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淺談保水劑在邊坡綠化防護中應用

文檔作者：朱磊文檔來源：河北省廊坊市水務局		點擊數：	更新時間： 2022年12月10日
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第1O卷02期
2012年7月
南水北調與水利科技
South-to-North Water Diversion and Water Science 8L Technology
Vo1．10 No．02
Ju1．2012
淺談保水劑在邊坡綠化防護中應用
朱 磊
(河北省廊坊市水務局，河北廊坊O65000)
摘要：為了治理邊坡水土流失，應用保水劑是目前邊坡綠化、防治水土流失的重要手段之一。通過改進的Philip數學模型在實際工
程的實驗模擬，對河道堤防、邊坡的水土保持工作起到積極作用，實現了邊坡綠化的防風固沙作用，進而提高對有效、有限水源的利
用效率。
關鍵詞：保水劑；水利；邊坡綠化
中圖分類號：TQ314．24 文獻標識碼：A 文章編號：1672—1683(2O12)oo2—0146—02
Application W ater Retaining Agent in Slope Greening
ZH U I ei
(LangfangBureau for WaterA， irs of Hebei Province，Langfang 065000，China)
Abstract：In order to control the soil and water erosion of slope，water retaining agent is currently used as one of the important means for slope greening and water
loss preventiom In this paper，the improved Philip model is applied in the experimental simulation for the actual work on the river embankment。which has played an
active role on the soil and water conservation of slope and has achieved the effect of side slope greening and sand fixation，thus to improve water using efficiency．
Key words：water-keep agent；water conservancy；slope greening
1 保水劑在我國應用研究現狀
保水劑又稱土壤保水劑，是利用強吸水性樹脂制成的一種超高
吸水保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重數百倍甚至
上千倍的去離子水、數十倍至近百倍的含鹽水分，而且具有反復吸水
功能，在其自身吸水后膨脹為水凝膠，可緩慢釋放水分供作物吸收利
用，從而提高土壤保水性，改善土壤結構，減少土壤水分的深層滲漏
以及土壤養分流失L2-3J。
保水劑作為一種發展高效節水灌溉技術的新課題，現已逐步應
用于水土保持項目之中，并在成為治理邊坡、綠化邊坡，防治水土流
失等造成的損失等方面取得顯著成效[ 。從而成為防治水土流失應
用研究的一個新熱點，但是大面積的推廣應用該技術尚缺少理論依
據和技術指導。本文主要對保水劑在邊坡綠化上的應用研究進展作
一評述，并就存在的一些問題進行探討。
2 保水劑的特點及主要類型
加人保水劑的土壤，其對降水的吸附能力，抗侵蝕能力以及吸水
速度都能得到顯著提高，而且能改善土壤結構，增強土壤形成團聚體
的能力，減少水分的無效蒸發，提高土壤水分利用率[ 。土壤中大量
孔隙的形成源于保水劑自身吸水后反復地收縮和吸脹作用，孔隙對
提高土壤自身的邊坡綠化，防風護沙具有重要的理論價值和實際生
產意義，也是本文的研究初衷。
常見保水劑的主要類型有水解聚丙烯腈或淀粉；交聯的聚乙烯
醇衍生物；交聯性的單體接枝共聚物；丙烯酰胺交聯聚合物等等[ 。
由于受到水分、溫度、通氣狀況等因素的影響，保水劑只能在一定的
濃度范圍內才能被植物所吸收利用，應把土壤水勢特性與作物節水
灌溉結合起來研究保水劑的有效性。
和簡化Philip模型，本文根據具體的實際勘察情況，采用設計改進的
邊坡Philip模型模擬土壤水在加入不同含量的保水劑后，對邊坡中
下人滲過程[ ]的影響。
本文改進的Philip人滲公式是根據垂直一維入滲的級數解獲
得，由于Philip入滲公式一般較容易利用田間人滲試驗資料確定，故
便于應用。改進的Philip入滲公式為：
J(￡)一Sco ·tl／2+Aco ·t (1)
式中：S～吸滲率； 一坡度的傾斜角；A一穩定入滲率。
在入滲初期，參數S起主要作用，相當于水平吸滲的情況，隨著
人滲時問的增長，參數A成為主要的影響因素。
土壤水分垂直入滲過程包括一維垂直入滲和水平人滲兩部分，
利用Philip人滲公式擬合得：
J( )一4．1598cosOt1／z十1．2499co~t R2— 0．9992 (2)
將此數學模型應用到實際工程中，對河道堤防、邊坡的水土保持
工作起到積極作用。以實驗論證，實驗土壤采集于河北省廊坊市安
次區落垡村南，整個實驗過程均在廊坊市水利勘察規劃設計院水分
析實驗室內進行。
保水劑用量對垂直入滲特性影響，供試土壤為壤土，土壤容重為
1．2 g／cnl3、土壤初始含水率為6．88 、保水劑用量分別為0．2％、
0．4 、0．6 、入滲時間為2 h。
表1 保水劑用量對自由入滲因素的影響
3設計改進的邊坡Phmp模型 自動 篥 萎 裟 黧
常用土壤水分一維垂直人滲模型有Kostiakov模型、Philip模型 堤處，實驗裝置為3 inn1厚有機玻璃制成，上底長10 crn，下底長30 cm，
收稿日期：2012—02—21 修回日期：2012—06—04
作者簡介：朱磊(1982一)，男，河北廊坊人，助理工程師，主要從事水利水電工程管理工作。
． 146． 恭 l 徠 墻
朱 磊·淺談保水劑在邊坡綠化防護中應用
寬10 cm，高10 cm，坡比為1：2的直角梯形器皿。實驗利用帶有刻
度的透明有機玻璃制作的馬氏瓶進行自動供水，為了便于觀察濕潤
鋒的發展過程，其側面開有供水口見圖1。
1．馬氏糖
2．濾紙
3．進水口
4．供水管
5．水位觀測管
6．水室
圖1 改進的邊坡Philip模型試驗裝置
將實驗過程中的土壤按預定的容重分層裝入實驗器皿中(厚度
5 cm)，至供水口以下3 cin處。實驗裝置如圖1所示。其供水水位
控制在1 cm，實驗設置兩個保水劑處理水平。保水劑的施用方式為
層施組，在距離供試土體上表層O～5 cm、5～10 CITI處施用保水劑。
在充分供水的情況下進行人滲實驗，在人滲時間達到1 min、5 min、
10 min，20 min，30 min， 口rain，50 min、60 min 70 min，80 min，
90 min、100 rain和120 m_in時記錄馬氏瓶水位滲水量，觀察濕潤鋒垂
直入滲距離與時間的變化關系。對于層施處理組，人滲結束后分層
取土，用烘干法測定土壤質量含水率。
圖2為不同層施深度的不同含量保水劑的土壤人滲量隨時間變
化關系變化曲線。人滲實驗結果顯示，保水劑對土壤入滲率的影響
具有穩定性和一致性。入滲率、累積入滲量和土體濕潤深度隨人滲
時間變化的趨勢與保水劑用量變化基本相似，隨著入滲時間的延長
人滲量逐漸變緩；不同層施深度，保水劑對土壤人滲性能的影響因保
水劑施用比例的不同而變化相似，即相同入滲時間，累積入滲量隨著
保水劑用量的增大都有不同程度的抑制，隨著入滲時間的延長，保水
昌
g
蠢
髓
<
士
瞳
塞
入潘時闖／rain
(a)腰施0—5l’m
人滲時間／rain
【b)屢施5一lO cm
閨2 不同保水劑土壤入滲量隨時間變化關系
劑用量對累積人滲量的影響越明顯；保水劑層施深度對累積人滲有
影響，隨著層施深度的增加，保水劑對累積入滲量的影響逐漸變緩
分析圖2發現，層施深度、保水劑用量都會對人滲產生阻礙滲透
作用。隨著保水劑含量的增加，土壤水垂直入滲的累計入滲量增加
速率減小，可見保水劑對土壤水分有阻滲作用。保水劑含量越大，阻
滲作用越強。
通過實驗測定與數字模擬相結合的方式，分析了保水劑對土壤
水分垂直人滲過程中水分特性的影響，入滲過程中，層施保水劑后，
說明在作物根系層施保水劑，保水劑層及保水劑下層土壤含水率普
遍增加，在一定程度上提高該層土壤含水率，這對于抑制保水劑下層
土壤水分的蒸發以及蓄水保墑能產生積極作用，為發展新型高效灌
溉節水技術提供了理論支撐。
4 保水劑應用現狀分析及展望
由于邊坡、特別是陡峭的巖質邊坡，土層瘠薄，水分不易保存，植
物難以生根發芽，用保水劑混合植物種子播種，結合土壤穩定技術，
可以提高邊坡土壤的存水量，使植物能夠正常生長，并能夠減少灌溉
用水量和提高植物的抗逆能力[8l。
目前保水劑的功能主要是集水、保水和節水，但是保水劑與水、
土壤的相互作用、以及保水劑與植物根系相互作用的研究還不多。
今后應開發出廉價并且吸水能力強、吸水速度快、持效性長的保水劑
產品，真正促進保水劑在水土保持和邊坡綠化中的大面積推廣利
用[ 。
5 結語
結合實際情況，本文提出了將保水劑應用于節水邊坡治理和綠
化技術中，從而提高對有效、有限水源的利用效率。加入保水劑的土
壤，其對降水的吸附能力，抗侵蝕能力以及吸水速度都能得到顯著提
高，而且能給改善土壤結構，增強土壤形成團聚體的能力，減少水分
的無效蒸發，提高土壤水分利用率。土壤中大量孔隙的形成源于保
水劑自身吸水后反復地收縮和吸脹作用，同時大量的土壤能改善土
壤顆粒透氣性，增強根系微生物的活動，促進土壤中有機質的分解，
有利于根系吸收，改良土壤基質，防止土壤板結和鹽漬化。這對于對
提高土壤自身的邊坡綠化，防風護沙具有重要的理論價值和實際生
產意義，也是本文的研究初衷。
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