張 洋，張 輝，李占斌,※2，李 鵬，肖 列，柯浩成，陳怡婷

（1. 省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室（西安理工大學(xué)），西安 710048；2. 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，楊凌 712100；3. 陜西西部聯(lián)盟生態(tài)股份有限公司，西安 710075）

0 引 言

季節(jié)性凍融現(xiàn)象主要發(fā)生在中緯度地區(qū)，一般表現(xiàn)為冬季凍結(jié)，夏季消融[1-3]。黃河中游位于中緯度地區(qū)，在每年的10月下旬至來年3月下旬，土壤溫度均在0 ℃以下，最低溫度可達到–15 ℃左右，年 0 ℃以下的天數(shù)約為110 d，多年平均降雨量在500 mm左右，該研究區(qū)的氣候條件滿足凍融侵蝕發(fā)生的要求[4-6]。

土壤的凍融會對土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生直接或間接影響[7-9]。已有研究表明，凍融作用能夠通過改變土壤結(jié)構(gòu)[10-12]，從而降低土壤抗剪強度[13]，增大土壤可蝕性，增加溝蝕發(fā)生的幾率[14]。Frame等[15]通過室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)后的侵蝕產(chǎn)沙量相對增加了25%左右。李強等[16]通過對黃土丘陵區(qū)的野外試驗發(fā)現(xiàn)，與凍融前相比，裸地處理(CK)和低密度草被覆蓋(LD)處理的總產(chǎn)沙量顯著增加，分別增加了19.4%和6.7%。

前人的研究主要集中于土壤可蝕性在凍融作用前后的變化，而對于凍結(jié)狀態(tài)下土壤的可蝕性研究較少。凍結(jié)時和未凍土土壤可蝕性的差異仍不清楚。當(dāng)土壤中的水分以固體冰晶存在時，土壤中的含冰量較多，當(dāng)春季外部氣溫升高，土壤表層土體中冰體融解而深處尚未融解的情況下，未融解部分就形成了不透水層或弱透水層[17]，春季的降水和融冰水無法從土層中迅速下滲，多余的水體會導(dǎo)致表層土壤含水量增加，使土體處于流動狀態(tài)，此時已解凍土層的強度比其在凍結(jié)狀態(tài)下或原始未凍狀態(tài)要顯著降低[18]，在降雨和融冰水的外營力作用下極易發(fā)生土壤侵蝕。故有研究認(rèn)為，土壤表層水分含量高的一個主要原因是土壤中存在不透水的“心土層”，它是導(dǎo)致大范圍片蝕和小范圍細(xì)溝侵蝕發(fā)生的主要原因[19]。Kirkby通過研究認(rèn)為，溫帶地區(qū)全年水土流失的一半發(fā)生在凍土層解凍時期[20]，“心土層”對解凍期土壤侵蝕影響顯著[21]。當(dāng)凍土消融時，土壤的抗剪強度下降，因而土壤可蝕性增大，處于解凍期的土壤可能更容易發(fā)生土壤侵蝕[22]。Sharratt等[23]通過模擬降雨試驗發(fā)現(xiàn)，解凍期土壤中存在的不透水凍結(jié)層是導(dǎo)致土壤侵蝕加劇的主要因素。

有學(xué)者根據(jù)不同時期降雨過程對凍融侵蝕強度的影響程度將降雨分為凍結(jié)期降雨、消融期前期降雨和消融期后期降雨 3類，認(rèn)為在消融期，冰雪消融、降雨徑流對土壤有侵蝕搬運作用，弱透水的“心土層”的存在是導(dǎo)致土壤侵蝕隨著降水的增多而增大的主要原因[24-26]。由此可見凍土層在凍融與水力復(fù)合侵蝕中的重要性，而國內(nèi)關(guān)于解凍期土壤侵蝕的研究主要集中在東北地區(qū)，而對于西北黃土高原地區(qū)研究較少，對于定量研究黃土高原凍融侵蝕的所開展的試驗更是少之又少。因此，為了探究黃土高原地區(qū)降雨對凍土坡面侵蝕的作用機理，明確黃土區(qū)凍土和未凍土在不同水力條件下侵蝕之間的差異，本文選擇凍土坡面為主要研究對象，并以未凍土坡面作為對照坡面，對比分析不同降雨強度條件下凍土坡面和未凍土坡面水力侵蝕的差異，以期為完善土壤侵蝕機理提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用土源于黃土高原地區(qū)陜北綏德王茂溝流域，地理位置為東經(jīng) 110°20′26″～110°22′46″，北緯 37°34′13″～37°36′03″。該區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫10 ℃，最大值為39 ℃，出現(xiàn)在7月；最小值–27 ℃，出現(xiàn)在 1月，因而該區(qū)域在冬季以及初春，地表會出現(xiàn)不同程度的凍結(jié)現(xiàn)象。流域年平均降水量為475 mm，7～9月降雨量占全年總降水總量超過65%。流域土地利用類型以草地、坡耕地、梯田以及林地為主，流域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造比較單一，表層多覆蓋質(zhì)地疏松、勻細(xì)的黃綿土，覆蓋厚度 20～30m。土壤機械組成為黏粒 0.20%、粉粒72.01%、沙粒27.79%，土壤容重為(1.30±0.10)g/cm3，有機質(zhì)含量為(2.0±0.1)g/kg[27]。

本次試驗在西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室的凍融實驗室完成。試驗裝置主要由凍土裝置、試驗土槽和降雨系統(tǒng) 3部分組成。試驗所用的凍土儀器為西安理工大學(xué)定制的凍融試驗系統(tǒng)，該試驗系統(tǒng)采用六面體拼裝結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部尺寸：長4.5 m×寬2.5 m×高 2.5 m，溫度變化范圍–40～30 ℃，精度±1 ℃，溫度均勻度≤±2.0 ℃，同時具備制冷和加熱系統(tǒng)，能夠滿足試驗需求。凍土裝置試驗土槽為木制不透水結(jié)構(gòu)，邊角及外圍用角鐵錨固定，底部配有可移動的試驗小車，土槽尺寸為長200 cm、寬75 cm、深35 cm，下端連接有用于收集徑流、泥沙樣品的集流槽。試驗采用下噴式模擬降雨系統(tǒng)，根據(jù)不同的降雨強度選擇不同型號的噴頭，有效降雨覆蓋面積約為4.5 m×4.5 m，降雨高度為5.2 m，降雨強度變化范圍為 0.5～2.0 mm/min，降雨均勻度在85%以上。

圖1 降雨裝置以及試驗土槽的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of rainfall device and test soil slot

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗裝土處理

首先將野外采集的供試土樣過5 mm×5 mm的篩，剔除根系、石塊等雜物，而后對過篩后的土樣進行悶土，使其水分質(zhì)量含水量達到15%±1.0%，并保持土樣內(nèi)水分均勻。填土前在土槽底部鋪1層紗布，再裝入5 cm厚的天然沙，以保證試驗用土的透水性與天然坡面接近，然后根據(jù)土樣的設(shè)計干容重1.25 g/cm3按照式（1）計算出所需土樣質(zhì)量，按照每層土厚5 cm一層進行分層填裝，在填完第一層的時將表土略整粗糙后填裝下一層，保證兩層土樣結(jié)合緊密。填土深度為20 cm。在距坡頂40、100、160 cm處的土壤表層以下3 cm處各布設(shè)一個溫度探頭。

式中：m為所需裝土質(zhì)量（kg）；B為干容重，本研究取1.30 g/cm3；w為土壤含水量（%）；l為土槽長（cm）；b為土槽寬（cm）；h為土槽深（cm）。

1.2.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年10月在西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點試驗室的凍融實驗室。在中國，坡度為 10°～20°的坡地隨處可見，為保證模擬降雨試驗的初始條件一致，本文選擇15°的坡地作為研究對象。查閱研究區(qū)王茂溝小流域的降雨分布發(fā)現(xiàn)，在該流域開始解凍期，即每年的3月初，均有侵蝕性降雨出現(xiàn)；另外，考慮到在預(yù)試驗中當(dāng)降雨強度較小時未凍土坡面不產(chǎn)流的情況，本文將降雨強度設(shè)為3個指標(biāo)值，分別為0.6、0.9、1.2 mm/min，以確保試驗的順利進行，并保證了模擬降雨強度的梯度變化。降雨歷時自降雨開始至產(chǎn)流后60 min結(jié)束。試驗時的降雨水溫和室溫均在15 ℃左右。

1.2.3 試驗步驟

室內(nèi)試驗分為凍土坡面模擬降雨試驗和未凍土模擬降雨試驗 2個階段。前期預(yù)試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將試驗小車推入凍土裝置，在–18～–22 ℃環(huán)境下連續(xù)凍結(jié) 24 h時，距離土體表層下3cm的溫度為–6℃左右，整個坡面所有土體的溫度均在–2～–3 ℃，即所有土體中的液態(tài)水分都變成固態(tài)冰晶，故在模擬降雨試驗開始前，凍土坡面的土壤含水率（土壤中液態(tài)水的含量）為0，而對照坡面的含水量在 15%左右。因此，在預(yù)試驗的基礎(chǔ)上，文中將填土后的試驗土槽上部覆上塑料薄膜，一方面防止土壤凍干分散，另一方面阻止空氣中的水源補給在坡面表層形成固體冰晶。然后將試驗小車推入凍土裝置，在–18～–22 ℃環(huán)境下連續(xù)凍結(jié)24 h，保證每次土槽中所有土體凍結(jié)狀態(tài)的一致性。與此同時，對降雨強度進行率定，當(dāng)率定降雨均勻度大于 85%，且實測降雨強度與目標(biāo)降雨強度的差值小于5%時，即可進行后續(xù)正式降雨試驗。隨后將凍土系統(tǒng)中的土槽小車推出并放在模擬降雨裝置下進行模擬降雨試驗。每組試驗重復(fù) 2次，試驗結(jié)果取 2次試驗數(shù)據(jù)的平均值。從坡面出口開始有徑流產(chǎn)生起，用具有刻度、統(tǒng)一規(guī)格的塑料小桶每分鐘收集 1次徑流泥沙樣，通過刻度讀取桶內(nèi)渾水體積后采用烘干法測得每分鐘的產(chǎn)沙量，并計算出泥沙體積，最后用渾水體積減去泥沙體積后得到每分鐘的徑流量。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel 2010錄入整理，Origin Pro 8.0進行繪圖制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍土坡面、對照坡面降雨徑流過程

表 1為坡面徑流量、侵蝕量及主要時刻統(tǒng)計表。由表 1可以看出，降雨強度對初始產(chǎn)流時間影響顯著；當(dāng)雨強由0.9 mm/min增加為1.2 mm/min時，凍土坡面（FS）、對照坡面（CK）產(chǎn)流時間分別減小了2.9、15.2 min。對比相同降雨強度條件下凍土坡面和對照坡面的產(chǎn)流時間發(fā)現(xiàn)，凍土坡面的產(chǎn)流時間相對較小，1.2 mm/min、0.9 mm/min雨強條件下凍土坡面（FS）的產(chǎn)流時間相對于對照坡面（CK）分別提前了6.4、18.7 min。隨著降雨強度的增加，坡面徑流量明顯增大，當(dāng)雨強由0.9 mm/min增加為1.2 mm/min時，凍土坡面（FS）、對照坡面（CK）徑流量分別增加了0.69倍、0.66倍。對比2種坡面徑流量發(fā)現(xiàn)，凍土坡面（FS）徑流量明顯大于對照坡面（CK），0.9、1.2 mm/min雨強條件下凍土坡面（FS）是對照坡面（CK）徑流量的1.19和1.16倍。在雨強為0.6 mm/min條件下，對照坡面（CK）未產(chǎn)流，土壤水分全部入滲，而凍土坡面由于凍結(jié)層的存在，在降雨強度很小的條件下產(chǎn)生了徑流。

表1 坡面徑流量、侵蝕量及其主要時刻Tab.1 Slope runoff, erosion and its main moments

圖2表示坡面產(chǎn)流過程。由圖2可以看出，降雨初期坡面產(chǎn)流強度迅速增加，而在降雨后期逐漸趨于穩(wěn)定，且坡面產(chǎn)流強度隨降雨強度的增加而顯著增大。坡面產(chǎn)流后，凍土坡面（FS）徑流量很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，而對照坡面（CK）需要很長時間才能達到穩(wěn)定狀態(tài)。在1.2 mm/min雨強下，產(chǎn)流開始后的1～10 min，產(chǎn)流強度迅速增大，凍土坡面（FS）的產(chǎn)流強度迅速接近于1 L/(m2.min)，而對照坡面（CK）隨產(chǎn)流歷時的增加逐漸接近于 0.7 L/(m2.min)，始終大于對照坡面（CK）。在0.9 mm/min條件下，凍土坡面（FS）產(chǎn)流強度在第15 min左右趨于穩(wěn)定，而對照坡面（CK）則一直呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在第53 min時才趨于穩(wěn)定。說明凍層的存在一方面減小了坡面匯流時間，另一方面增加了坡面的產(chǎn)流強度，從而導(dǎo)致坡面產(chǎn)流強度增加。坡面徑流量過程不同主要是以下兩方面共同作用的結(jié)果：一是坡面凍層的存在導(dǎo)致入滲率減小，從而導(dǎo)致凍土坡面產(chǎn)流量增大；二是試驗設(shè)計的土壤初始含水量為 15%，相對較小，在試驗初期入滲率較大，但隨著降雨強度的增加，土壤入滲率顯著降低，地表徑流隨之增加。圖 2中最后一個測次表示模擬降雨結(jié)束后坡面上剩余的徑流量，因此該數(shù)值顯著減小。

圖2 坡面徑流強度隨產(chǎn)流歷時的變化Fig.2 Change of slope runoff intensity with runoff duration

2.2 凍土坡面、對照坡面侵蝕產(chǎn)沙過程

由表 1可以看出，坡面侵蝕量隨著降雨強度的增加而增加；當(dāng)雨強由0.9 mm/min增加到1.2 mm/min時，凍土坡面（FS）、對照坡面（CK）的侵蝕產(chǎn)沙量分別增加了0.46倍和1.37倍。雖然2種處理下的坡面均發(fā)生了細(xì)溝侵蝕，但 2種坡面處理在相同水力條件下細(xì)溝侵蝕出現(xiàn)的時間相差較大（表1），侵蝕結(jié)果也相差較大（圖3）。

由圖3可以看出，對照坡面（CK）形成的細(xì)溝較短，深度較淺，而凍土坡面（FS）細(xì)溝發(fā)育水平較高，細(xì)溝較長。細(xì)溝的發(fā)育速度和程度直接影響坡面侵蝕的強烈程度。隨著雨強的增加，2種坡面的產(chǎn)流時間、跌坎、細(xì)溝出現(xiàn)時間均有所縮短。相對于對照坡面（CK），凍土坡面產(chǎn)流時間、細(xì)溝出現(xiàn)時間縮短，更易產(chǎn)生地表徑流，也更容易形成細(xì)溝。凍土坡面（FS）侵蝕量遠(yuǎn)大于對照坡面（CK），在1.2、0.9 mm/min條件下凍土坡面的產(chǎn)沙量分別是對照坡面（CK）的6.40、10.40倍。這說明凍土層阻水作用對水力侵蝕影響顯著。

圖3 兩種坡面雨后地形特征Fig.3 Terrain features of two slopes after rainfall

由對照坡面（CK）產(chǎn)沙過程發(fā)現(xiàn)(圖3b），黃綿土坡面一般較難形成細(xì)溝，在試驗條件下，產(chǎn)流后32 min和42 min時，才出現(xiàn)細(xì)溝（表1），但細(xì)溝一旦形成，坡面侵蝕則顯著加劇。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，凍土坡面（FS）在細(xì)溝出現(xiàn)之后的侵蝕量分別占總侵蝕量的 92.02%(1.2 mm/min)、83.87%(0.9 mm/min)和79.33%(0.6 mm/min)；而對照坡面(CK)則占 83.93%(1.2 mm/min)和 65.48%(0.9 mm/min)，相對凍土坡面，其占比有所降低。

對比兩種坡面產(chǎn)沙過程發(fā)現(xiàn)，凍土坡面產(chǎn)沙過程中凍層的阻水作用一方面縮短了細(xì)溝出現(xiàn)時間，凍土坡面分別在13 min和20 min形成細(xì)溝（表1），相比對照坡面（CK）分別縮短了18、22 min，即細(xì)溝出現(xiàn)時間提前，坡面產(chǎn)沙強度增幅較大，侵蝕加劇，且凍土坡面細(xì)溝侵蝕量占總侵蝕量的79%～92%；另一方面，增加了坡面地表徑流（表 1），導(dǎo)致侵蝕動力相對較大，侵蝕產(chǎn)沙強度較大。

圖4表示2種坡面狀態(tài)下的侵蝕產(chǎn)沙變化過程。由圖 4可以看出，根據(jù)侵蝕產(chǎn)沙過程并結(jié)合試驗現(xiàn)象發(fā)生過程，本文將凍土坡面的坡面侵蝕產(chǎn)沙過程可以分為 3個階段，以1.2 mm/min為例，第一階段，侵蝕以面蝕為主（0～10 min），產(chǎn)沙量主要來源于坡面細(xì)溝間侵蝕，產(chǎn)沙強度較小，均值僅為95.14 g/(m2·min)；第二階段，坡面逐漸出現(xiàn)細(xì)小的溝道（10～18 min），坡面迅速發(fā)育，侵蝕量迅速增加，此階段產(chǎn)沙強度均值為251.18 g/(m2·min)；第三階段，細(xì)溝侵蝕不斷發(fā)展階段（18 min以后），細(xì)溝發(fā)育漸趨穩(wěn)定，產(chǎn)沙強度的增長幅度減小，均值約為391.36 g/(m2·min)，這一階段產(chǎn)沙量的變化隨著溯源侵蝕、崩塌等的出現(xiàn)發(fā)生劇烈的上下波動現(xiàn)象。對照坡面的產(chǎn)沙過程也可分為3個階段，第一階段（0～25 min），主要以面蝕為主，侵蝕量較低，均值為9.36 g/(m2·min)，僅為凍土坡面均值的1/10；第二階段（25～54 min），坡面逐漸出現(xiàn)細(xì)溝侵蝕，侵蝕量劇烈增加，這一階段侵蝕強度的均值為71.36 g/(m2·min)，僅為凍土坡面的0.28倍，第三階段，細(xì)溝發(fā)育逐漸穩(wěn)定，侵蝕也漸趨平穩(wěn)，侵蝕強度的均值為119.43 g/(m2·min)，約為凍土坡面的3/10。兩種坡面的侵蝕過程類似，所不同的是，凍土坡面的細(xì)溝出現(xiàn)時間較短，坡面產(chǎn)沙侵蝕強度較大，且細(xì)溝發(fā)育較為迅速。圖 4中最后一個測次表示模擬降雨結(jié)束后坡面上剩余徑流所產(chǎn)生的侵蝕量，故該數(shù)值顯著減小。

坡面侵蝕產(chǎn)沙量出現(xiàn)的跳躍式增加，可能與細(xì)溝發(fā)育位置和侵蝕方式有關(guān)：坡面在15°條件下，降雨產(chǎn)生徑流在出口匯集，導(dǎo)致坡面底部出口處徑流量大，首先會在坡面底部形成多個跌坎，而后形成細(xì)溝，產(chǎn)沙強度增加；伴隨著降雨的繼續(xù)，細(xì)溝不斷發(fā)育，主要表現(xiàn)形式為溯源侵蝕和邊壁坍塌，侵蝕進一步加??；到降雨后期，產(chǎn)沙量顯著增大（圖3b），這與細(xì)溝的溯源、下切侵蝕加劇以及大量的滑塌現(xiàn)象有關(guān)。

圖4 坡面產(chǎn)沙強度隨產(chǎn)流歷時的變化過程Fig.4 Change of slope sediment intensity with runoff duration

2.3 凍土坡面、對照坡面的水沙關(guān)系

WEPP模型的基本理論將坡面侵蝕分為細(xì)溝間侵蝕和細(xì)溝侵蝕兩類，其中細(xì)溝間侵蝕以降雨侵蝕為主，而細(xì)溝侵蝕以徑流侵蝕為主[28]。結(jié)合以上理論，并參考文獻[29]中的相關(guān)理論以及文中的試驗現(xiàn)象，以細(xì)溝出現(xiàn)時間為界限，將整個坡面侵蝕過程分為細(xì)溝間侵蝕和細(xì)溝侵蝕 2個階段，并分別對試驗中各場降雨的累計產(chǎn)沙量和累計徑流量的相互關(guān)系進行函數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)累計徑流量和累計產(chǎn)沙量間的關(guān)系滿足y=kx+b的線性函數(shù)形式（y為累計產(chǎn)沙量，x為累計徑流量），決定系數(shù)均在97%以上（表2）。

表2 累計徑流量和累計產(chǎn)沙量的擬合方程Tab.2 Cumulative runoff and cumulative sediment yield fitting equation

由數(shù)學(xué)概念與實際徑流產(chǎn)沙的物理意義可知，k＞0，即累計產(chǎn)沙量隨累計徑流量的增大而增大，由此定義系數(shù)k為產(chǎn)沙速率系數(shù)，對比所有降雨場次的函數(shù)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)系數(shù) k存在一定的變化規(guī)律。在細(xì)溝間侵蝕階段的 k值始終均小于細(xì)溝侵蝕階段；對照坡面k值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于凍土坡面，在細(xì)溝間侵蝕階段，凍土坡面的k值是對照坡面的8.48倍（1.2 mm/min）、9.02倍（0.9 mm/min），而在細(xì)溝侵蝕階段，則分別為3.68倍和7.50倍。另外，分析不同雨強下的凍土坡面的k值發(fā)現(xiàn)，隨著雨強的增加，k值呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律，在0.9 mm/min雨強下的k值最大；而對照坡面在細(xì)溝間侵蝕階段，1.2 mm/min雨強下k值小于0.9 mm/min雨強下，在細(xì)溝侵蝕階段則相反，這可能與降雨過程中坡面解凍速率、解凍深度以及侵蝕發(fā)展程度等有關(guān)。

3 討論

土壤剖面上的溫度變化是影響和反映凍融作用的主要因素之一，可用來直接表征凍融消長過程以及凍土層厚度[30]。圖5表示在降雨強度為0.9 mm/min下，在距離坡面表層土3 cm深處的土體溫度的平均值隨時間的變化規(guī)律，試驗中室溫和降雨溫度均在15～20 ℃之間。由圖5可以看出，在模擬降雨試驗過程中，地溫加速升高，其中未凍土坡面土體溫度的升溫幅度較小，平均為0.016 ℃/min，約為自然解凍坡面的1.2倍；而凍土坡面的升溫幅度相對較大，為0.094 ℃/min，約為自然解凍坡面的6倍。

圖5 試驗過程中的兩種坡面表層土壤（3cm）溫度變化Fig.5 Change of surface soil (3cm) temperature of two slopes during experiment

凍土坡面與未凍土坡面產(chǎn)流強度與地表凍結(jié)層解凍有關(guān)：在降雨開始后的初始階段，凍土坡面表層土體溫度較低（圖 5），坡面處于凍結(jié)狀態(tài)，入滲率較小，因此產(chǎn)流強度較大，產(chǎn)流量較大；隨著降雨的持續(xù)進行，坡面土體溫度增加，表層一定厚度內(nèi)的凍結(jié)土壤逐步解凍（溫度在 0 ℃以上）（圖 5），導(dǎo)致降雨后期兩種坡面的產(chǎn)流強度基本接近。對于凍土坡面來說，侵蝕產(chǎn)沙量會隨著坡面解凍速率的增加而增加，在降雨過程中，表層凍土層的存在會降低入滲、增大地表徑流，增加侵蝕能力，而徑流的增加又反過來作用于坡面凍土，促進坡面的解凍，促使坡面源源不斷的釋放出侵蝕物質(zhì)，兩者相互聯(lián)系、相互作用加速促進了侵蝕的發(fā)生。

全球氣候變化會造成季節(jié)性凍融地區(qū)局部凍土區(qū)提前消融，從而改變該區(qū)的水力侵蝕情況。因此，對于凍結(jié)土壤與未凍土壤的可蝕性差異的研究將為預(yù)測局部區(qū)域水蝕變化提供理論依據(jù)。然而，由于室內(nèi)模擬試驗受試驗裝置和試驗條件的限制，文中所用的土槽尺寸較小，其坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律只能夠簡單反映局部地區(qū)的坡面侵蝕規(guī)律，與大尺寸坡面侵蝕有很大區(qū)別，并不足以系統(tǒng)完整的反映坡面侵蝕過程，還需要進行大尺度坡面的驗證。同時，考慮到室內(nèi)模擬試驗的局限性以及凍融-水力復(fù)合侵蝕的諸多影響因素，在后續(xù)的研究中應(yīng)考慮更多內(nèi)容。

4 結(jié)論

1）在室內(nèi)模擬降雨條件下，凍土坡面的初始產(chǎn)流時間相對于對照坡面提前，在0.9，1.2 mm/min雨強下相對對照坡面提前了 18.7，6.4 min。且凍土坡面徑流量、侵蝕量均遠(yuǎn)大于對照坡面，在0.9，1.2mm/min雨強下徑流量分別是對照坡面的 1.16、1.19倍，侵蝕量分別是對照坡面的10.39，6.39倍。凍土坡面和對照坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程存在明顯顯著，凍土坡面和對照坡面產(chǎn)流過程均呈現(xiàn)在產(chǎn)流開始后迅速增加后漸趨平穩(wěn)的趨勢。

2）2種坡面的產(chǎn)沙過程可以分為面蝕、面蝕向溝蝕過渡以及溝蝕 3個階段，產(chǎn)沙過程的變化趨勢為，緩慢增加、迅速增大后漸趨穩(wěn)定凍土坡面細(xì)溝侵蝕量在坡面總侵蝕量上的占比大于對照坡面，且相對于對照坡面（CK）細(xì)溝出現(xiàn)時間分別提前了18、22 min。

3）2種坡面累計徑流量與累計產(chǎn)沙量之間滿足y=kx+b的線性關(guān)系，在細(xì)溝間侵蝕階段，凍土坡面的 k值是對照坡面的 8.48倍（1.2 mm/min）、9.02倍（0.9 mm/min），而在細(xì)溝侵蝕階段，則分別為3.68倍和7.50倍。

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