【導(dǎo)讀】術(shù)研究”項目資助完成。機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。在論文的致謝中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)?！蛾P(guān)于規(guī)范西北農(nóng)林科技大學(xué)研究生學(xué)術(shù)道德的暫行規(guī)定》而獲得的研究結(jié)果。校有關(guān)規(guī)定的處罰處理并承擔(dān)相應(yīng)導(dǎo)師連帶責(zé)任。本學(xué)位（畢業(yè)）論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬西北農(nóng)林科技大學(xué)。秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》進(jìn)行出版，并享受相關(guān)權(quán)益。位（畢業(yè)）論文及其相關(guān)的工作成果時，將以西北農(nóng)林科技大學(xué)為第一署名單位，否則，行為，否則，按違背《中華人民共和國著作權(quán)法》等有關(guān)規(guī)定處理并追究法律責(zé)任。與外部特征，造成的人為水土流失危害已得到全社會和各級政府的廣泛重視和關(guān)注。產(chǎn)生的人為棄土堆置體進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查研究。針對棄土堆置體的多樣性和復(fù)雜性，探究不。及棄土堆置體水土流失防治途徑提供依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。江西紅壤丘陵區(qū)的棄土堆置體。

　　

【正文】 ，論述了礦區(qū)工程建設(shè)中松散堆積物的形成及其對侵蝕的影響 ， 礦區(qū) 新生 人為加速侵蝕方式及其危害 ，并 討論了 新生 人為加速侵蝕的防治對策 。 露天礦排土場屬典型的人工堆墊地貌，巖土分散、搬運、沉積規(guī)律與原地貌黃土侵蝕迥然不同 ， 白中科 和 胡振華 （ 1998） 研究了黃土區(qū)排土場坡度、土體容重和 地表物質(zhì)組成等因素與水土流失及植被恢復(fù)的關(guān)系，并對排土場新造地進(jìn)行了分類和評估。 王占禮 和 張漢雄 （ 1994） 對 神府 東勝礦區(qū) 河道松散堆積物的 物質(zhì)成份、類型、來源、數(shù)量、分布和 危害進(jìn)行了分析研究 ， 提出了對河道松散堆積物的處理意見 。 韓武波 等（ 2020） 運用專家分析法和層次分析法確定了黃土區(qū)大型露天礦排土場水土流失的評價因子 ， 建立了排土場水土流失評價指標(biāo)體系和評價模型 ， 并據(jù)此對平朔安太堡露天礦南排土場不同復(fù)墾時期的水土流失危害進(jìn)行評價 。 孫飛云 等（ 2020）就生產(chǎn) 建設(shè)項目對生態(tài) 環(huán)境 的影響 進(jìn)行 了分析研究，指出建設(shè)期間 生態(tài)影響過程 和 生態(tài)環(huán)境防治職責(zé)范圍 等內(nèi)容 ， 并提出了相關(guān)的防治措施和建議。趙永軍 等（ 2020） 針對 生產(chǎn) 建設(shè)項目水土流失提出了水流失量 的 概念， 并把水流失作為水土流失的內(nèi)容，列舉水流失的 預(yù)測 方法和 限制 因素。王美芝等 （ 2020） 通過雨后對棄渣流失的野外調(diào)查分析 ， 認(rèn)為 棄渣的物質(zhì)組成、分布位置 和 降雨特征 是 棄渣流失的主要影響因素 ，并 提出了積極的防護(hù)建議 。 田育新 等（ 2020）根據(jù) 編制水土保持方案的工作實踐 ， 對借土場和棄渣場分別進(jìn)行了分類 ， 提出了借土場和棄渣場的優(yōu)先選擇方法 ，并按照 借土場、棄渣場類型的不同 ，討論了如何合理布設(shè) 綜合防護(hù)措施。 水利樞紐工程建設(shè)棄土棄渣的妥善處理是防治工程建設(shè)水土流失的關(guān)鍵之一 ， 王玲玲 等（ 2020） 以西霞院反調(diào)節(jié)水庫工程 的 棄土棄渣為調(diào) 查對象，在降水、徑 流沖刷條件下，對棄土棄渣 水土流失進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和調(diào)查，分析了生產(chǎn)建設(shè)項目棄土棄 渣 水土流失的 形成過程和 影響 因素 。朱 波 等（ 2020）對 紫色丘陵區(qū) 生產(chǎn) 建設(shè) 項目 人為 松散堆積物 的侵蝕特征進(jìn)行了試驗觀測與分析研究，結(jié)果表明 松散堆積物侵蝕模數(shù)為 13 895 ~ 52 400 t/（ km2a） ， 遠(yuǎn)高于相應(yīng)對照草坡的侵蝕強度 ， 其侵蝕產(chǎn)沙量與堆積物的形態(tài)與位置、坡度與坡長 和 植被覆蓋度有關(guān) ， 侵蝕 具有明顯的時間特點。 甘枝茂 （ 1998） 闡述了城市水土流失與城市型水土保持 的 概念，城市土壤侵蝕是指在城市 管轄范圍內(nèi)的市區(qū) 及郊區(qū)，因受各種作用特別是人為活動的影響，形成 泥土、沙第一章 緒論 9 粒、廢渣、 棄土、棄石等固體物質(zhì)的流失過程 。 許有鵬 等 （ 2020） 將模糊評判處理方法引入到城市化土壤侵蝕強度等級劃分的確定中，通過對各因素的評價及評判結(jié)果的量化，建立了深圳市水土流失綜合評判模型。 張麗萍等 （ 2020） 應(yīng)用地理區(qū)位空間原理，分析了杭州市城市擴(kuò)建中誘發(fā)水土流失的空間分布特點。 潘文聰 等 （ 2020） 將現(xiàn)有的地理資料及調(diào)查、測定的數(shù)據(jù)，利用 數(shù)據(jù)信息化 計算機(jī)技術(shù) 、 圖形處理軟件 和 GIS 系統(tǒng)軟件，通過視圖創(chuàng)建、地理數(shù)據(jù)表格 創(chuàng)建 、 圖表制作、地圖要素組合制圖 和 地 圖整飾 等內(nèi)容 的具體操作 使用，建立了工程侵蝕動態(tài)監(jiān)測地理信息系統(tǒng)。 國內(nèi)外研究評述 國內(nèi)外有關(guān)水土保持 科學(xué) 的研究 很多， 針對 原生下墊面 土壤 侵蝕規(guī)律 及水土流失預(yù)測 方面的研究 已經(jīng) 取得 了豐碩 的 成果， 存在 許多值得 借鑒的地方 ，但 對 生產(chǎn) 建設(shè)項目 人為擾動下墊面 土壤 侵蝕規(guī)律 及水土流失預(yù)測方面的研究尚處于起步階段 。 由于 生產(chǎn)建設(shè)項目工程擾動 下墊面 水土流失與原生下墊面條件 的水土流失存在明顯差異，針對性的研究成果甚少，積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗十分有限，致使對于生產(chǎn)建設(shè)項目工程擾動水土流失的主控作用機(jī)制尚不明晰，也未建立一套完整、有 效的水土流失測算與控制技術(shù)體系。 盡管國內(nèi)外的學(xué)者做了大量的工作也取得了不少研究成果 ， 但是 ， 對 人為擾動下墊面 土壤侵蝕全過程的認(rèn)識還不 十分清楚 ， 大量的工作仍停留在試驗階段 ， 真正能 應(yīng) 用于生產(chǎn)實踐的成果不是很多，預(yù)測模型普遍存在適用性差、適用面窄等問題 。從國內(nèi)外預(yù)測模型的使用情況來看 ，科研成果 未能很好的應(yīng)用于生產(chǎn)實踐 ， 科研與生產(chǎn)之間仍有一定的距離 ， 這不僅極大影響了生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失治理工作的有效性，也造成水土保持監(jiān)督執(zhí)法無據(jù)可依 。 面對日益增大的生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模， 亟需明晰生產(chǎn)建設(shè)過程中工程擾動 下墊面 水土流失關(guān)鍵影響因子 及其作用機(jī)制 ， 建立有效的測算與控制技術(shù)體系 ， 并針對全國主要水土流失類型區(qū)確定相應(yīng)參數(shù)的取值和計算標(biāo)準(zhǔn)。 生產(chǎn)建設(shè)項目棄土堆置體下墊面概化與水土流失特征研究 10 第二章 研究內(nèi)容 與 方法 研究內(nèi)容 本研究 以各類型生產(chǎn)建設(shè)項目人為棄土堆置體為主要研究對象 ， 根據(jù)中國水土流失類型分區(qū)，結(jié)合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和 生產(chǎn) 建設(shè)項目分布的特點，并考慮 研究 須依托于目前正在實施的 各類生產(chǎn) 建設(shè)項目的要求， 確定 以平原、丘陵、土石山區(qū) 三 大地貌類型為基礎(chǔ)的地貌分類框架，以黃土、黑土、褐土、棕黃壤、紅壤等為基礎(chǔ)的土壤類型分類框架，采取路線 調(diào)查與典型調(diào)查方式 ， 對分布于 六 個典型 類型區(qū) （東北平原區(qū)、 黃淮海平原區(qū)、關(guān)中平原區(qū)、秦巴山區(qū)、江西紅壤丘陵區(qū)、貴州土石山區(qū)） 的各類點式工程、線式工程產(chǎn)生的人為棄土堆置體進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查 研究。 針對棄土堆置體的多樣性和復(fù)雜性，探究 不同地形地貌區(qū) 各類生產(chǎn)建設(shè)項目棄土堆置體在堆置 類型 、 下墊面物質(zhì)組成、坡形因子等方面的共性 。 在抽象概化的基礎(chǔ)上 研建 具有普適性的 棄土 堆置體 下墊面 室內(nèi)仿真模型 ，并 在室內(nèi)模擬降雨條件下對不同棄土堆置類型 室內(nèi)仿真模型 的 徑流 產(chǎn)沙過程進(jìn)行了試驗研究。 為 揭示 生產(chǎn)建設(shè)項目人為棄土堆置體水土流失特征，探求棄土堆置體水土流失測算模型 ，提出科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃亮魇в嬎惴匠?提供 科學(xué)依據(jù)。 本研究主要包括以下幾方面內(nèi)容： （ 1）生產(chǎn) 建設(shè)項目棄土 堆置體 類型概化 針對 生產(chǎn) 建設(shè)項目棄土 堆置體堆置 形式多樣性和復(fù)雜性這一特點 ， 依據(jù)棄土的堆置方法和堆置形態(tài) 建立 生產(chǎn) 建設(shè)項目棄土 堆置體 的分類體系。 （ 2）棄土 堆置體 下墊面組成物質(zhì)概化 運用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)原理，在對坡面物質(zhì)含量數(shù)據(jù)的分布類型進(jìn)行鑒別和確定的基礎(chǔ)上，按照數(shù)據(jù)不同的分布類型選擇相應(yīng)的統(tǒng)計方法才能得出反映客觀實際的物質(zhì)含量概化區(qū)間，確定出各坡位不同組成物質(zhì)含量集中分布的范圍。 利用棄土 堆置體 坡面各組成物質(zhì)的統(tǒng)計特征值：平均值、極值、中位數(shù)、十分 位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度系數(shù)、峰度系數(shù)、離差系數(shù)等對比分析不同研究區(qū)棄土 堆置體 下墊面組成物質(zhì)在重力分選、坡面物質(zhì)粒徑組成變化等方面的差異，并確定下墊面組成物質(zhì)的定量范圍。 （ 3）棄土 堆置體 坡 形因子概化 棄土 堆置體 坡形 因子概化包括棄土 堆置體 的坡度和坡長兩個方面， 坡形因子決定著徑流的匯集方式和過程，進(jìn)而影響坡面土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的過程及侵蝕程度。 運用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)原理對被調(diào)查的棄土 堆置體 進(jìn)行統(tǒng)計，確定出 各研究區(qū)棄土 堆置體 坡度、坡長集中分布的范圍。 利用棄土 堆置體 坡度、坡長的統(tǒng)計特征值：平均值、極值、中位數(shù)、 眾數(shù) 、 十分位第二章 研究內(nèi)容與方法 11 數(shù)、 標(biāo)準(zhǔn)差 、離差系數(shù)等對比分析不同研究區(qū)棄土 堆置體 在不同 堆置 方式下坡度、坡長數(shù)據(jù)序列的變化范圍、集中程度、離散趨勢等， 并確定 坡 形因子 的定量范圍。 （ 4） 棄土堆置 體 仿真模型 水土流失特征研究 根據(jù) 對生產(chǎn)建設(shè)項目棄土堆置體的野外調(diào)查及抽象概化 ， 將抽象概化出的棄土堆置體作為研究對象，在室內(nèi)模擬降雨條件下對不同棄土堆置體 仿真模型 的 徑流 產(chǎn)沙動態(tài)變化特征及相互間的關(guān)系 （產(chǎn)流時間、入滲率、徑流率、徑流含沙量、侵蝕速率、總產(chǎn)沙量、總徑流量 等 ） 進(jìn)行了試驗研究。 研究方法 野外調(diào)查采樣 土 渣 堆置體 水土流失的主要影 響因素包括：棄土棄渣的物質(zhì)組成、棄土棄渣的分布位置（堆置體有無上部來水）、降雨特性等。然而棄土棄渣的物質(zhì)組成對其流失 特征 起著至關(guān)重要的作用。棄土棄渣按其物質(zhì)組成可分為棄渣 （ 全石、石多土少 ） 和棄土（全土、土多石少），其中：全部為石塊和石多土少的棄渣堆置體入滲率極大，不易產(chǎn)流，故基本不產(chǎn)生水力侵蝕；全土和土多石少的棄土則容易因降雨形成面蝕、溝蝕，更易造成水土流失 （ 王美芝 等 2020） 。 因此，將各類型 生產(chǎn) 建設(shè)項目 人為 棄土 堆置體 作為 本研究 勘查記錄的重點。 記錄現(xiàn)場勘測 棄土堆置體 的工程項目名稱、工程類型、工程地點 、堆 置位置、 采樣點 坐標(biāo) ；描述形成棄土堆置體的 機(jī)械動力 、堆置體堆置 方式 、形態(tài)特征、 水土流失特點 ；描述 勘測 點的 地形地貌、土地利用類型、基巖情況、植被類型、林草覆蓋度 等內(nèi)容； 精確測量 棄土堆置 體 的坡長、坡高、坡度 ， 描繪 堆置 體 的形態(tài) 尺寸簡圖 。 土壤樣品的采集，是決定土壤分析結(jié)果是否可靠的重要環(huán)節(jié) ， 為了更好的控制采樣誤差，減少坡面土壤不均勻性造成的差異，提高樣品的代表性，在同一坡位使用采集多點組成混合 土 樣的方法。遵從隨機(jī)與等量的原則采集不同工程項目， 不同 堆置 方式， 不同形態(tài)尺寸的 堆置 體坡面 土樣（ 0 ~ 10 cm），根據(jù) 堆置 體 的坡長分為上坡位、中坡位、下坡位進(jìn)行采樣，每個坡位的 土樣 由相同數(shù)量采集點所采 樣品 等量均勻混合構(gòu)成混合 土樣 。坡面土壤采樣時為避免上部土壤 泄溜、滑落 對下部土壤顆粒級配造成影響，應(yīng)自下而上采取。 對 棄土堆置體 周圍的景觀生態(tài)情況進(jìn)行拍照、攝像。為標(biāo)準(zhǔn)下墊面概化及分析 棄土堆置體 在不同地形條件下的水土流失特征提供影像資料。 物質(zhì)組成分析 在實驗室對土樣進(jìn)行粒徑組成測定，得到堆置體表土物質(zhì)組成特征。將土樣風(fēng)干后用土壤粒徑分析振動篩過篩 ， 根據(jù)振動篩孔徑分為 5 級： D10 mm， 10 mmD5 mm，5 mmD2 mm， 2 mmD mm， D mm，用電子天平稱重并計算各徑級質(zhì)量百分生產(chǎn)建設(shè)項目棄土堆置體下墊面概化與水土流失特征研究 12 比，以此來表征特征粒徑范圍內(nèi)組成物質(zhì)的相對含量。 本研究 將土壤機(jī)械組成的分類標(biāo)準(zhǔn)定為 D10 mm 的塊石和土壤結(jié)構(gòu)體、 5 ~ 10 mm 的小粒石與固結(jié)土塊、 2 ~ 5 mm 的粗粒土、 ~ 2 mm 的中粒土、 D mm 細(xì)粒土。 已有相關(guān)研究表明堆置體坡面石礫的混入可增加坡面抗蝕能力 （ 白中科 和 胡振華 1998； Govers et al. 2020； Geissen et al. 2020） ，因此為了更真實地 反映堆置體坡面的物質(zhì)組成，需區(qū)分塊石和土壤結(jié)構(gòu)體。采用 2 次篩分法，即對同一土樣進(jìn)行 2 次篩分，第2 次篩分前對土樣進(jìn)行人工的碾壓處理，人為地對土壤結(jié)構(gòu)體進(jìn)行破壞，由于碾壓處理破壞了土壤結(jié)構(gòu)體的幾何形狀，使土壤結(jié)構(gòu)體崩解，崩解的土壤質(zhì)量就等于土壤結(jié)構(gòu)體的質(zhì)量。通過兩次實驗?zāi)軌騾^(qū)分 D10 mm 塊石和土壤結(jié)構(gòu)體分別的質(zhì)量百分比。 數(shù)據(jù)分析處理 運用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)方法計算棄土 堆置體 各坡位不同組成物質(zhì)百分比構(gòu)成的平均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等，以此來衡量各坡位不同組成物質(zhì)百分比含量數(shù)據(jù)的分布位置與分散情況。 鄧勃和秦建 侯（ 1987） 對數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗分析的各種方法進(jìn)行比較后認(rèn)為柯爾莫哥洛夫 斯米諾夫檢驗 （ KS 檢驗 ） 對樣本數(shù)量 n50 的樣本，檢驗效果比較理想。通過KS 檢驗判斷棄土 堆置體 各坡位不同組成物質(zhì)百分比含量數(shù)據(jù)序列的分布類型，針對不同的數(shù)據(jù)分布類型使用適宜的統(tǒng)計概化方法。 設(shè)有樣本數(shù)為 n的坡面物質(zhì)百分比含量數(shù)據(jù)序列 ix (i=1, 2,… ,n), KS檢驗步驟如下 ： （ 1）將序列 ix 由小到大進(jìn)行排列 ， 得到樣本的經(jīng)驗分 布函數(shù) 1() iFx n= ； （ 2）查表得到 ix 處的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù) 0()Fx； （ 3）構(gòu)造統(tǒng)計量00,1m a x ( ) ( )n iiD F x F xnn禳镲 镲= 睚镲镲鉿； （ 4） 給定置信度 α， 查柯爾莫哥洛夫檢驗臨界值表 ， 得到臨界值 n,Da ， 若 n n,DDa163。 ，則認(rèn)為序列符合正態(tài)分布 ， 否則序列不符合正態(tài)分布。 使用 SPSS 專業(yè)版軟件進(jìn)行經(jīng)典統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗， KS 檢驗置信度α均取為 。 使用 Excel 2020 軟件制圖。 模擬降雨試驗 試驗設(shè)備 模擬降雨試 驗在黃土高原 土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室降雨大廳內(nèi)進(jìn)行，采用下噴式自動模擬降雨系統(tǒng)，噴頭高 18 m，滿足所有降雨雨滴達(dá)到終點速度，降雨均勻度大于 80%。試驗采用去除了重金屬離子的純凈水作為模擬降雨水源，國際上采用純凈水作為水源來進(jìn)行室內(nèi)模擬降雨試驗的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用 （ Shainberg et al. 1992；Igwe and Udegbunam 2020） 。鋼制棄土堆置體侵蝕觀測平臺如圖 21 所示，平臺的有效第二章 研究內(nèi)容與方法 13 堆土面積為 m179。 m，坡度調(diào)節(jié)范圍 0 ~ 10186。，當(dāng)上層堆土平臺坡度為 0186。時，下層水沙匯集平臺以 5186。向集流裝置傾斜，以保證堆土平臺上的徑流產(chǎn)沙全部匯入出水口處的徑流桶內(nèi)。