黃土區薄厚層浮土土質道路降雨侵蝕過程差異*

紀麗靜，王文龍，2?，康宏亮，李建明，史倩華，白 蕓，聶慧瑩，速 歡

（1. 西北農林科技大學水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點試驗室，陜西楊凌 712100；2. 中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100；3. 長江科學院水土保持研究所，武漢 430010；4. 榆林學院陜西省陜北礦區生態修復重點實驗室，陜西榆林719000）

道路侵蝕即道路集流對地面的侵蝕[1]，道路經長期踩踏和碾壓，容重變大，表層堅硬，入滲減弱，徑流增加，進而沖刷路面。道路表面平坦光滑加之路網存在[2]，極易使徑流集中下瀉，徑流攜沙力增強，造成邊坡侵蝕。道路侵蝕會破壞地形穩定性、擴大水土流失面積、降低水體質量，造成生境破碎化，使生物多樣性銳減[3-4]。據調查我國黃土高原塬區道路平均侵蝕模數高達4×104t·km-2[5]。因此，開展道路侵蝕研究工作、探究道路侵蝕產流產沙規律對于減少自然災害、提高環境質量、促進經濟發展具有重要的現實意義。

從道路侵蝕發生位置的角度來看，道路侵蝕可分為道路邊坡侵蝕和路面侵蝕兩大類。對于道路邊坡侵蝕，許多學者研究硬化道路不同下墊面侵蝕產沙特征發現路堤、路塹邊坡侵蝕強度較大[6-10]。奚成剛等[11]對鐵路路塹邊坡產流產沙規律進行研究發現，坡面含沙率隨時間呈增加、減少、增加、穩定的變化特點。而關于路面侵蝕的研究主要集中在土質道路上。針對森林道路，許多學者對森林道路網系產沙量研究發現，道路是森林流域泥沙的主要來源[12-17]，Grace[18]認為通過在森林道路設置灌叢屏障可有效減少進入河道的泥沙量。針對農田道路，沈海鷗等[19]和鄭海金等[20]均采用模擬降雨試驗分別對東北黑土區和南方紅壤區的農田道路進行研究發現道路產流時間均小于2 min，且產流初期徑流量快速增加；沈海鷗等[19]和田風霞等[21]均認為農田道路侵蝕量與雨強和坡度顯著相關；部分學者從侵蝕防治方面對農田道路進行研究[22-24]。針對礦區道路，張孝中等[25]和郭明明等[26]均研究了不同雨強和坡度下土質道路徑流產沙特性，發現徑流率與雨強線性關系極顯著，且產流量隨徑流量和坡度增加明顯增大[27]。史志華等[28-29]、張孝忠等[25]在研究土質道路侵蝕過程及徑流特性時均考慮了浮土的影響，發現路面浮土量與道路（產流產沙量）呈顯著正相關關系[28]。道路浮土即道路表面的松散物質層，道路在使用過程中，表層土壤被碾壓粉碎成細小顆粒，隨著時間推移，顆粒聚集形成浮土覆蓋于道路表面。浮土會加劇道路侵蝕，并在風力作用下形成浮塵或降塵，降低空氣能見度，影響植物生長，危害人類健康。李建明等[30-31]專門探討了不同浮土厚度、坡度、雨強對浮土道路侵蝕的影響，對浮土道路侵蝕時間特征、產流產沙規律進行了初步研究。可見，目前公路、鐵路、森林道路、農田道路及礦區道路侵蝕研究已有一定成果，但關于浮土道路侵蝕過程與機理的研究尚處于起步階段，不同浮土厚度土質道路侵蝕產流產沙過程、水沙關系方面的研究有待進一步拓展和加深。

綜上，利用室內人工模擬降雨試驗，研究不同坡度、雨強下不同厚度浮土的道路徑流率變化特征、含沙量變化特征及水沙變化關系，以期為減輕浮土道路侵蝕危害和改善生態環境質量提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 野外調查

試驗前分別對用于農業和礦業生產運輸的2 類土質道路進行調查。選取陜西長武縣、陜西神木縣與內蒙古東勝區3 個調查點。其中，陜西長武縣為我國主要的蘋果生產基地之一，在長武塬的塬邊地帶，土質道路數量龐多，蘋果生產的農忙期間，道路上運輸肥料或果品等的車流量大，人、畜活動頻繁，使得路面產生大量浮土；而陜西神木縣與內蒙古東勝區作為我國的主要煤礦生產基地，礦區內遍布運煤和人員運營的土質道路，車流量相較于農業運輸道路更加龐大，尤其是在運輸煤炭過程中，車上有大量粉煤灰掉落，和地面黃色浮土混合后，出現灰黃色的混合浮土覆蓋現象（圖1）。在各調查點分別選取6、5 和9 條主干道，調查其坡度和浮土厚度的最大值、最小值、平均值。各調查點分別選取28、11 和9 個取樣點，利用自制方形鋼環（長×寬×高：10 cm×10 cm×5 cm）對取樣點的中間部分即遭人、畜、車長期碾壓最硬實的路面部位進行浮土取樣，取樣前用薄鋼尺測量浮土厚度，將采集的浮土收集于樣品袋；利用100 cm3容積的環刀對浮土底層的道路土壤進行取樣。將浮土和道路土壤樣品置于105℃烘箱烘干后測定其容重（式（1）和式（2））、含水量并采用人工篩分法分析浮土顆粒的機械組成，調查結果見表1。由表1 可知，3 個調查點土質道路坡度范圍為1.5°～20°；浮土厚度范圍為0.1～4.2 cm，平均值范圍為0.7～1.5 cm，本文根據浮土厚度的調查結果，對其進行分類，認為厚度≤1.0 cm 為薄層浮土，厚度≥4.0 cm 為厚層浮土；調查點道路和浮土平均容重分別為 1.68 g·cm-3和1.20 g·cm-3，道路孔隙度較浮土少，浮土結構較道路疏松。

1.2 試驗設計

試驗在西北農林科技大學中國科學院水土保持研究所人工模擬降雨大廳下噴區進行，降雨高度為18 m，降雨均勻度>80%。依據3 個調查點調查數據，本試驗設計3 個道路坡度，分別為4°、8°、16°；2個浮土厚度，分別為1.0 cm、4.0 cm。根據黃土高原地區短歷時強暴雨特點，選擇暴雨事件中常見的最大30 min 降雨強度，設計4 個雨強，分別為1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min-1。本次試驗共計24 場次降雨。產流時間設計參照李建明等[31]試驗結果，產流18 min 內所有坡面均發生混合侵蝕，設定每場試驗產流時間為18 min。根據調查點土質路容重和含水量平均值，設計道路和浮土的容重為 1.68 g·cm-3和1.20 g·cm-3，設計道路浮土含水量為13.28%，使設計指標接近研究區土質路實際狀況，提高試驗可行性。

表1 不同浮土道路調查結果Table 1 Survey of different regolith roads

結合研究區土質道路實際情況，選取陜西關中塿土作為試驗土樣，采用規格為長2 m、寬0.5 m、高0.55 m 的可移動液壓式變坡鋼槽。鑒于道路容重較大，為達到試驗要求，將塿土分5 層填裝于試驗槽，每層裝填土樣10 cm，每裝填1 層后用手扶式夯實機敲打夯實，依次循環直至達到試驗道路設計容重1.68 g·cm-3。模擬道路裝填完成后，在集流槽出口處放置寬3 mm 的白色尼龍線，作為判定侵蝕階段分割點的標志，試驗過程中白色尼龍線出露即表示尼龍線上浮土流失，道路開始侵蝕，道路侵蝕從浮土侵蝕階段進入混合侵蝕階段。將浮土土樣置于室外風干，隨后過6 mm 網篩篩分。調查結果顯示，調查點<0.01 mm、0.01～0.2 mm、0.2～2 mm各級粒徑含量所占比重分別為21.08%、61.86%、17.06%，故將浮土過0.01、0.2 mm 篩，按小、中、大顆粒質量百分比為20%、60%、20%的比例配比浮土。控制供試浮土含水量達到13.28%左右。將浮土均勻覆蓋在模擬道路表層，夯實浮土直至達到浮土設計容重1.20 g·cm-3。試驗裝置見圖2。試驗前用梅花樁法率定雨強達到設計值±5%后，快速掀開試驗槽上的遮雨布并記錄產流時間，產流開始后前3 min 內在集流槽出口處每隔1 min 接一次泥沙樣，3 min 后每隔3 min 接一次徑流泥沙樣，記錄接樣時間、樣沙質量和體積，之后置于105℃烘箱中烘至恒重。

1.3 數據處理

（1）浮土容重rγ：自然狀態下，單位體積浮土的干重。

式中，rγ為浮土容重，g·cm-3；rm為方形鋼環內浮土干重，g；100 為方形鋼環面積，cm2；h為浮土厚度，cm。

（2）道路容重sγ：自然狀態下，單位體積道路土樣的干重。

式中，γs為道路容重，g·cm-3；ms為道路土樣干重，g；100 為環刀容積，cm3。

（3）徑流率Rr[32]：單位時間內的產流量。

式中，Rr為徑流率，L·min-1；0m為接樣時間t（s）內徑流和泥沙總重，g；1m為接樣時間t（s）內泥沙干重，g；ρ為水的密度，g·cm-3。

（4）含沙量：單位體積的徑流泥沙樣品所含的泥沙質量。

式中，S為含沙量，g·L-1；V為所接樣品的體積，L。

2 結 果

2.1 浮土土質道路產流過程

2.1.1 徑流率變化過程 圖3 為徑流率隨降雨歷時的變化過程，曲線與x 軸的交點對應的降雨歷時為產流起始時間。由圖可知，僅2.0 mm·min-1雨強時各坡面以厚層浮土產流較快。薄、厚層浮土道路產流起始時間均隨雨強增加而提前，1.0～2.5 mm·min-1雨強時平均產流時間依次為4.63、2.01、1.95、1.30 min，薄、厚層浮土均表現為1.0 mm·min-1雨強時產流起始時間>3 min，其他雨強下產流起始時間<3 min。1.0～2.5 mm·min-1雨強時，薄厚層浮土道路產流起始時間平均差值分別為1.17、0.57、0.53、0.13 min，隨著雨強增大二者產流起始時間逐漸接近。產流起始時間隨坡度增加變化不顯著（P＞0.05）。

相關分析可知，產流起始時間與浮土侵蝕時間呈極顯著線性相關，相關系數為0.789（P＜0.01）。僅1.5 mm·min-1雨強條件下厚層浮土侵蝕階段持續時間長于薄層。薄層浮土在1.0 mm·min-1雨強和厚層浮土在1.0～1.5 mm·min-1雨強時浮土侵蝕階段持續時間最長，均>10 min，且隨雨強增大薄厚層浮土侵蝕階段持續時間逐漸接近。不同坡度處理下浮土侵蝕階段持續時間無明顯差異。

浮土侵蝕階段薄、厚層浮土道路徑流率均隨降雨歷時呈“快速增加—穩定”的變化趨勢，混合侵蝕階段二者均隨降雨歷時呈“穩定變化”的特點。兩種厚度浮土道路徑流率均在產流0～3 min 內遞增，徑流率與降雨歷時呈極顯著對數函數關系（R2=0.822～0.951，P＜0.01）；產流3 min 后逐漸趨于穩定，徑流率變化范圍介于0.71～2.81 L·min-1，變異系數介于2%～8%。

2.1.2 平均徑流率變化特征 表2 為浮土侵蝕階段和混合侵蝕階段平均徑流率隨浮土厚度、雨強和坡度的變化特征。浮土侵蝕階段，平均徑流率隨浮土厚度增大而減小，薄層浮土平均徑流率均值是1.66 L·min-1，為厚層浮土的 1.1 4 倍；隨雨強增加而增大，2.5 mm·min-1雨強時平均徑流率均值為2.04 L·min-1，是其他雨強的1.30 倍～2.34 倍；隨坡度增加無明顯變化規律。混合侵蝕階段，薄層浮土平均徑流率最大值和最小值分別為2.72 和0.96 L·min-1，為厚層浮土的1.12 倍和1.30 倍；1.0 mm·min-1雨強時3 個坡度下的平均徑流率均值為0.97 L·min-1，占1.5～2.5 mm·min-1雨強的38.98%～57.03%；4°、8°、16°坡面平均徑流率均值分別為1.85、1.98、1.72 L·min-1，隨坡度增加整體表現為先增后減趨勢。2 個侵蝕階段薄層浮土平均徑流率均大于厚層浮土，平均徑流率隨雨強增加以線性形式增加（R2=0.757～0.852，P<0.01），平均徑流率與坡度相關性不顯著（P>0.05）。相關分析可知，浮土侵蝕階段與混合侵蝕階段平均徑流率呈極顯著相關，相關系數為0.967（P<0.01）。

2.1.3 次降雨產流量變化特征 圖4 為次降雨產流量隨浮土厚度、雨強和坡度的變化特征。由圖可知，各坡面次降雨產流量均表現為薄層浮土處理高于厚層浮土處理，4°、8°、16°坡面下薄層浮土平均次降雨產流量分別為34.80、33.94、32.61 L，較厚層浮土增長15.42%、14.29%、22.95%。產流量隨雨強增大而增加，1.0 mm·min-1雨強時平均次降雨產流量為16.23 L，較1.5～2.5 mm·min-1雨強減少1.84倍～2.68 倍。同浮土厚度和雨強下，次降雨產流量與坡度關系不顯著（P>0.05）。相關分析可知，2 個侵蝕階段平均徑流率與次降雨產流量均呈極顯著線性相關，相關系數分別為0.987（P<0.01）和0.999（P<0.01）。為明確雨強、坡度對薄、厚層浮土道路次降雨產流量的影響，分別逐步回歸分析薄、厚層浮土道路產流量與雨強、坡度及其交互項的關系，結果表明雨強對產流量影響最為顯著，見式（5）和式（6）。

表2 平均徑流率變化特征Table 2 Variation of mean runoff rate /（L·min-1）

式中，R為次降雨產流量，L；I為雨強，mm·min-1。

2.2 浮土土質道路產沙過程

2.2.1 含沙量變化過程 圖5 為含沙量隨產流歷時的變化過程。相關分析可知，產流起始時間與混合侵蝕階段持續時間呈極顯著負相關，相關系數為-0.819（P<0.01）。1.5 mm·min-1雨強時各坡面混合侵蝕階段持續時間均以薄層浮土較長，其他條件下混合侵蝕階段持續時間隨浮土厚度增加變化不顯著。1.0～1.5 mm·min-1雨強時混合侵蝕階段持續時間 在 4.40 ～10.21 min 之 間變 化，低 于 2.0 ～2.5 mm·min-1雨強3.07～8.84 min 的變化。混合侵蝕階段持續時間隨坡度增加無明顯變化規律。

對于薄層浮土，1.0 mm·min-1雨強時不同坡度下含沙量隨產流歷時變化過程差異較大；1.5～2.5 mm·min-1雨強時含沙量隨產流歷時增加均表現為先快速增大，后趨于平穩。對于厚層浮土，1.0～1.5 mm·min-1雨強下，含沙量變化過程整體上表現為產流0～3 min 穩定或減小，產流3 min 后緩慢增大，最后趨于平穩；2.0～2.5 mm·min-1雨強下，整體上表現為先快速增大，后趨于穩定。

浮土侵蝕階段，1.0～1.5 mm·min-1雨強時，含沙量隨產流歷時整體上表現為先快速增大再趨于穩定或持續增大；而2.0～2.5 mm·min-1雨強時呈增加趨勢。混合侵蝕階段，1.0～1.5 mm·min-1雨強時，含沙量隨降雨進行逐漸趨于穩定或持續增大；而2.0～2.5 mm·min-1雨強時呈穩定變化趨勢。

2.2.2 平均含沙量變化特征 表3 為浮土侵蝕階段和混合侵蝕階段平均含沙量隨浮土厚度、雨強和坡度的變化特征。浮土侵蝕階段，1.0、1.5、2.5 mm·min-1雨強下薄層浮土平均含沙量均值分別為 71.95、57.32、76.96 g·L-1，較厚層浮土減少70.82%、5.38%、60.48%；而2.0 mm·min-1雨強時，平均含沙量以薄層浮土居高；相關分析可知，平均含沙量與雨強和坡度的關系均未達到顯著水平（P>0.05）。混合侵蝕階段，小雨強（1.0、1.5 mm·min-1）下，4 cm 浮土厚度時平均含沙量變化范圍為117.70 ～270.80 g·L-1，較 1 cm 浮 土 厚 度 增 長15.29%～189.76%；而大雨強（2.0、2.5 mm·min-1）下，4 cm 浮土厚度時平均含沙量變化范圍為114.70～266.30 g·L-1，較1 cm 浮土厚度減小5.29%～26.89%；回歸分析結果表明，平均含沙量與雨強和坡度分別呈顯著指數函數關系（R2=0.278，P<0.05）和極顯著對數函數關系（R2=0.496，P<0.01）。浮土侵蝕階段平均含沙量與混合侵蝕階段平均含沙量呈極顯著線性相關，相關系數為0.566（P<0.01）。

表3 平均含沙量變化特征Table 3 Variation of mean sediment concentration /（g·L-1）

2.2.3 次降雨產沙量變化特征 圖6 為次降雨產沙量隨浮土厚度、雨強和坡度的變化特征。由圖可知，1.0 mm·min-1雨強下4°～16°坡面與1.5 mm·min-1雨強下4°～8°坡面次降雨產沙量均表現為厚層浮土處理高于薄層浮土處理；大雨強（2.0、2.5 mm·min-1）下，除2.5 mm·min-1雨強8°坡面外，次降雨產沙量均表現為薄層浮土處理高于厚層浮土處理。1 cm 浮土厚度時4°、16°坡面與4 cm 浮土厚度時8°、16°坡面次降雨產沙量隨雨強增加而遞增。對薄層浮土道路而言，1.5～2.5 mm·min-1雨強下次降雨產沙量隨坡度增加而遞增，坡度由4°增至8°和8°增至16°時，產沙量分別增長33.81%～110.20%和29.76%～76.63%；對厚層浮土道路而言，2.0～2.5 mm·min-1雨強下次降雨產沙量隨坡度增加而遞增，16°坡面次降雨產沙量變化范圍為1.68～13.71 kg，為4°和8°坡面的1.60 倍～2.36 倍和1.11 倍～1.83 倍。薄、厚層浮土道路產沙量與雨強、坡度及其交互項的逐步回歸分析結果見式（7）和式（8）。

式中，M為次降雨產沙量，kg；I為雨強，mm·min-1；S為坡度，°；IS為雨強和坡度交互項。

2.3 浮土土質道路水沙關系

表4 為浮土道路在各個侵蝕階段及次降雨過程平均含沙量與平均徑流率的相關關系。通過Pearson相關性分析可知，平均含沙量與平均徑流率的相關性均在薄層浮土道路時較為顯著。1 cm 浮土厚度時，各個侵蝕階段及次降雨平均含沙量均隨平均徑流率增大而增大，混合侵蝕階段和次降雨平均含沙量與平均徑流率分別呈顯著線性函數關系和指數函數關系（P<0.05），其中次降雨過程中二者相關性最高。4 cm 浮土厚度時，混合侵蝕階段平均含沙量隨平均徑流率增大有減小趨勢，二者相關性不顯著。

圖7 為浮土侵蝕階段、混合侵蝕階段平均產沙率與平均產流率關系以及次降雨產沙量與產流量關系。由圖可知，當有相同徑流產生時，厚層浮土道路產沙率、產沙量均高于薄層。浮土侵蝕階段薄、厚層浮土道路產沙率與產流率分別呈顯著指數函數和線性函數關系。混合侵蝕階段薄、厚層浮土道路產沙率與產流率分別呈極顯著線性函數關系和顯著指數函數關系。次降雨過程中薄、厚層浮土道路產沙量與產流量分別呈極顯著冪函數和指數函數關系。

3 討 論

3.1 浮土道路產流特征

除2.0 mm·min-1雨強外，產流起始時間隨浮土厚度增加變化不明顯，這是由于不同厚度浮土前期含水量一致，降雨前浮土含水量虧缺度相同[11]，且浮土顆粒遇水易黏結，形成結皮[30，33]。1.0 mm·min-1雨強時浮土道路產流時間>3 min，而沈海鷗等[19]和鄭海金等[20]均認為裸露土質道路產流時間小于2 min，產生這種差異的原因在于有無浮土存在，浮土容重較道路小，更利于降雨入滲，同一條件下浮土道路降雨入滲時間較裸露土路長，因此浮土道路產流時間滯后，隨著雨強增大，浮土較快達到飽和狀態，降雨入滲時間縮短，浮土道路與裸露道路產流時間差異減小。1.0 mm·min-1雨強時薄層浮土水分下滲時間較厚層浮土短，二者產流起始時間差值較大，隨著雨強增大，水分下滲時間縮短且降雨初期厚層浮土細小顆粒眾多，易在浮土表層形成致密光滑薄膜[31]，加速產流，致使二者產流起始時間逐漸接近。同理，雨強增大，厚層浮土產流加快，相應開始侵蝕道路時間提前，致使不同浮土厚度處理下浮土侵蝕階段持續時間差值減少。田風霞等[21]認為黃土區裸露土質道路產流時間與坡度呈負相關關系，而本試驗中產流時間隨坡度增加變化不明顯，說明浮土對不同坡面道路產流過程有一定程度的影響。浮土道路徑流率隨降雨歷時先快速增加后穩定變化，與裸露土質道路徑流率變化過程相似[20，29]，裸露道路容重較大，高度密實[28]，降雨初期徑流率出現遞增現象；降雨持續進行，坡面逐漸形成穩定徑流流路，徑流率趨于穩定。2 個侵蝕階段薄層浮土道路平均徑流率均大于厚層浮土道路，這是由于浮土厚度增加，降雨入滲時間延長，降雨對徑流的貢獻減少。2 個侵蝕階段平均徑流率與雨強均呈極顯著線性函數關系，而與坡度相關關系均不顯著，這與裸露土質道路徑流率隨雨強和坡度變化特征一致[26-27]，隨著雨強增大，單位時間內雨量增加，坡面徑流流速加快，土壤水分入滲受到限制，更多的降雨形成坡面徑流，入滲水量減少，坡面徑流增多。坡度增大時一方面徑流小區水平投影面積變小，浮土道路有效承雨量減少，使徑流率有減少趨勢；另一方面徑流沿坡向下運動的分力增大，徑流匯集速度加快，使徑流率有增大趨勢，兩方面因素共同影響坡面徑流，致使本試驗中徑流率隨坡度增加變化不顯著。

表4 平均含沙量與平均徑流率相關性Table 4 Correlation between mean sediment concentration and mean runoff rate

3.2 浮土道路產沙特征

1.0～1.5 mm·min-1雨強較小時，浮土被雨水浸濕達到飽和所需的時間較長，故不同厚度浮土處理下浮土侵蝕持續時間均較長，由于產流時間一定，相應的混合侵蝕時間減少；雨強增大至 2.0 ～2.5 mm·min-1時，雨量增多，浮土更容易飽和，徑流增多，浮土更容易流失，侵蝕速率增大，浮土侵蝕加快，故浮土侵蝕階段持續時間縮短，相應的混合侵蝕階段持續時間延長。1.0～1.5 mm·min-1雨強下厚層浮土含沙量變化過程整體上表現為產流0～3 min 穩定或減小，產流3 min 后緩慢增大，最后趨于平穩，可能是由于試驗過程中浮土發生板結、電化學作用[30]，致使產流初期徑流攜沙能力降低，隨著降雨進行，浮土板結作用減弱，徑流攜沙力逐漸增強。2.0～2.5 mm·min-1雨強下浮土侵蝕階段浮土顆粒供源充足，含沙量隨降雨歷時呈增加趨勢；混合侵蝕階段浮土、土質路面共同提供可蝕性物質[34]，加之坡面逐漸形成穩定徑流流路，含沙量隨降雨歷時增加逐漸趨于穩定。而史志華等[28-29]認為，路面細碎顆粒的存在使產流初期徑流含沙量較高，隨著可搬運泥沙顆粒減少，含沙量隨之降低并逐漸穩定。產生差異的原因在于試驗設計的差異性，本試驗將浮土均勻覆蓋于模擬道路之上，而后者在原狀土質道路上搭建徑流小區，實際道路中浮土主要分布在車轍兩側，而非均勻分布。

小雨強（1.0、1.5 mm·min-1）時持續的雨滴擊濺和徑流沖刷作用使浮土顆粒更加分散，同一坡度下有相同徑流沿坡面向下流動時，厚層浮土道路徑流所攜帶的泥沙顆粒更多，侵蝕程度更強、侵蝕面積更大，因此厚層浮土道路含沙量與產沙量均高于薄層浮土（見圖8）。大雨強（2.0、2.5 mm·min-1）時徑流量增大，泥沙搬運強度增加[20]，薄層浮土開始侵蝕道路時間較早，產生新的沙源[20]，侵蝕能力增強；而此雨強條件下厚層浮土道路徑流率和產流量均較薄層浮土道路小，攜沙能力降低，因此厚層浮土道路平均含沙量與產沙量均較薄層浮土道路小。大雨強（2.0、2.5 mm·min-1）下薄層和厚層浮土道路徑流能量較高，徑流搬運泥沙能力較強，相同時間內較小雨強（1.0、1.5 mm·min-1）時更早進入混合侵蝕階段，以獲得充足沙源[19]，隨著徑流沖刷作用加強，在浮土道路路面形成侵蝕溝[35]，侵蝕率增大，致使大雨強（2.0、2.5 mm·min-1）下2 個侵蝕階段平均含沙量和次降雨產沙量均較小雨強（1.0、1.5 mm·min-1）時高（見圖8）。平均含沙量和產沙量整體均隨坡度增加顯著增大，這與沈海鷗等[19]的試驗成果相似，坡度越大，降雨入滲量越少，徑流匯集能力越強[21]，徑流和土粒沿坡向下運動的分力越大、運動速度越快，侵蝕程度加強，移動至槽口的泥沙顆粒增多。2 個侵蝕階段及次降雨過程水沙協同變化，徑流增多，產沙增多，這與詹松等[27]的研究結果一致，當有相同徑流產生時，厚層浮土道路產沙量明顯高于薄層浮土道路。根據浮土道路侵蝕特點，降低道路侵蝕危害，應從減少道路浮土量、減少坡面徑流、增加降雨入滲方面著手[36]，而鄭海金等[20]發現碎石、泥石、植物路均有不同程度的減沙效果，因此，可以適當在土質道路車轍碾壓位置鋪設碎石[20]，在道路兩側種植植被[37]，以有效防治道路浮土侵蝕。

4 結 論

浮土在一定程度上對降雨入滲過程產生影響，從而延長土質道路產流時間，進而可能改變土質道路產流產沙特征并加速道路侵蝕。浮土厚度增加時土質道路徑流率和產流量顯著減小，而產沙量隨浮土厚度增加表現為：小雨強（1.0、1.5 mm·min-1）時厚層浮土次降雨產沙量較高；大雨強（2.0、2.5 mm·min-1）時薄層浮土次降雨產沙量較高。不同厚度浮土處理徑流率和產流量與雨強線性關系極顯著，不同厚度浮土處理含沙量和產沙量整體隨坡度增加而增大，雨強和坡度對道路侵蝕的影響不容忽視。因此，為減少黃土區浮土土質道路侵蝕量，避免道路侵蝕危害，可采取適當的工程、林業措施以抑制道路浮土的產生、減少浮土道路有效承雨量。