1.庆阳市海绵城市建设管理办公室2.庆阳市西峰区园林绿化管理局
【摘要】本文从庆阳存在的生态问题出发进行了现场水土流失、坡面冲刷、垂直边坡坍塌等试验和分析，提出了庆阳海绵城市试点建设时应充分考虑本地水土流失和边坡稳定等生态问题。
【关键词】生态问题 沟道边坡稳定分析 海绵城市试点建设须考虑问题
庆阳位于黄土高原腹地的董志源上。是中华民族最早的农耕文明发祥地之一。近年来，由于庆阳城区的不断发展，特别是区内石油、煤炭资源的勘探开发、城镇商品房的开发、基础设施的建设等，大大加快了地面硬化、裸露化进程，在暴雨季节形成更大、更急的径流。常年的水土流失导致水、旱自然灾害的频繁发生，致使土壤变得更加贫瘠，沟头不断前进，塬面逐年萎缩，沟床下切严重，沟岸扩展迅速，沟壑发展加大，耕地、村庄、道路等遭到严重破坏。
1、水土流失现场试验研究
针对不同边坡坡度、降雨类型、植被覆盖率，对天然边坡降雨径流以及产流产沙的影响因素进行了野外边坡冲刷试验，取得了一定成效。
1.1降雨强度对产流产沙的响应
50坡面在3h短历时变雨型情况下，前期65min内小降雨强度(0.1829mm/min)时坡面基本无产流产沙；中期65～78min降雨强度突然增大(1.5 mm/min)时产流量迅速增大(裸坡在该时段有0.0085 mm/min的产流量，植被坡在该时段有0.0055 m3/m2的产流量)，裸坡与植被坡在该时段的产流量占降雨量的比重分别为56.4%与71.8%，同时产沙量也随之增大，裸坡平均产沙量为2.33×103g/m3，植被坡平均产沙量为1.47×103g/m3；78min后期又转为小雨强(0.1829 mm/min )，径流量和产沙量也随之减小。其他坡度下的产流、产沙规律与50下的相似，降雨强度越大，坡面的产流、产沙也就越大。
降雨强度是影响坡地土壤侵蚀的主要影响因子，降雨强度的增大能够提供更多的径流量，同时降雨强度的增大提高降雨对地表土壤的打击力，增加溅蚀量，为侵蚀产沙提供更多的土粒。
1.2坡度对产流产沙的响应
在3h均匀雨型时(降雨强度为0.278 mm/min )，地表累积径流量随坡度的增大而增大，大小顺序为坡度300大于150大于50 ；300黄土边坡的总产流量为0.0161 m3/m2，而150与50的黄土边坡的产流量为零。
在3h变雨型时，地表累积径流量先随坡度从50到150的增大而增大，却随坡度从150到300的增大地表累积径流量反而减小，临界坡度在250左右。在大雨强下，坡度从平坡变为缓坡时(坡度由50增大150)，缓坡的径流量随着降雨历时的延长呈增大变化，而陡坡(坡度由150增大300)径流量与缓坡相比减小。其原因是相对小的坡度条件下坡面径流冲刷量小于土壤孔隙的填充量；而陡坡条件下，坡面径流冲刷力增大，使填充在土壤孔隙中的土粒被冲走，导致土壤入渗率增大，地表径流量减小。
1.3植被对产流产沙的响应
植物主要通过降雨截留、阻滞径流、削弱溅蚀、蒸腾作用等形式来减弱坡面冲刷，边坡的不稳定主要表现为表层不稳定、浅层不稳定和深层不稳定，从植物的水文效应方面考虑，植物护坡的效果主要体现在植物茎叶对雨水的拦截和缓冲作用。
植被对于坡面的产沙量的降低有着重大作用，如3h变雨型50裸坡的平均产沙量为2.33×103g/m3，而植被坡的平均产沙量只有1.47×103g/m3；3h变雨型150裸坡的平均产沙量为2.2 ×103g/m3，而植被坡的平均产沙量只有1.O×103g/m3；3h变雨型300裸坡的平均产沙量为4.3×103g/m3，而植被坡的平均产沙量只有3.15×103g/m3。植被影响地表产流和土壤侵蚀过程的主要因素是对表层土产生疏水性，使得产流侵蚀过程得到良好缓减。
1.4土壤特性对产流产沙影响
庆阳离石黄土与马兰黄土为主，在降雨过程中，离石黄土的产沙量和产流量远大于马兰黄土的产沙量和产流量，如3h均匀雨型条件下，300马兰黄土的总产流量与平均产沙量分别为0.002m3/m2与2.8×103g/m3，而离石黄土的总产流量与平均产沙量分别为0.015m3/m2与10.3×103g/m3；对于水土流失治理，处于沟道离石黄土坡面是重点。处在沟道和中部坡面的离石黄土由于产流产沙量最大，造成沟床下切严重，沟岸扩展迅速，沟壑发展加大。
2、坡面冲刷现场试验研究
不同坡度、降雨强度与黄土、种植土坡面稳定的关系：
1)三种雨强条件下(45, 60, 75mm/h)，不同坡度的产流率与产沙率变化趋势有一定规律性：同一种降雨强度下，坡度在200以内时产流率随坡度的增加而增加；坡度从200增加到250时产流率有所减少或者出现交替上升现象。如60mm/h雨强下，100、 150、 200、 250黄土坡面的最终产流率分别为0.7、1.1、1.35、0.72L/min，最终产沙率分别为1、2.1、7、2.6g/L 。
2)黄土坡面产流率随着坡度的增加有缓慢增长(如75mm/h雨强下，100、150、200、250黄土坡面的最终产流率分别为1.5、2.0、2.1、2.2L/min),随雨强的增大而快速增长(如150下，45、60、75mm/h雨强下的最终产流率分别为0.6、1.1、2.0 L/min )，雨强对黄土坡面产流率的影响处于主导地位。
3)相同降雨强度下黄土坡面侵蚀产沙率随坡度的增加而增大，黄土坡面侵蚀产沙在75mm/h雨强下，在200附近存在临界坡度；黄土坡面侵蚀产沙率均随降雨强度的增加而增大。黄土坡面侵蚀过程可明显分为三个阶段，在50到200之间，主要受雨强影响；200到250之间，雨强和坡度共同对黄土坡面侵蚀产生作用；大于250时，边坡自身趋于不稳定。
4)种植土在长历时24h变雨型以及短历时3h变雨型的条件下，50、150、300三种坡度的产沙率均随着降雨强度的增大而上升，且坡度越大，相同降雨强度下的产沙率也越大。
在24h变雨型过程中，小雨强时(0.56mm/min)产沙率为300（9.35g/L）大于150（7.2g/L）约等于50（7.35g/L），大雨强时(1.65mm/min)为300（12.13g/L）大于150（11.2g/L）大于50（lOg/L）。
在3h变雨型过程中，小雨强时(0.18mm/min)产沙率为300（3.1 g/L）大于l50（1g/L）约等于50（1.3 g/L）；大雨强时(1.5mm/min)为300（29.75g/L）大于150（18.23g/L）大于50（15g/L）。
3、垂直边坡坍塌试验及沟壑黄土边坡降雨入渗分析
3.2土壤抗侵蚀性能
Evans研究结果表明，87.5%的侵蚀性土壤(英、美、加拿大)的黏粒含量在9～35%之间，75%侵蚀性土壤的黏粒含量在9～30%之间。当黏粒含量高于30%或35%时，由于土粒的胶结力增大，土壤抵抗雨滴击溅的能力增大。我国学者李勇在黄土高原地区的研究也表明粗粉粒(0.O5～O.01mm)和砂粒(＞0.O5mm)是决定土壤抗侵蚀性能的主导因素之一。
对庆阳黄土的粒分结果表明，小于O.OO5mm黏粒的含量约为10%, 0.05～0.005mm的粉粒含量约为77%，大于0.05mm砂粒的含量约为13%，所以庆阳黄土的黏粒引起的内聚力很小，粉粒含量高达77%易于导致黄土吸力大，该吸力是不稳定的、在降雨下易于丧失，且粉粒、黏粒易于被雨水溅蚀冲沟、被雨水汇流夹带流动，最终引起水土流失加剧。
总结：因此，黄土高原地区城市进行海绵城市建设应充分考虑本地水土流失等典型生态问题，基于海绵城市生态敏感性分析及水土流失起源至末端的过程分析，识别城市主要建设范围内的水土流失重点管控区域，按照海绵城市绿色生态理念提出不同类型区域的建设管控、生态修复、水土流失治理指引非常重要。