄰約4 km的河子口氣象站監(jiān)測(cè)資料記錄，重復(fù)試驗(yàn)前24 h有13.5 mm的累積降雨量。

2結(jié)果與分析

2.1　土體物理性質(zhì)

1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)位于崩口主溝溝道，其組成物質(zhì)主要為流水侵蝕和搬運(yùn)形成的溝道堆積物，土體特性與其余各點(diǎn)差異明顯。1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)干容重1.53 g/cm3，有機(jī)質(zhì)含量?jī)H為0.70%，物質(zhì)組成較粗，2～0.075 mm的砂礫含量占73.49%，粉砂黏粒含量較低，僅為2.41%，導(dǎo)致其塑限和液限也較低，平均分別為17.4%和30.6%，總孔隙度為42%，非毛管空隙比重較大。2—4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)均位于崩積錐上，土體性質(zhì)差異不大，平均干容重為1.34 cm2，總孔隙度在50%左右，物質(zhì)組成以砂粒和粉砂為主，<0.005 mm的黏粒含量較1號(hào)點(diǎn)明顯偏高，平均為10.82%，平均塑限和液限分別為27.6%和47.5%(表1)。1—4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)均為崩崗堆積土體，受外力作用改造，結(jié)構(gòu)上與崩壁的原生風(fēng)化殼土體具有明顯區(qū)別，屬非均質(zhì)土體。1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)溝道堆積物是流水搬運(yùn)和堆積作用的產(chǎn)物，受水流分選作用影響，表面形成以砂粒為主的粗化層，下部物質(zhì)相對(duì)較細(xì)。2—4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)為崩積錐崩坡積物，其形成過(guò)程既有崩壁重力崩塌作用，也有坡面流水侵蝕作用。物質(zhì)來(lái)源包括風(fēng)化殼表土層、紅土層、砂土層以及碎屑層等。

表1　蓮塘崗崩崗各試驗(yàn)點(diǎn)表層土體物理性質(zhì)

2.2　土體滲透特征

滲透速率隨時(shí)間呈遞減趨勢(shì)，兩者具有負(fù)指數(shù)的冪函數(shù)關(guān)系(圖3)。初始階段為滲潤(rùn)階段，水分下滲速率較快且迅速遞減；滲漏階段由于土體含水量增加，水分下滲速率明顯減小；當(dāng)土體含水率達(dá)到田間持水量(飽和含水量)時(shí)，水分下滲速率趨于穩(wěn)定，并最終達(dá)到穩(wěn)滲階段。土體的非均質(zhì)性會(huì)對(duì)水分入滲過(guò)程產(chǎn)生一定影響，當(dāng)濕潤(rùn)鋒到達(dá)差異土層界面時(shí)，若下層為粗質(zhì)土層，首先上層細(xì)質(zhì)土體基質(zhì)的吸附力和毛管力大于下層土體，水分聚集在土層交界處，隨著下層粗質(zhì)土體大孔隙充水，水力傳導(dǎo)度逐漸增大，使得入滲速率呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)；若下部為細(xì)質(zhì)土層，因土質(zhì)黏重，導(dǎo)水率小，入滲速率迅速降低[15]。1—3號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)2次測(cè)試的穩(wěn)滲率和滲透速率變化趨勢(shì)一致，表明試驗(yàn)可信度較高，能夠反映自然條件下崩崗?fù)馏w水分入滲狀況。4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)初試與重試的穩(wěn)滲率不同，但滲透速率變化趨勢(shì)一致，重試的穩(wěn)滲率大，可能是雨季的降雨作用，改變了滲水試驗(yàn)前土體內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)和含水量或其它偶然因素所致。

圖3　蓮塘崗崩崗各試驗(yàn)點(diǎn)入滲速率與入滲時(shí)間的關(guān)系

Kostiakov模型[16]為冪函數(shù)回歸分析經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停歉鶕?jù)實(shí)測(cè)的滲透數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得出的。該模型簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。研究[10]表明，Kostiakov模型能夠較好地模擬崩積土體的水分入滲過(guò)程，其基本形式為

i(t)=antn-1

式中：i——滲透速率(mm/min)；t——滲透時(shí)間(min)；a，n——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

利用Kostiakov模型對(duì)滲透過(guò)程進(jìn)行擬合，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平。蓮塘崗崩崗?fù)馏w滲透參數(shù)見(jiàn)表2。其中參數(shù)n表示滲透速度隨時(shí)間減小的程度，取決于濕潤(rùn)后土體結(jié)構(gòu)的變化，濕潤(rùn)后膨脹、孔隙密閉的不透水土體，n值較小。崩崗堆積土體擬合n值一般都大于0.6，說(shuō)明滲透過(guò)程以重力流占優(yōu)勢(shì)，土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[15]。

表2　蓮塘崗崩崗?fù)馏w滲透參數(shù)

表2同時(shí)給出了土體表層初始含水率、初滲率、穩(wěn)滲率等數(shù)據(jù)，其中初滲速率的計(jì)算采用試驗(yàn)開(kāi)始后最初3 min的平均入滲率，穩(wěn)滲率則選用穩(wěn)滲階段試驗(yàn)結(jié)束前最后3組入滲率的平均值。根據(jù)Poiseuille定律，流體在細(xì)管中流動(dòng)的平均速度與細(xì)管半徑的平方成正比，故質(zhì)地較粗的1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)的溝道堆積土體導(dǎo)水率明顯高于其它各試驗(yàn)點(diǎn)，滲透速率較大，穩(wěn)滲率平均高達(dá)5.58 mm/min。崩積錐上各點(diǎn)滲透速率亦有差異，2號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)滲透速率較快，平均穩(wěn)滲率為2.41 mm/min，3號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)滲透速率相對(duì)較慢，平均穩(wěn)滲率為0.58 mm/min，4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)2012年11月6日初次試驗(yàn)時(shí)滲透速率較慢，2013年7月14日重復(fù)試驗(yàn)時(shí)滲透速率加快，兩次平均穩(wěn)滲率為1.12 mm/min。一般來(lái)講，崩積錐形成時(shí)間越久，緊實(shí)程度越高，滲透率越低。2號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)為中部崩積錐，兩側(cè)均有溝道下切形成的臨空面，壓實(shí)程度較差，因此滲透率較大。受前期降水影響，2013年7月14日土體初始含水率比2012年11月6日土體表層初始含水率高(表2)。一般而言，土體初始含水率越低，水分初滲率越快，但試驗(yàn)結(jié)果并非如此。究其原因，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，由于土體含水率較低，水分入滲較快，滲透速率變化較大，能否快速調(diào)節(jié)水頭，達(dá)到所需恒定的水深深度并準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，成為減小誤差的關(guān)鍵，由于整個(gè)過(guò)程均屬手工操作，因此操作人員的熟練程度對(duì)初滲率的測(cè)定具有較大影響。此外，以上現(xiàn)象也可能是由土壤不易浸潤(rùn)或土體表層結(jié)皮程度差異所致。

2.3　剖面水分特征

為了研究滲水試驗(yàn)對(duì)土體剖面含水率變化的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)增加了滲水前后PR2/6土壤剖面水分測(cè)定儀的聯(lián)合測(cè)定，監(jiān)測(cè)地表以下100，200，300，400，600，1 000 mm共6個(gè)層面的土體含水率的變化，表層土體初始含水率采樣后在實(shí)驗(yàn)室用烘干法測(cè)定。滲水試驗(yàn)后，由于表層土體有積水，可以認(rèn)為此時(shí)表土層處于飽水狀態(tài)，其體積含水率近似等于總孔隙度。滲水試驗(yàn)前后土體剖面含水率分布狀況如圖4所示。

圖4　蓮塘崗崩崗各試驗(yàn)點(diǎn)土體剖面水分變化

由于2013年7月14日滲水試驗(yàn)前24 h有13.5 mm的降雨，故其測(cè)定的表層土體初始含水率較2012年11月6日的滲水試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果平均高出9.88%。兩次滲水試驗(yàn)結(jié)果表明，除位于主溝溝道的1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)外，其余位于崩積錐上的2—4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)，共同顯示出一些規(guī)律性特征： (1) 無(wú)論是滲水試驗(yàn)前還是滲水試驗(yàn)后，土體剖面含水率自上而下呈遞減趨勢(shì)，滲水試驗(yàn)前土體剖面含水量呈波動(dòng)遞減，滲水試驗(yàn)后土體剖面含水量則急劇遞減。 (2) 滲水試驗(yàn)后，土體剖面含水率明顯增大，表層土體達(dá)到飽水狀態(tài)，平均含水率高達(dá)50%，比滲水試驗(yàn)前的平均含水率高出約26%，但隨著深度的加大，含水量增大的趨勢(shì)減緩。 (3) 滲水試驗(yàn)過(guò)程中，土體剖面含水量不斷增大，同時(shí)不斷向下和向四周浸潤(rùn)。影響濕潤(rùn)鋒深度的因素較多，不僅與土體結(jié)構(gòu)和顆粒組成有關(guān)，也與土體初始含水量有關(guān)，還與降雨強(qiáng)度與降雨總量有關(guān)。滲水試驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)滲狀態(tài)后，濕潤(rùn)鋒下移速度較慢，如果滲水試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行，灌注的水主要以橫向擴(kuò)展的方式向四周緩慢浸潤(rùn)，以增大周?chē)馏w的含水量。初試時(shí)2—3號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)濕潤(rùn)鋒深度為600 mm，4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)濕潤(rùn)鋒深度為1 000 mm。重試時(shí)由于有前期降雨的影響，2—4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)濕潤(rùn)鋒深度均在1 000 mm以上。濕潤(rùn)鋒深度意味著降雨可能導(dǎo)致的崩積錐最大失穩(wěn)深度。由此可以認(rèn)為，蓮塘崗崩崗崩積錐土體的最大失穩(wěn)深度至少為600～1 000 mm，甚至可以達(dá)到1 000 mm以上。

土體的非均質(zhì)性對(duì)水分下滲過(guò)程中土體剖面水分的分布特征具有一定影響。理論上，均質(zhì)土體滲透過(guò)程自上而下可分為飽和區(qū)、過(guò)渡區(qū)、傳導(dǎo)區(qū)以及浸潤(rùn)區(qū)，含水率依次降低[15]。蓮塘崗崩崗堆積土體剖面含水率分布受土體非均質(zhì)性的影響，自上而下呈波動(dòng)式折線下降，波動(dòng)變化尤以1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)最為明顯(圖4)。1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)位于崩崗崩口以外海拔高度100 m的主溝溝道溝頭部位。旱季初試和雨季重試的剖面水分曲線都有最小和最大含水率兩個(gè)明顯拐點(diǎn)，旱季的最小含水率在地下400 mm的深度，最大含水率在地下600 mm的深度，表明地下400～600 mm含水量呈逆向增加，是地下富含水層；雨季的最小含水率出現(xiàn)在地下200 mm的深度，最大含水率出現(xiàn)在地下400 mm的深度，表明地下200～400 mm這一帶是富含水層；相對(duì)于旱季，雨季這一地下富含水層向上移動(dòng)了200 mm。地下富含水層的上下變化，主要與旱季和雨季的交替直接相關(guān)，也暗示著崩崗底部可能存有季節(jié)變動(dòng)的含水層。現(xiàn)場(chǎng)考察調(diào)研發(fā)現(xiàn)，崩崗主溝溝道平時(shí)沒(méi)有常流水，只在雨季降雨期間有短暫的泥砂流產(chǎn)生[17]，似乎從另一側(cè)面印證了崩崗流域的集水一部分由地表徑流——泥砂流帶走，另一部分則滲入地下，以富含水帶的形式儲(chǔ)存。

崩積錐土體的非均質(zhì)性在降雨入滲過(guò)中具有阻滲作用，層面交界處可形成滯水層。前期降水的影響可使細(xì)質(zhì)土層之上的粗質(zhì)土體形成潛水面，導(dǎo)致下滲過(guò)程產(chǎn)生內(nèi)排水。粗質(zhì)土體中大孔隙較多，飽和導(dǎo)水率大，水分在斜面產(chǎn)生的重力梯度作用下可發(fā)生橫向流動(dòng)，形成地下潛流。當(dāng)崩積錐被崩崗內(nèi)部的溝道切開(kāi)時(shí)，坡腳形成臨空剖面，為潛流提供了流出通道，是崩積錐侵蝕破壞最為劇烈的部位。潛蝕伴隨潛流過(guò)程同時(shí)發(fā)生，可將土層中的細(xì)粒物質(zhì)帶出，降低了土體的結(jié)構(gòu)性以及液限和塑限，產(chǎn)生軟弱面，造成崩積錐滑塌。因此，崩積錐是崩崗堆積土體滲透研究的重點(diǎn)，是決定崩崗侵蝕產(chǎn)流和產(chǎn)沙的關(guān)鍵要素。

3結(jié) 論

(1) 蓮塘崗崩崗堆積土體水分入滲速率與時(shí)間呈負(fù)指數(shù)冪函數(shù)關(guān)系，符合Kositakov模型，下滲過(guò)程以重力流占優(yōu)勢(shì)，土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。溝道堆積土體水分入滲速率最快，平均穩(wěn)滲率高達(dá)5.58 mm/min；崩積錐土體水分入滲速率相對(duì)較慢，穩(wěn)滲率變化于0.58～2.41 mm/min之間，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)平均穩(wěn)滲率為1.37 mm/min。

(2) 前期降雨可提高土體初始含水率，使含水率升高，濕潤(rùn)鋒移動(dòng)速度變快，影響深度更深。旱季初試時(shí)2—3號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)濕潤(rùn)鋒深度為600 mm，4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)濕潤(rùn)鋒深度為1 000 mm；雨季重試時(shí)由于有前期降雨，2—4號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)濕潤(rùn)鋒深度均在1 000 mm以上。濕潤(rùn)鋒深度表明降雨可能導(dǎo)致的崩積錐最大失穩(wěn)深度。由此可以認(rèn)為，蓮塘崗崩崗崩積錐土體的最大失穩(wěn)深度至少為600～1 000 mm，甚至可達(dá)1 000 mm以上。

(3) 蓮塘崗崩崗堆積土體剖面含水率分布受土體非均質(zhì)性的影響，自上而下呈波動(dòng)式折線下降，波動(dòng)變化尤以1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)的溝道堆積土體最為明顯，旱季和雨季監(jiān)測(cè)結(jié)果的差異暗示著崩崗底部可能存有季節(jié)變動(dòng)的含水層，而崩積錐土體的非均質(zhì)性在滲透過(guò)程中對(duì)其穩(wěn)定性具有一定影響，是滲透研究的重點(diǎn)。

致 謝：參與本研究項(xiàng)目并對(duì)研究成果有貢獻(xiàn)的人員有尚志海、黃德全、潘志新、閆羅彬、許敘源、余琛、連海清、黃琴情、唐波、賈瑤瑤、趙翃婷、汪佳、田春山、王召俠、范國(guó)雄、李闖、梁德偉、蔡文慧。統(tǒng)志于此，深表感謝！

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Permeability and Sectional Moisture Characteristics of Deposits in Collapse Hill An Example of Liantanggang Collapse Hill in Wuhua County of Guangdong Province

ZHANG Dalin, LIU Xilin

(SchoolofGeographyandPlanning,SunYat-SenUniversity,Guangzhou,Guangdong510275,China)

Abstract：[Objective] The internal deposits of collapse hill is the main material source of erosion. This paper aimed to reveal the infiltration regularity in that hill, and to explore the erosion mechanism on collapse hill by studing the infiltration process. [Methods] Field experiments of infiltration were conducted in site of Liantanggang collapse hill in Wuhua County of Guangdong Province using a self-made double circle infiltration device and soil moisture were measured with PR2/6 profile probe. [Results] (1) Soil steady infiltration rate of colluvial cone was between 0.58~2.41 mm/min with an average value of 1.37 mm/min.The average infiltration rate of channel soil was up to 5.58 mm/min. The infiltration process was dominated by gravity flow and soil structure was stability. (2) The infiltration rate showed a negative exponential power function relationship with infiltration time as the dependent variable, which conformed to Kositakov model. (3) The higher initial moisture content, the faster wetting front moved, meanwhile, the deeper of affected region, and its depth went down to 600~1 000 mm or even more when infiltration rate attained steady state. (4) The sectional moisture content showed a varied decline from profile top to bottom as affected by the heterogeneity of the soil. [Conclusion] The maximum depth of instable deposits in collapse vulnerable mount is at least 600~1 000 mm or even over 1 000 mm. Heterogeneity of colluvial cone soil can resist infiltration and form a stagnant water layer, which can potentially lead to subsurface erosion and hence has a great impact on erosion process of collapse hill. Therefore, the colluvial cone of that hill should be the focus of permeability study.

Keywords:collapse hill; colluvial cone; heterogeneous soil; permeability; sectional moisture characteristics

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)02-0251-06

中圖分類(lèi)號(hào)：S152.7， S157.1

通信作者：劉希林(1963—),男(漢族),湖南省新邵縣人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事地貌災(zāi)害過(guò)程及評(píng)估和預(yù)測(cè)研究。E-mail:liuxilin@mail.sysu.edu.cn。

收稿日期：2014-07-05修回日期：2014-07-24
資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“華南崩崗溯源侵蝕與泥石流啟動(dòng)和形成的試驗(yàn)研究”(41071186)
第一作者：張大林(1987—),男(漢族),山東省濟(jì)南市人,博士研究生,研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害評(píng)估和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。E-mail:zdl87@aliyun.com。