佟文韜

( 保定水文水資源勘測局，河北 保定071000)

斜坡在大自然界中是一個特殊的地質構造，是地殼表部所有具備側向臨面的地質體。造成斜坡形成的原因包括自然因素、人為因素兩種，在長期的自然地質構造運動中，斜坡受力后會出現(xiàn)變形而進一步傾斜變化。由于斜坡地質構造的特殊性，當斜坡區(qū)域內降雨量過大后容易引起斜坡水文變化，入滲現(xiàn)象的發(fā)生會破壞原有的穩(wěn)定地質結構，對降雨入滲下斜坡的水文響應深入研究意義重大。

1 降雨入滲形成的相關因素

降雨入滲主要是大自然雨水從地表進入土壤的運動過程，適當?shù)慕涤炅靠梢源龠M區(qū)域植物的生長，而若降雨量過大后則會導致整個地表水量過多而產生嚴重的入滲現(xiàn)象。入滲會破壞地質構造原有的黏合力，使得原本緊密配合的構造變得松動，若不及時排出入滲水則會形成降雨徑流。導致降雨入滲現(xiàn)象形成的因素有:

1.1 地質構造

地質構造內結構狀況變化常會對降雨徑流帶來影響，如:地質、土壤、黏性等方面的狀態(tài)不一，會使得降雨在地面上形成不同程度的入滲，對土壤自身的滲水性能帶來沖擊［1］。此外，一些特殊的區(qū)域構造會產生較大的地殼變化，如:斜坡、懸崖、谷地等，這些地質構造的都容易產生入滲。

1.2 氣候變化

我國是一個氣候多變的國家，特別是每年的降雨量大小變化不一。氣候變化不僅破壞了原有的降雨狀況，也會使得穩(wěn)定的水流體系變得更加復雜多樣。自然區(qū)域氣候不穩(wěn)定對降水入滲的影響做大，主要表現(xiàn)為:降水、總量、強度、分布等，隨著降水量的增多，入滲情況也更為嚴重。

1.3 森林植被

自然保護區(qū)在我國占據(jù)了較大的面積，森林植被需要吸收大量的水分來維持正常的生長環(huán)境，這往往容易造成不同程度的降雨入滲情況。如:就植被這一方面看，其在蓄水、保水、保土等方面發(fā)揮著重要的作用，當植被自身的功能受到水流破壞之后，則會出現(xiàn)植被受損的不利現(xiàn)象。

1.4 人為破壞

嚴重的降雨入滲現(xiàn)象除了自然地質變化造成外，也會因為各種認為因素形成。如: 砍伐森林加快了水土流失; 水利工程建設對降雨徑流有調控功能;農田灌溉使得消耗了大量的自然水分。這些人為生產活動造成的不利影響都會給降雨入滲產生作用，讓原先的地質結構出現(xiàn)異常變化。

2 降雨入滲造成的不利影響

斜坡是自然地質長期積累后形成的特殊地質構造，是地殼表部所有具備側向臨面的地質體。由于斜坡結構的特殊性，若降雨入滲控制不當則會引起各種水流囤積現(xiàn)象，如:降雨徑流等，給斜坡及周圍環(huán)境造成污染破壞。

2.1 斜坡坍塌

斜坡是山區(qū)構造的變形區(qū)域，降雨入滲會造成各種水污染問題日趨嚴重，給整個生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境造成了一定的破壞作用。入滲會使得地表上的水過于集中到斜坡土壤中，使得原有的地質結構變得更為松散，地質結構難以達到足夠的強度要求，若斜坡地下水量充足則會引起不同程度的坍塌。

2.2 水流混亂

從外形結構上看，斜坡本身存在一個傾斜角度，水流均是自上往下流入而到達特定區(qū)域。降雨入滲量增大之后，斜坡上水流的變化運動會處于混亂狀態(tài)，如: 洪峰流量變大則容易對斜坡結構造成沖刷，原先斜坡結構能夠控制的流量超出承載范圍，這些引起了水流量的波動。

2.3 地質受損

降雨入滲之前的水運動則是降雨徑流，若地表水不能及時入滲到土壤中，地表之上的區(qū)域會出現(xiàn)徑流現(xiàn)象。徑流對坡度( 垂直度) 較大的構造不會產生影響，但若坡度較小則容易破壞原有的地質結構。地面積水過多而損壞地表，大量水在地表、地下使得土壤之間的黏性減弱。

2.4 破壞系統(tǒng)

大自然是一個綜合性的生態(tài)系統(tǒng)，動物、植物、地質等之間都是相互協(xié)調運行的。若其中一個要素出現(xiàn)變化，則會使得穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，這些都會對原始自然生態(tài)系統(tǒng)造成破壞作用，不利于生態(tài)環(huán)境的長期發(fā)展。如: 山區(qū)斜坡的水流變化會破壞原有的地質構造而損壞環(huán)境。

3 降雨入滲下斜坡水文的響應變化

降雨入滲環(huán)境下斜坡坡面會產生雨水聚集的現(xiàn)象，最終構造出面積大小不一的水流。而斜坡構造形式的不同使其在面對水流時出現(xiàn)各種變化，斜坡面水的運動變化呈現(xiàn)多樣化趨勢。筆者對降雨入滲下斜坡水文進行了模擬測試，最后得出了對水文響應造成變化的幾個重要參數(shù)指標，具體包括:強度指標、入滲指標、含水指標、坡長指標、坡度指標等?！爱a流”是判別降雨入滲下斜坡水文響應的重要指標，其由降雨量減去損失量獲得。

3.1 強度指標

即降雨強度，一個斜坡區(qū)域內的降雨強度是由該地區(qū)的氣候特點決定，如:我國東、西、南、北等4個地區(qū)相比，東部、南部、東南部地區(qū)全年降雨量較大，使得坡面流單寬流量也會不斷增多。試驗得出水深、流速、流量之間存在這3/5、2/5次冪的關系［2］。一般降雨強度的變化會帶動坡面流指標的轉變，如:流速、水深、切應力等會隨著降雨強度的增大而增大，且斜坡的退水時間也會受到影響。

3.2 入滲指標

即土壤入滲率，根據(jù)國內外斜坡水文資料顯示，在降雨入滲環(huán)境下的土壤入滲均會出現(xiàn)不同程度的波動。如:當土壤滲透能力減弱之后，產流的狀況會隨著土壤含水率的變動而改變。從這一點看，土壤初期階段的滲透系數(shù)會影響到產量的水量，如:滲透系數(shù)小，則產流早期吸收的水量偏少。試驗中筆者注意到一些特殊情況，當土壤入滲率處于平衡時，對土壤的初始非飽和度不會帶來變化，但在平衡產流量上則會有變動。

3.3 含水指標

即初始含水率，土壤含水率與入滲率之間緊密相關。通常土壤的入滲率越大，則含水率也隨之上升。這是因為除了土壤自身儲備的含水量外，絕大部分的土壤含水率都是雨水從地表入滲而成。土壤的初始含水率更大，則其初始非飽和度更小且坡面的產流量增大，水動力因子也在隨之增大［3］。另外，根據(jù)斜坡坡面的水量會受到人為實踐的影響，土壤的初始含水率也會產生大幅度的變化，如: 斜坡地表種植需要灌溉水量等。

3.4 阻力指標

即阻力系數(shù)，綜合前面幾個指標，阻力系數(shù)在降雨入滲中也是影響斜坡水文的一大因素，斜坡水文阻力可通過模擬試驗及地址勘測獲得。一方面，斜坡自身具備的坡度則造成了整體的外在阻力; 另一方面，斜坡內部土壤結構之間的內阻力也會影響水流的變化、運動。利用計算機模擬試驗可發(fā)現(xiàn)，水流阻力系統(tǒng)變大后，斜坡內產流實現(xiàn)均衡狀態(tài)或者完全退水的時間則會變長，這是由于水文運動受到阻力作用而速度變慢的緣故。

3.5 坡長指標

即坡度長度大小，上述提到斜坡產生的因素有自然因素、人為因素等。斜坡形成因素的不同使得坡度的長短也存在差異，據(jù)勘測顯示國內山區(qū)斜坡長度在50 ～200 m不等，而城市地區(qū)的一些景觀斜坡也有20 m左右［4］。通過計算產流形成的過程，對坡長狀況進一步分析得出，在出口處的產流量變大之后，出口處坡面流的水流速度、水量大小、運動應力也在變化，見圖1。從時間和水流量關系上看，斜坡長L 不斷變化的同時，單寬流量大小也有所變動。

圖1 不同坡長的產流過程圖

3.6 坡度指標

即斜坡坡度，降雨入滲條件下斜坡坡度對產流會產生多個方面的作用。此次研究選擇5° ～60°這一坡度值域為對象，分析了各種坡度大小下的產流狀況。最大單寬流量在坡度處于平緩狀態(tài)時有所增大，而坡度超過5°之后則相對減小。此外，在坡度不斷變大之后，坡面流的流速、切應力也開始出現(xiàn)變動，流速、切應力最大值的臨界坡度出現(xiàn)在1° ～60°這一值域內，且流速、切應力的臨界坡度值為40° ～50°，這些都是降水入滲山造成的水文響應［5］。

4 控制斜坡水文響應的有效策略

為了處理好斜坡水文響應造成的不利，相關部門要在思想、實踐、政策等方面調整方案，讓斜坡水文朝著理想的狀態(tài)變化。根據(jù)筆者長期研究的經驗看，對斜坡水文響應需采取的措施包括:

4.1 轉變觀念

在思想上要對斜坡水文狀態(tài)給予高度重視，處理好大流量降雨入滲下的斜坡水文問題。這就需要政府領導者注重地區(qū)環(huán)境建設，尤其是對山區(qū)的自然斜坡更應該重點防止處理。在控制斜坡產流時進行勘測收集，對不同的數(shù)據(jù)及時分析以提早采取方案處理異常的水文響應。

4.2 環(huán)境評估

環(huán)境評估可以提早預測分析斜坡的地質構造、環(huán)境變化、產流大小等，根據(jù)這些數(shù)據(jù)指標則能提前采取斜坡水文的處理方案。如:根據(jù)典型的評估模型對雨洪的管理模式的位置、方法實施測算研究，最終可制定更先進的管理模式，這對降雨入滲下斜坡結構受損、入滲過多等問題可有效處理。

4.3 調整結構

為了防止斜坡入滲量過大造成的不便，我們可以對斜坡地質結構合理調整，利用一些更新方式來控制雨水入滲量。如:對于坡度較小的斜坡，其雨水難以及時排出，可通過設置小型排水溝的方式將水流引出斜坡，避免入滲量過大引起土壤流失等。

4.4 定期監(jiān)測

定期監(jiān)測可及時發(fā)現(xiàn)斜坡水文響應狀況，在內地表出現(xiàn)降雨入滲之后，則需盡快安排技術人員對入滲水量多方檢測，核對水質中的各類元素指標與環(huán)保標準是否一致。這樣不僅能弄清雨水中是否存在有害環(huán)境的物質，也可為環(huán)保人員的水文處理工作帶來方便。

總之，降雨入滲表面上是自然環(huán)境變化的常見現(xiàn)象，但對于入滲程度的控制不足則會引起不同的破壞作用。降雨入滲下斜坡水文變動是正常的狀態(tài)，但遇到降雨量大的斜坡區(qū)域，該面積內的斜坡地質構造會受到不利影響，這就需要管理者制定嚴格的控制方案，避免斜坡水文出現(xiàn)異常。

［1］路曉娟，王海軍. 降雨入滲對斜坡水文變化造成的不利影響［J］. 南京大學學報( 社會版) ，2010，17(5) :84－86.

［2］張子旭，黃建國. 斜坡水文中產流變化的影響因素探究［J］.工程力學，2009，29(14) :32－35.

［3］曾達文，邱志義. 降雨對高填土路堤的入滲深度的相關作用［J］. 地質勘查報告，2010，36(11) :74－76.

［4］朱路平，許少華. 降雨入滲影響的非飽和土邊坡瞬態(tài)安全系數(shù)研究［J］. 土木工程學報，2009，30(20) :55－58.

［5］楊永文. 胡宇. 利用產流指標分析斜坡水文變動的方法［J］.現(xiàn)代城市科技，2009，13(6) :49－51.