宋凡凡， 李仙岳， 田德龍

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特 010020)

水土流失使土地退化，對(duì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅，緩減或者控制水土流失一直是世界性的課題。我國(guó)作為世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，其分布范圍廣、強(qiáng)度大、危害重。在全球氣候變化和極端降雨事件發(fā)生的大背景下，水土流失會(huì)進(jìn)一步增加。位于農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)的岱海水質(zhì)差、水土流失及富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，年均入湖泥沙量為256.67萬(wàn)m，嚴(yán)重影響其功能及水環(huán)境。植被過(guò)濾帶是控制和減弱水土流失的有效途徑，在環(huán)境影響、建設(shè)投資的優(yōu)勢(shì)以及對(duì)徑流及泥沙的有效削減使其廣泛地應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)及水土保持方面。在引黃濟(jì)岱工程實(shí)施的同時(shí)，也應(yīng)對(duì)入湖泥沙進(jìn)行控制，在徑流入湖過(guò)程中增強(qiáng)徑流、泥沙削減、減少水土流失。

植被過(guò)濾帶(vegetative filter strips，VFS)指建設(shè)于污染源與受納水體之間的生態(tài)過(guò)濾帶，其可以有效攔截地表徑流、滯留水體中泥沙、削減氮磷污染物含量。美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)自然資源保護(hù)署(NRCS)將其推薦為面源污染過(guò)程阻斷最有效的工程措施。植被過(guò)濾帶的過(guò)濾效果受坡度、徑流流量、寬度、植物品種影響。前人研究泥沙削減效果與植被過(guò)濾帶建設(shè)特征的統(tǒng)計(jì)關(guān)系得到，對(duì)特定水文特征下表現(xiàn)有所欠缺，無(wú)法對(duì)不同入流條件下過(guò)濾帶表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。在物理試驗(yàn)不斷開展的同時(shí)，數(shù)學(xué)模型在植被過(guò)濾帶設(shè)計(jì)過(guò)程中也被廣泛應(yīng)用。常見的模型有CREAMS模型、GRASSF模型、SEDOTHLEOTII模型、VFSMOD(vegetative filter strips model)等，VFSMOD是預(yù)測(cè)植被過(guò)濾帶水沙削減效果模型，被美國(guó)環(huán)保局(US EPA)推薦作為植被過(guò)濾帶效果評(píng)估方法，在歐美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)其適用性進(jìn)行了探討，證明VFSMOD模型對(duì)植被過(guò)濾帶出流水量及泥沙削減有著較好模擬能力，其可以用于國(guó)內(nèi)植被過(guò)濾帶規(guī)劃設(shè)計(jì)。潘岱立等利用VFSMOD對(duì)植物不同生長(zhǎng)期水沙削減進(jìn)行了建模分析，進(jìn)一步證明模型適用于產(chǎn)流產(chǎn)沙模擬預(yù)測(cè)，VFSMOD在農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)較少報(bào)道，在不同入流條件下水沙削減的研究也較少，在不同入流泥沙含量的模擬效果尚不明確。

前人研究結(jié)果對(duì)不同入流條件影響的研究具有一定局限性，內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)植被過(guò)濾帶在不同降雨強(qiáng)度下產(chǎn)流產(chǎn)沙的規(guī)律尚不明確。引黃濟(jì)岱工程實(shí)施的同時(shí)，應(yīng)控制泥沙入湖量，保障岱海水體面積穩(wěn)定。鑒于此，本研究通過(guò)野外原位試驗(yàn)，模擬當(dāng)?shù)夭煌噩F(xiàn)期降雨后產(chǎn)流過(guò)程，基于實(shí)測(cè)泥沙、徑流數(shù)據(jù)與VFSMOD模型研究徑流小區(qū)內(nèi)不同重現(xiàn)期降雨匯流后產(chǎn)流產(chǎn)沙特征。探討VFSMOD模型在岱海流域的適用性，進(jìn)一步明確過(guò)濾帶徑流泥沙攔蓄機(jī)理。以期為內(nèi)蒙古中部農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)水土流失防治工作提供理論支撐，并豐富產(chǎn)沙產(chǎn)流模型預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020—2021年在內(nèi)蒙古烏蘭察布市巨寶莊鎮(zhèn)(113°09′E，40°92′N)進(jìn)行。氣候類型為溫帶大陸性氣候，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，夏季炎熱短促。多年平均降水量407.5 mm，年內(nèi)降水不均，主要集中于7—8月，該地區(qū)日照時(shí)間充足，多年平均日照時(shí)間3 023.7 h，多年平均蒸發(fā)量1 938 mm，主要草本植被有羊草、冰草、披堿草等，試驗(yàn)區(qū)距離岱海直線距離30 km，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)黏土(USDA分類標(biāo)準(zhǔn))，土壤容重為1.38～1.40 g/cm。

1.2 試驗(yàn)布置

試驗(yàn)區(qū)設(shè)置4條植被過(guò)濾帶，1條為無(wú)植被對(duì)照小區(qū)，3條過(guò)濾帶植被選擇為當(dāng)?shù)剌^為常見的禾本科植物羊草((Trin.) Tzvel.)和冰草((L.))，禾本科植被過(guò)濾帶根據(jù)樣方法測(cè)得莖間距約為0.9 cm?；旌虾蟛莘N在小區(qū)條播，播種時(shí)間2020年5月15日，播種后和播后15天澆水，種植高度30 cm左右進(jìn)行刈割以促進(jìn)分蘗，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)莖粗約為0.3～0.5 mm，覆蓋率>90%。各小區(qū)坡度設(shè)置為5°，小區(qū)建設(shè)尺寸為6 m×4 m，小區(qū)之間用田梗隔開，防止徑流相互干擾。小區(qū)上方放置儲(chǔ)水桶，用于配置各不同含沙量徑流，通過(guò)閥門控制出水流量。出水口連接均勻開孔PVC管，制成簡(jiǎn)易布水器。小區(qū)下方開溝設(shè)置集流槽，以方便對(duì)出流水體進(jìn)行收集。每次試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)，試驗(yàn)前去除各植被過(guò)濾帶表層枯落葉，對(duì)土壤進(jìn)行取樣，用烘干法測(cè)定土壤初始含水率。水樣分析項(xiàng)目包括泥沙含量與出流量，在過(guò)濾帶末端溝內(nèi)接集水桶，每3 min通過(guò)集水桶刻度讀出流量，待集水桶內(nèi)泥沙沉淀后，105 ℃烘干10 h，秤量泥沙質(zhì)量。

在8月中旬進(jìn)行沖水試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)M徑流泥沙含量通過(guò)向過(guò)濾帶上方蓄水桶內(nèi)需水量添加泥沙來(lái)實(shí)現(xiàn)。泥沙為試驗(yàn)小區(qū)附近土壤自然風(fēng)干后去除枯落葉及石塊后過(guò)篩后得到。通過(guò)調(diào)節(jié)出水閥門開度控制出流量，記錄蓄水桶內(nèi)時(shí)間—水位關(guān)系得到出流曲線。為了研究不同流量與污染物濃度下的削減效果，設(shè)置4種流量4種濃度(表1)，每次沖刷后靜置72 h進(jìn)行下次試驗(yàn)，每處理重復(fù)3次，3種流量梯度為667 m匯流面積在重現(xiàn)期為3，5，10，20年的頻率下，以匯集系數(shù)為0.1的產(chǎn)流量。

表1 試驗(yàn)方案

1.3 VFSMOD模型

1.3.1 模型簡(jiǎn)介 VFSMOD模型由Carpena1999年開發(fā)，目前該模型主要由3個(gè)模塊：基于降雨和土壤入滲計(jì)算過(guò)濾帶表面水分平衡的改進(jìn)Green Ampt入滲模塊；基于上方來(lái)水和超滲產(chǎn)流來(lái)計(jì)算滲透土壤表面徑流深度與流速的地表徑流的運(yùn)動(dòng)波模塊；基于肯塔基算法(kentucky algorithm)計(jì)算不同粒徑入流泥沙在各植被特征下輸送與沉淀量泥沙過(guò)濾模塊。泥沙過(guò)濾模塊對(duì)植被過(guò)濾帶地表參數(shù)修正以提高攔沙量計(jì)算精度。故VFSMOD可以準(zhǔn)確計(jì)算過(guò)濾帶的出水量、下滲水量與泥沙截留效果。也可處理不同雨型的降雨、分段式過(guò)濾帶參數(shù)輸入及不同配比顆粒粒徑泥沙的輸入。

水文模型為Munoz—Carpena提出的基于運(yùn)動(dòng)波近似的二次有限元坡面流子模型。

(1)

=

(2)

(3)

式中：為地表徑流深(m)；為單寬流量(m/s)；為坡度(m/m)；為水力坡度(m/m)；為曼寧糙率系數(shù)(m/s)。

每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)都由地表徑流方程與基于Green—Ampt的非穩(wěn)定降雨方程的入滲方程進(jìn)行耦合。

(4)

(5)

式中：為入滲條件下的瞬時(shí)入滲率(m/s)；為縱向飽和導(dǎo)水率(m/s)；為初始土壤水分虧缺量(m/m)；為平均濕潤(rùn)鋒吸力(m)；為入滲后累積入滲量(m)；為事件累積入滲量(m)；為實(shí)際入滲時(shí)間(s)；為入滲時(shí)間(s)；為轉(zhuǎn)移到植被過(guò)濾帶外時(shí)間(s)。

泥沙過(guò)濾模塊考慮2種類型的輸送關(guān)系。使用愛因斯坦泥沙輸移方程來(lái)描述距離為的沉積物捕獲：

(6)

(7)

式中：、分別為泥沙和水的密度(g/cm)；為顆粒直徑(cm)；為在距離為上的沉淀物捕獲量(g/(cm·s))；為底面坡度；為重力加速度(cm/s)；為距離上的平均水力半徑(cm)；為莖間距(cm)；為坡面流深度(cm)。

地表徑流深度由徑流通過(guò)距離的間距為的介質(zhì)后的平均流速，曼寧公式為：

=

(8)

(9)

式中：為在距離上的平均速度(cm/s)；為過(guò)濾介質(zhì)曼寧系數(shù)(s/cm)。

對(duì)于懸沙條件，懸沙捕集能力的方程為：

(10)

1.3.2 參數(shù)獲取 VFSMOD模型參數(shù)主要由土壤參數(shù)、植被參數(shù)、降雨與產(chǎn)流過(guò)程參數(shù)組成。本試驗(yàn)不涉及降雨，降雨過(guò)程參數(shù)不作考慮。參數(shù)由飽和導(dǎo)水率(VKS)(m/s)、濕潤(rùn)鋒處平均吸力()(m)、土壤初始含水率()(m/m)、土壤飽和含水率()(m/m)、最大表面儲(chǔ)水量()(m)構(gòu)成。飽和導(dǎo)水率是模型運(yùn)行的敏感參數(shù)，且空間變異性大。試驗(yàn)結(jié)束后在3條過(guò)濾帶上中下游各取3次土樣，風(fēng)干后挑出石塊根系后混合均勻，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定混合土樣VKS。在試驗(yàn)結(jié)束后用環(huán)刀測(cè)定，在每次試驗(yàn)前取土用烘干法測(cè)得，假定土壤參數(shù)在試驗(yàn)期間無(wú)變化。

植被參數(shù)主要由植株莖稈間距()(cm)、過(guò)濾帶介質(zhì)修正糙率()(s/cm)、過(guò)濾帶植株高度()(cm)、泥沙沉積后過(guò)濾帶裸地表面糙率()(s/cm)、植被過(guò)濾帶曼寧糙率(strip manning roughness, RNA)(s/cm)(表2)。、對(duì)模型輸出結(jié)果不敏感，采用推薦值。與RNA為敏感參數(shù)，故用實(shí)測(cè)值。假定試驗(yàn)階段內(nèi)各參數(shù)無(wú)變化。計(jì)算公式為：

(11)

式中：為植株密度(株/m)，在試驗(yàn)前在3條植被過(guò)濾帶隨機(jī)取100 cm×100 cm樣方測(cè)定，取平均值作為值。

RNA計(jì)算公式為：

(12)

式中：為植被過(guò)濾帶內(nèi)水流流速(m/s)，徑流過(guò)程中利用紅墨水示蹤法測(cè)定；為水力學(xué)半徑(m)，此處取水流深度，在沖刷時(shí)通過(guò)水尺讀數(shù)獲??；為坡度(m/m)，無(wú)量綱。

泥沙參數(shù)主要有入流泥沙濃度()(g/cm)、入流泥沙中值粒徑()(cm)、泥沙密度()(g/cm)、入流泥沙粗砂百分?jǐn)?shù)(COARSE)(%)。使用激光粒度儀對(duì)入流泥沙進(jìn)行分析。

1.4 誤差分析

本文模擬結(jié)果分析使用模擬偏差()、均方根誤差(RMSE)、平均絕對(duì)誤差(MAE)、平均相對(duì)誤差(MRE)4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)水、沙模擬精度。

(13)

(14)

(15)

(16)

式中：為模擬值；為實(shí)測(cè)值；為第次沖刷試驗(yàn)；為總沖刷試驗(yàn)次數(shù)；為觀測(cè)值均值。

表2 植被過(guò)濾帶各參數(shù)意義及取值

使用方差分析中LSD法分析各處理間差異的顯著性(=0.05)情況。數(shù)據(jù)分析處理采用Excel 2010和DPS 7.05軟件，繪圖采用Origin 2017軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型率定與驗(yàn)證

利用T1～T4和T5～T16的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)率定，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證。進(jìn)行了各種統(tǒng)計(jì)(模擬偏差、均方根誤差RMSE、平均絕對(duì)誤差MAE、平均相對(duì)誤差MRE)，模擬值與實(shí)測(cè)值之間顯示出良好的一致性(表3)。SDR(泥沙出流率)和RDR(徑流出流率)校準(zhǔn)期范圍為-0.68%～3.44%和-1.65%～11.82%。RMSE范圍為0.12～0.93 g和0.07～0.08 L。MAE為0.11～0.93 g和0.05～0.07 L。MRE的范圍為1.08%～3.56%和5.15%～13.01%。驗(yàn)證期SDR與RDR的范圍為-15.13%～10.12%和-6.57%～5.67%。RMSE范圍為0.08～0.46 g和0.02～0.16 L。MAE范圍為0.05-0.77 g和0.02～0.14 L。MRE范圍為1.10%～17.83%和2.45%～13.01%，模型對(duì)徑流出流量及泥沙出流量較為敏感，可以較好地對(duì)時(shí)段徑流和泥沙出流量進(jìn)行捕捉。從模擬結(jié)果和驗(yàn)證指標(biāo)來(lái)看，VFSMOD模型可以較好地對(duì)農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)植被過(guò)濾帶對(duì)不同來(lái)水強(qiáng)度下過(guò)濾帶水、沙出流量變化情況，因此，VFSMOD模型可以用于該地區(qū)不同入流強(qiáng)度下水、沙出流量的預(yù)測(cè)和模擬。

表3 率定驗(yàn)證

2.2 植被過(guò)濾帶對(duì)入流強(qiáng)度變化的響應(yīng)

入流強(qiáng)度增加縮短了徑流在植被過(guò)濾帶內(nèi)的遷移時(shí)間。4種流量處理徑流出流規(guī)律一致(圖1)，不同強(qiáng)度入流開始出流時(shí)間呈現(xiàn)顯著差異。入流流量為0.77 L/s處理在第7 min開始出流，該入流強(qiáng)度下水流在過(guò)濾帶平緩?fù)ㄟ^(guò)，植株與地面和水體充分接觸，最大程度上減緩了水流推進(jìn)速度。流量為0.9 L/s的處理在6 min左右開始出流，過(guò)濾帶較好地發(fā)揮了蓄水的效果。流量持續(xù)增加至1.08～1.26 L/s，出流時(shí)間穩(wěn)定于4 min，入流流量的增加導(dǎo)致過(guò)濾帶部分植株出現(xiàn)倒伏，對(duì)徑流阻擋作用降低，徑流在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)植被過(guò)濾帶到達(dá)末端。過(guò)濾帶攔蓄效果較差，植株的攔蓄作用沒有充分得到發(fā)揮。

圖1 不同入流強(qiáng)度下累積出流量

植被過(guò)濾帶對(duì)徑流及污染物去除主要通過(guò)減緩徑流流速，增加入滲量來(lái)實(shí)現(xiàn)。由圖2可知，4種強(qiáng)度徑流進(jìn)入過(guò)濾帶后土壤入滲率分別為64.3%，56.08%，47.67%，41.27%。各入流強(qiáng)度處理前期入滲曲線與入流曲線重疊，證明入流流量全部通過(guò)入滲進(jìn)入土壤。入滲水量斜率即為土壤水入滲速率，土壤初始含水率較低，徑流剛進(jìn)入植被過(guò)濾帶入滲速率較快，斜率較大。當(dāng)土壤水飽和后除少部分通過(guò)穩(wěn)定入滲進(jìn)入更深層土壤外，其余水量通過(guò)出流流出過(guò)濾帶，即為圖中第2階段入滲情況，斜率下降，入滲速率減緩，出流量增加，導(dǎo)致入流強(qiáng)度增加入滲率下降的現(xiàn)象。

圖2 累積入流出流入滲曲線

2.3 不同入流條件下泥沙出流情況分析

不同入流強(qiáng)度下泥沙出流規(guī)律不同，0.77，0.90 L/s在入流強(qiáng)度下各濃度泥沙出流穩(wěn)定，1.08，1.26 L/s入流強(qiáng)度下泥沙出流量隨時(shí)間增加；不同入流泥沙濃度下泥沙出流量有差異，出流規(guī)律一致。泥沙出流主要受徑流影響，徑流強(qiáng)度增加導(dǎo)致泥沙出流率增加。分析不同入流條件下泥沙出流情況，不同強(qiáng)度徑流產(chǎn)沙過(guò)程有顯著差異。由圖3可知，入流流量為0.77 L/s(重現(xiàn)期=3，為降雨重現(xiàn)期)和0.9 L/s(重現(xiàn)期=5)處理中，自泥沙最初從過(guò)濾帶末端出現(xiàn)開始，先增加之后趨于穩(wěn)定。入流泥沙濃度對(duì)其影響僅為數(shù)值上的變化(圖3)。1.08 L/s(重現(xiàn)期=10)和1.26 L/s(重現(xiàn)期=20)入流強(qiáng)度處理中，變化規(guī)律則為持續(xù)增加，泥沙出流率增加即出流泥沙斜率變大。1.26 L/s處理泥沙出流率增加幅度要>1.08 L/s。說(shuō)明植被過(guò)濾帶對(duì)泥沙的攔蓄能力存在極限，在到達(dá)攔蓄上線之前，隨時(shí)間推移，泥沙出流量小于入流量。植被過(guò)濾帶內(nèi)泥沙存蓄量處于不斷增加的狀態(tài)。從1.08，1.26 L/s泥沙出流量變化可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泥沙入流累積量大于植被過(guò)濾帶泥沙攔蓄能力之后，泥沙出流量大幅增加。

泥沙在植被過(guò)濾帶內(nèi)攔蓄作用主要由泥沙粒徑、入流強(qiáng)度、下墊面狀況共同影響。當(dāng)入流強(qiáng)度增加到1.08 L/s(=10)之后，過(guò)濾帶對(duì)其攔蓄效果較差，其泥沙出流量的增加可能與過(guò)濾帶自身產(chǎn)沙有關(guān)，在入流強(qiáng)度增加后，過(guò)濾帶表層細(xì)小沉積物隨水流遷移，影響攔蓄結(jié)果。由圖4可知，隨入流徑流強(qiáng)度的增加(T1～T4、T5～T8、T9～T12、T13～T16)，泥沙出流率成上升趨勢(shì)，泥沙濃度的增加對(duì)出流率有著同樣的影響。同入流濃度下，各入流強(qiáng)度均呈現(xiàn)顯著差異(<0.05)，同入流強(qiáng)度下，各濃度處理也呈現(xiàn)顯著差異(<0.05)。

圖3 不同入流強(qiáng)度及濃度下泥沙出流量

2.4 情景模擬

上文對(duì)入流強(qiáng)度和入流泥沙含量對(duì)徑流和泥沙出流率的影響呈現(xiàn)顯著差異，為進(jìn)一步對(duì)當(dāng)?shù)夭煌肓鲝?qiáng)度下進(jìn)行研究，利用VFSMOD模型對(duì)不同入流強(qiáng)度下徑流、泥沙出流率進(jìn)行模擬。由圖4a可知，隨著降雨重現(xiàn)期增加，泥沙攔截率下降，由=1的98.61%下降至=100時(shí)的80.40%；徑流攔截率由89.63%下降至30.85%。與泥沙截留率相比，徑流變化更大。草本植被莖稈強(qiáng)度較低，在高強(qiáng)度入流流量沖刷下，過(guò)濾帶內(nèi)植株發(fā)生倒伏，導(dǎo)致過(guò)濾帶內(nèi)植株過(guò)濾效果下降，大量水?dāng)y沙流出過(guò)濾帶，過(guò)濾效果下降。

不同含沙量處理泥沙截留量隨濃度增加而減少，由0.01 g/L的98.31%減少到1 g/L的33.59%。徑流截留率不隨入流泥沙含量變化(圖4b)。植被過(guò)濾帶對(duì)徑流的攔蓄主要以土壤入滲的途徑實(shí)現(xiàn)，入流水量恒定，故在入流泥沙含量增加過(guò)程中，徑流攔截率無(wú)變化。泥沙含量的增加對(duì)水分入滲無(wú)影響。泥沙截留率隨泥沙入流流量增加迅速降低，證明了植被過(guò)濾帶儲(chǔ)沙能力恒定，當(dāng)入流泥沙總量小于過(guò)濾帶攔蓄能力時(shí)，大部分泥沙在過(guò)濾帶內(nèi)沉降。泥沙含量較大，植被過(guò)濾帶達(dá)到最大攔蓄量之后，植被過(guò)濾帶過(guò)濾效果喪失，無(wú)法對(duì)后續(xù)進(jìn)入泥沙進(jìn)行沉降。

圖4 不同入流條件下徑流泥沙出流率

3 討 論

本文選擇當(dāng)?shù)乇就林脖贿M(jìn)行植被過(guò)濾帶建設(shè)，入流流量為流域重現(xiàn)期為3，5，10，20年一遇降雨在30 min內(nèi)667 m產(chǎn)流量，結(jié)果表明，來(lái)水強(qiáng)度與泥沙濃度的增加導(dǎo)致泥沙出流量顯著增加。植被過(guò)濾帶構(gòu)建中植物選擇對(duì)污染物凈化效果有著顯著影響，國(guó)內(nèi)外對(duì)一些草本植物的截留攔沙效果進(jìn)行了探討。但植物生長(zhǎng)對(duì)氣候及土壤狀況有著較強(qiáng)的依賴性，其所得結(jié)論推廣及可復(fù)制性受到約束。相較引進(jìn)其他物種，使用當(dāng)?shù)爻Ｒ娭参锲贩N不會(huì)在生態(tài)脆弱地區(qū)產(chǎn)生土壤水分虧缺及土壤干層風(fēng)險(xiǎn)。植被過(guò)濾帶的入流流量對(duì)泥沙等懸浮類污染物去除效率有著直接的影響，過(guò)濾帶的存在可以有效降低懸浮污染物的含量及濃度。在小流量下，植被過(guò)濾帶的攔截效果更好。本試驗(yàn)?zāi)M徑流沖刷，對(duì)比分析4種匯流強(qiáng)度下植被過(guò)濾帶對(duì)水沙攔蓄效率，結(jié)果也證明了佘冬立等的結(jié)論，小流量徑流水土攔蓄效果更好。植被過(guò)濾帶的存在降低了徑流流速，增加水力停留時(shí)間，提高了水分入滲量，從而達(dá)到了降低污染物濃度的效果。當(dāng)徑流量大時(shí)，徑流在過(guò)濾帶內(nèi)停留時(shí)間短，較大的來(lái)水流量導(dǎo)致剛性較差的植株出現(xiàn)倒伏，下滲水量減少，從而影響污染物凈化效果。與泥沙出流率比較，徑流出流率受土壤含水率影響較大，各入流強(qiáng)度初期均以入滲為主，當(dāng)土壤接近飽和后入滲速率減緩，徑流出流量增加。岱海流域地處干農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)且生態(tài)脆弱，干旱缺水，降水集中且降水強(qiáng)度較大，應(yīng)注意在過(guò)濾帶建設(shè)中考慮地形與匯流面積及降雨強(qiáng)度因素，由過(guò)濾帶的控制面積來(lái)對(duì)建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)，確保入流流量在過(guò)濾帶最佳控制范圍內(nèi)，使其可以較好地發(fā)揮蓄水減沙作用。

VFSMOD模型被廣泛地應(yīng)用于非點(diǎn)源污染的預(yù)測(cè)工作中。由于其考慮徑流沿程坡度及植被條件變化，考慮隨時(shí)間變化的土壤水分入滲量，故其可以準(zhǔn)確反映徑流中泥沙的濃度變化。近年來(lái)在我國(guó)得到廣泛利用，楊寅群等利用VFSMOD對(duì)野外小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，模型可以對(duì)降雨后植被水沙出流量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)提出，其可以用于黃土高原植被過(guò)濾帶建設(shè)。孫曉濤等在我國(guó)華北地區(qū)引入此模型，模擬效果良好，該模型的有效推廣有助于面源污染防治工作進(jìn)行。潘岱立等研究表明，VFSMOD模型參數(shù)是影響其預(yù)測(cè)精度的重要因素。本試驗(yàn)利用VFSMOD模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，該軟件預(yù)測(cè)結(jié)果精度較高，并確定了冰草與羊草混播的模擬參數(shù)。

4 結(jié) 論

(1)VFSMOD模型對(duì)有植被過(guò)濾帶SDR、RDR率定后模擬值與實(shí)測(cè)值模擬精度較高該模型可以較好地對(duì)徑流泥沙出流量進(jìn)行模擬，可以用于農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)植被過(guò)濾帶建設(shè)。

(2)入流強(qiáng)度增加會(huì)縮短徑流開始出流時(shí)間，0.77 L/s入流強(qiáng)度的徑流出流時(shí)間為0.9，1.08，1.26 L/s的1.3，1.6，1.6倍。4種強(qiáng)度徑流進(jìn)入過(guò)濾帶后土壤入滲率分別為64.3%，56.08%，47.67%，41.27%。

(3)泥沙出流量呈現(xiàn)2種不同規(guī)律，0.77，0.9 L/s入流強(qiáng)度泥沙出流量先增加后趨于穩(wěn)定，1.08，1.26 L/s入流強(qiáng)度下，泥沙出流量隨時(shí)間推移而增加。同入流濃度下，各入流強(qiáng)度均呈現(xiàn)顯著差異(<0.05)；同入流強(qiáng)度下，各濃度處理也呈現(xiàn)顯著差異(<0.05)。