倒伏植被莖稈粗度對坡面水流特性的影響

劉 穎,張升堂,王之凱,李貴寶

(山東科技大學地球科學與工程學院,山東 青島 266590)

植被是坡面流系統的重要組成部分之一,植被的存在不僅能夠對雨水起到截留作用,增大入滲量,降低地表徑流量,還具有增加土壤抗侵蝕力、保持水土的功能[1-6]。自然界中植被形態多樣,莖稈粗度、柔韌性、葉片大小與數量相差甚大,由于自身柔韌性植被在水流中易發生倒伏,這使得原本的水流結構更加復雜,研究更為困難。開展倒伏植被莖稈直徑對水流特性影響的研究對還原坡面流真實水流特性、揭示植被倒伏機理,具有重要意義。

自20世紀中葉以來,國內外諸多學者對植被水流問題開展了大量研究[7-14],研究對象主要為剛性植被[15-17],研究內容主要為植被莖稈粗度、葉片的數量及大小、植被密度以及排列方式等方面對水流的影響。如Panigrahi等[18]選用剛性圓柱桿作為模型植物在室內水槽內進行植被阻水試驗,認為在小流域中水流阻力主要取決于植被的高度、密度、分布和類型;佘偉偉等[19]在實驗室水槽中進行了不同密度的剛性植物水流試驗,并對植物密度與糙率系數的關系進行分析;Kothyari等[20]分別用直徑為4 mm和6.4 mm的圓柱形棒模擬植被進行水槽試驗,對超臨界水流作用下的大斷面邊坡進行了研究。對柔性植被研究較少,主要集中在植被倒伏的研究,Shan等[21]研究柔性植被在彎曲復合河道中對流速的影響,認為水流速度隨植被偏轉度增大而增加;Busari等[22]對柔性植被倒伏現象……