CN111272597A - 一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法 - Google Patents

一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法 Download PDF

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CN111272597A CN202010090685.9A CN202010090685A CN111272597A CN 111272597 A CN111272597 A CN 111272597A CN 202010090685 A CN202010090685 A CN 202010090685A CN 111272597 A CN111272597 A CN 111272597A
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Abstract

本发明属于河岸土体侧向冲刷参数量化技术领域，公开了一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，选取塔里木河沿岸胡杨根系，并将胡杨根系布置在土体中，形成根‑土复合岸坡土体；对获得的根‑土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系特征下土体的抗冲特性指标；根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度和土体干密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。本发明分析典型荒漠植被根系对河岸土体抗冲特性的影响规律，确定其定量关系并给出根系影响下河岸土体的起动切应力及冲刷系数的计算公式，为河岸侧向冲刷提供理论参考。

Description

一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法
技术领域
本发明属于河岸土体侧向冲刷参数量化技术领域，尤其涉及一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法。
背景技术
目前，在水流作用下，土体很容易被冲刷，尤其是河岸，湖岸等岸坡土体侧向冲刷较为严重。据资料表明，每年约有600亿吨的土体被水流冲刷。Nanson认为，河岸土体由于受到水流的冲刷导致了河床横向变形，河岸的土体抗冲能力反映了河岸横向变形的程度。还有学者提出河岸土体的粘粒含量是河岸土体抗冲能力的重要影响因素。Briaud对河岸土体抗冲性做了大量的水槽模型试验，间接的提出了冲刷速率公式。Babu等通过水槽模型试验找出了影响河岸土体抗冲性的主要因素。王兆印等认为河岸土体的冲刷速率间接的影响河道的冲刷宽度，通过水槽模型试验，建立了冲刷速率与泥沙粒径之间的关系。以上研究仅在无植被根系覆盖时探究了土体侧向冲刷的影响因素，未涉及植被根系作用下对河岸土体的影响。
张金池等通过水槽模型试验认为植被根系的长度和数量与土体的抗冲性密切相关。拾兵等认为植物根系分布越深，根系密集程度越大，水流冲刷土体的越少，土体在水流作用下难以起动，固土效果越好。张英豪等通过研究发现有植被根系覆盖的河岸土体有效的减少了泥沙的运移。吴彦、蒋定生和陈士银指出根系直径越小，尤其是小于1mm的根系，对土体抗冲性的增强作用越明显。上述研究结果讨论了植被对河岸土体抗冲特性的影响因素，未涉及具体量化指标及定量关系。
根据以上研究表明，植被根系的长度、数量，土体的粒径间接的影响土体的起动切应力及冲刷系数，也建立了相关的经验公式。但上述研究成果没有给出植被根系与土体共同作用下对河岸土体起动切应力及冲刷系数的具体量化指标，且所研究对象均为热带或者亚热带地植被，对于生长在极旱荒漠区的胡杨等没有涉及，而对于胡杨根系对河岸冲刷参数影响的研究更未见相关报道。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有研究仅讨论了植被根系对河岸土体抗冲特性的影响因素，未涉及具体量化指标及定量关系。
(2)现有研究没有给出植被根系与土体共同作用下对河岸土体起动切应力及冲刷系数的具体量化指标，也没有涉及根系对河岸冲刷参数影响的研究。
解决上述技术问题的难度：
(1)胡杨根系不同布置方式和不同根系特征对河岸土体侧向冲刷的影响
(2)胡杨根系与土体相互作用下影响河岸土体起动切应力及冲刷系数的量化表达。
解决上述技术问题的意义：
(1)得到的胡杨根系不同布置方式和不同根系特征对河岸土体侧向冲刷的量化影响结果，对于定量评价荒漠植被根系的固土能力提供一定的参考。
(2)发明得到的胡杨根系影响下河岸土体起动切应力及冲刷系数的量化指标及定量关系，补充现有河岸侧向冲刷参数量化计算的理论。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法。
本发明是这样实现的，一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法根据河岸土体起动条件，得到防止水土流失的河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系；通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R1 2＝0.973，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.187；倾斜放置时：R2 2＝0.965，τcr＝0.076ρd5.11RVD0.201；相交放置时：R3 2＝0.962，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.132；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2。
进一步，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法在有胡杨根系覆盖河岸土体时，得到含根系土体侧向冲刷系数kdr与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置：R1 2＝0.909，kdr＝8.19×10-4ρd-7.72RVD-0.28，倾斜放置：R2 2＝0.939，kdr＝5.94×10-4ρd-6.03RVD-0.24，相交放置：R3 2＝0.911，kdr＝16.46×10-4ρd -10.42RVD-0.27；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)。
进一步，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法包括以下步骤：
步骤一，选取的塔里木河沿岸典型荒漠植被胡杨根系，将土体分层压实铺设在玻璃水槽内；
步骤二，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，胡杨根系与试验土体一同沉降固结一周形成根土复合体后开始试验；
步骤三，根据获得的根-土复合体，对不同根系特征下的根-土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式等根系特征下土体的抗冲特性指标；
步骤四，根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。
进一步，步骤四中，所述根系体积密度的计算方法：
Figure BDA0002383613680000031
式中，RV为根系的体积，cm3；V为截面土体的体积，cm3；S为根系的底面积，cm2；h为根系的埋深，cm；A为截面土体的表面积，cm2；d为根系的直径，cm。
进一步，在有根系覆盖时土体的起动切应力表示为：
τcr＝aρd bRVDd；
式中，τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；a为系数；b和d为指数。
进一步，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，对根系体积密度及起动切应力进行拟合得到胡杨根系影响下河岸土体起动切应力公式：
τc＝0.046ρd 5.11；
竖直放置：τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.187；
倾斜放置：τcr＝0.076ρd 5.11RVD0.201；
相交放置：τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.132；
式中：τcr为有胡杨根系影响的土体起动切应力，N/m2；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度；τc为无根系覆盖时土体的起动切应力；对应的拟合相关系数分别为R2为0.973，0.965，0.962。
进一步，步骤四中，所述水流对河岸土体的横向冲刷宽度E表示为：
E＝kd(τf-τc)Δt；
将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，分别对竖直放置、倾斜放置、相交放置土体的冲刷系数kdr与起动切应力τcr之间的关系进行拟合，得到：
竖直放置kdr＝1.84×10-5τcr -1.51；
倾斜放置kdr＝2.84×10-5τcr -1.18；
相交放置kdr＝0.97×10-5τcr -2.04；
对应的拟合相关系数分别为R2为0.909，0.939，0.911；
将式τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.187、τcr＝0.076ρd 5.11RVD0.201、τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.132分别带入式kdr＝1.84×10-5τcr -1.51、kdr＝2.84×10-5τcr -1.18、kdr＝0.97×10-5τcr -2.04得：
竖直放置kdr＝8.19×10-4ρd -7.72RVD-0.28；
倾斜放置kdr＝5.94×10-4ρd -6.03RVD-0.24；
相交放置kdr＝16.46×10-4ρd -10.42RVD-0.27；
式中，kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明以塔里木河流域为研究背景，研究典型荒漠植被根系对河岸土体抗冲特性的影响规律，确定其定量关系并给出根系影响下河岸土体的起动切应力及冲刷系数的计算公式，为河岸冲刷理论提供理论参考。本发明提供的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，以塔里木河流域为研究背景，研究典型荒漠植被根系对河岸土体抗冲特性的影响规律，确定其定量关系并给出根系影响下河岸土体的起动切应力及冲刷系数的计算公式，为河岸冲刷理论提供理论参考。实验表明，起动切应力τcr随着根系密集度RVD的增大而增大，有胡杨根系的土体侧向冲刷系数kdr随着起动切应力τcr的增大而减小。具体结论如下：
(1)根据河岸土体起动条件试验结果分析，得到河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R1 2＝0.973，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.187；倾斜放置时：R2 2＝0.965，τcr＝0.076ρd5.11RVD0.201；相交放置时：R3 2＝0.962，τcr＝0.081ρd5.11RVD0.132；由此可见两者相关性较好。
(2)在有胡杨根系覆盖河岸土体时,得到含根系土体侧向冲刷系数kdr与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置：R1 2＝0.909，kdr＝8.19×10-4ρd-7.72RVD-0.28，倾斜放置：R2 2＝0.939，kdr＝5.94×10-4ρd-6.03RVD-0.24，相交放置：R3 2＝0.911，kdr＝16.46×10-4ρd-10.42RVD-0.27。
附图说明
图1是本发明实施例提供的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的试验装置图。
图3是本发明实施例提供的试验土体颗粒级配曲线。
图4是本发明实施例提供的根系的分布方式图；
图中：图(a)是竖直放置；图(b)是倾斜放置；图(c)是相交放置。
图5是本发明实施例提供的有胡杨根系河岸土体RVD与τcr的关系图。
图6是本发明实施例提供的有胡杨根系河岸土体起动切应力计算结果与实测结果对比示意图。
图7是本发明实施例提供的有胡杨根系河岸土体kdr与τcr的关系图。
图8是本发明实施例提供的有胡杨根系河岸土体侧向冲刷系数计算结果与实测结果对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法包括以下步骤：
S101，选取的塔里木河沿岸典型荒漠植被胡杨根系，将土体分层压实铺设在玻璃水槽内。
S102，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，胡杨根系与试验土体一同沉降固结一周形成根土复合体后开始试验。
S103，根据获得的根-土复合体，对不同根系特征下的根-土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式等根系特征下土体的抗冲特性指标。
S104，根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度和土体干密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
1、试验概况
1.1试验装置
试验玻璃水槽长度20m，宽0.5m，高0.5m，底坡1‰，水槽进口设有可以调节流量大小的闸门，水槽末端的尾门可以控制水位，尾部有一三角形量水堰，可以测量水槽中的流量，试验段距离水槽进口7.5m处，试验段长度为3.5m，高度为0.2m，宽度为0.2m，坡度m＝2:1，试验段断面为梯形断面，在试验段区间内每隔0.5m取1-1、2-2、3-3、三个断面如图2所示。
1.2试验材料
试验土体来自塔里木河沙雅大桥附近，经度82°8′39.4″，纬度40°51′35.5″，此处土体为非粘性土体。其中沙粒含量为81.8％，粘粒含量为18.2％，所取土体颗粒级配曲线如图3所示。试验所用到的荒漠植被根系来自塔里木河干流岸边自然生长的胡杨幼苗。
1.3试验方案
试验对象为胡杨根系覆盖试验土体，进行抗冲特性试验，起动切应力为泥沙少量动时水流对土体的切应力，当泥沙表面出现一阵阵烟雾状，并且泥沙表面出现少许凹坑即为少量动。冲刷速率主要指单位时间内土体的冲刷深度E。
结合选取的塔里木河沿岸典型荒漠植被胡杨根系，将土体分层压实铺设在玻璃水槽内，同时将胡杨根系植入于土样中，胡杨根系与试验土体一同沉降固结一周形成根土复合体后开始试验。根据获得的根-土复合体，对不同根系特征下的根-土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式等根系特征下土体的抗冲特性指标，并分析胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。其中根系体积密度的计算方法如式(1)所示。
Figure BDA0002383613680000081
式中，RV为根系的体积，cm3；V为截面土体的体积，cm3；S为根系的底面积，cm2；h为根系的埋深，cm；A为截面土体的表面积，cm2；d为根系的直径，cm。
在沙雅大桥附近，经度82°8′39.4″，纬度40°51′35.5″，取塔河这一段河岸土体为研究对象，经现场实际测量该段土体胡杨根系的直径范围为(0.0＜D≤1.0mm，1.0＜D≤2.0mm，2.0＜D≤3.0mm，3.0＜D≤5.0mm，D＞5.0mm)，根系体积密度在5％～30％，所以室内水槽模型试验胡杨根系体积密度拟采取(8％、13％、18％、23％、28％)。将胡杨根系覆盖于干密度为1.3g/cm3(取无根系覆盖试验土体干密度)的试验土体上，其中1-1断面为胡杨竖直放置、2-2断面胡杨倾斜放置、3-3断面胡杨相交放置。胡杨根系放置方式如图4所示。在不同植被根系体积密度和不同植被根系分布方式下，分别测出根土复合体的抗冲特性指标(起动切应力及冲刷系数)。
对不同根系特征覆盖下的河岸土体进行起动条件及冲刷系数试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式等根系特征下土体的起动流速及冲刷宽度指标，并分析根系影响下起动切应力随根系体积密度的变化规律及冲刷系数随起动切应力的变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度及土体干密度的定量关系式，河岸土体侧向冲刷系数与起动切应力的定量关系式等。
1.4试验组次
根系覆盖试验土体的冲刷特性试验：选取胡杨根系为研究对象，按照表1所示的根系分布方式进行试验，试验共计5组。其中水槽中流量变化范围在5L/s～12L/s。水位变化范围在4.4cm～12cm。
表1根系体积密度与分布方式表
Figure BDA0002383613680000091
2、胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷参数的计算
2.1起动切应力计算
当土体干密度为1.3g/cm3时，根据试验结果得到了胡杨根系不同分布方式及分布密度下的起动切应力值，图5中反映了胡杨根系影响下起动切应力τcr与植被密集度RVD之间的关系。从图中可以看出，起动切应力τcr随着植被密集度RVD的增大而增大。导致这种现象的原因是由于植被根系体积密度越大，根系对土体的结合力也增大，因此土体不易起动，即土体的起动切应力τcr就会增大。其中试验结果如表2所示。
表2有胡杨根系影响下的试验结果
Figure BDA0002383613680000092
Figure BDA0002383613680000101
Figure BDA0002383613680000111
在有根系覆盖时土体的起动切应力可表示为：
τcr＝aρd bRVDd (2)
式中，τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；a为系数；b和d为指数。
将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，对根系体积密度及起动切应力进行拟合并结合公式(2)～(3)得到胡杨根系影响下河岸土体起动切应力公式如(4)～(6)所示：
τc＝0.046ρd 5.11 (3)
①竖直放置：τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.187 (4)
②倾斜放置：τcr＝0.076ρd 5.11RVD0.201 (5)
③相交放置：τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.132 (6)
式中：τcr为有胡杨根系影响的土体起动切应力，N/m2；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度；τc为无根系覆盖时土体的起动切应力，N/m2。式(4)～(6)对应的拟合相关系数分别为R2为0.973，0.965，0.962。
用式(4)～(6)分别计算不同胡杨根系体积密度和不同干密度下的土体起动切应力值，并与实测结果进行对比，结果如图6所示。两者最大绝对误差为3.1％，最小绝对误差为0.4％，平均误差为1.25％，绝对误差均小于5％，说明公式(4)～(6)的计算结果完全满足精度要求。
2.2河岸土体侧向冲刷系数计算
Hanson研究表明，河岸土体的冲刷强度主要由水流切应力的大小与土体的起动切应力及冲刷系数共同决定，冲刷系数是决定土体侧向冲刷强度最主要的参数。水流对河岸土体的横向冲刷宽度E可以表示为：
E＝kd(τf-τc)Δt (7)
式(7)中，E为冲刷宽度，m；kd为土体的冲刷系数，m3/(N·s)；τf为水流切应力，N/m2；τc为土体起动切应力，N/m2；Δt为土体侧向冲刷时间，s；
植物根系深入土体内部，在土体中相互穿插，缠绕土体，减弱了土体颗粒间的分散程度，使土体在水流作用下难以起动，增强了土体的抗冲性。水流冲刷泥沙的量越少，植被根系密度、根系含量越大，土体中根系的含量与土体抗冲性呈正相关关系。
经过大量的试验，并且在一定根系分布方式及一定根系体积密度下进行多次起动冲刷试验，根据试验结果，当河岸土体干密度为1.3g/cm3时，得到不同植被分布方式及不同根系体积密度下在不同水流切应力下的冲刷速率及冲刷系数值，其中冲刷系数值通过公式(7)反算得到，由于同一根系分布方式及同一根系体积密度下的多次起动冲刷的试验结果大致相近，所以本发明采取了一些具有代表性的试验结果如表2所示。
将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，根据式(7)计算分别得到竖直放置、倾斜放置、相交放置下土体的冲刷系数kdr与起动切应力τcr之间的关系曲线，如图7所示。从图7可以看出，有胡杨根系的土体侧向冲刷系数kdr随着起动切应力τcr的增大而减小。这主要是因为在有根系护挡作用下土体起动较难，当起动切应力越大时，土体越难起动，冲刷系数也就随之减小。
分别对竖直放置、倾斜放置、相交放置土体的冲刷系数kdr与起动切应力τcr之间的关系进行拟合，得到：
①竖直放置kdr＝1.84×10-5τcr -1.51 (8)
②倾斜放置kdr＝2.84×10-5τcr -1.18 (9)
③相交放置kdr＝0.97×10-5τcr -2.04 (10)
式(8)～(10)对应的拟合相关系数分别为R2为0.909，0.939，0.911。
将式(4)～(6)分别带入式(8)～(10)可得：
竖直放置kdr＝8.19×10-4ρd -7.72RVD-0.28 (11)
倾斜放置kdr＝5.94×10-4ρd -6.03RVD-0.24 (12)
相交放置kdr＝16.46×10-4ρd -10.42RVD-0.27 (13)
式中，kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度。
用式(11)～(13)分别计算不同胡杨根系体积密度和不同干密度下的土体侧向冲刷系数值，并与实测结果进行对比，结果如图8所示。两者平均误差为3.02％，绝对误差小于5％，公式(11)～(13)的计算结果能够满足精度要求。
针对塔里木河河岸土体在有植被根系分布下的起动条件及冲刷特性进行了大量的分析计算，具体结论如下：
(1)根据河岸土体起动条件试验结果分析，得到河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R1 2＝0.973，τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.187；倾斜放置时：R2 2＝0.965，τcr＝0.076ρd 5.11RVD0.201；相交放置时：R3 2＝0.962，τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.132；由此可见两者相关性较好。
(2)在有胡杨根系覆盖河岸土体时,得到含根系土体侧向冲刷系数kdr与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置：R1 2＝0.909，kdr＝8.19×10-4ρd-7.72RVD-0.28，倾斜放置：R2 2＝0.939，kdr＝5.94×10-4ρd -6.03RVD-0.24，相交放置：R3 2＝0.911，kdr＝16.46×10-4ρd -10.42RVD-0.27。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，根据河岸土体起动条件，得到防止水土流失的河岸土体起动切应力与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系；通过拟合得到定量关系式，竖直放置时：R1 2＝0.973，τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.187；倾斜放置时：R2 2＝0.965，τcr＝0.076ρd 5.11RVD0.201；相交放置时：R3 2＝0.962，τcr＝0.081ρd 5.11RVD0.132；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2。
2.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法在有胡杨根系覆盖覆盖河岸土体时，得到含根系土体侧向冲刷系数kdr与胡杨根系体积密度及土体干密度之间的关系，通过拟合得到定量关系式，竖直放置：R1 2＝0.909，kdr＝8.19×10-4ρd -7.72RVD-0.28，倾斜放置：R2 2＝0.939，kdr＝5.94×10-4ρd -6.03RVD-0.24，相交放置：R3 2＝0.911，kdr＝16.46×10-4ρd -10.42RVD-0.27；其中RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)。
3.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，所述胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法包括以下步骤：
步骤一，选取的塔里木河沿岸典型荒漠植被胡杨根系，将土体分层压实铺设在玻璃水槽内；
步骤二，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，胡杨根系与试验土体一同沉降固结一周形成根土复合体后开始试验；
步骤三，根据获得的根-土复合体，对不同根系特征下的根-土复合体进行抗冲特性试验，得到不同根系体积密度及根系分布方式根系特征下土体的抗冲特性指标；
步骤四，根据胡杨根系影响下起动切应力及冲刷系数变化规律，得到根系影响下河岸土体起动切应力与根系体积密度的定量关系式及冲刷系数与根系体积密度和土体干密度的定量关系式。
4.如权利要求3所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，步骤四中，所述根系体积密度的计算方法：
Figure FDA0002383613670000021
式中，RV为根系的体积，cm3；V为截面土体的体积，cm3；S为根系的底面积，cm2；h为根系的埋深，cm；A为截面土体的表面积，cm2；d为根系的直径，cm。
5.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，在有根系覆盖时土体的起动切应力表示为：
τcr＝aρd bRVDd；
式中，τcr为有胡杨根系时土体的起动切应力，N/m2；RVD为胡杨根系体积密度；ρd土体干密度，g/cm3；a为系数；b和d为指数。
6.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，对根系体积密度及起动切应力进行拟合得到胡杨根系影响下河岸土体起动切应力公式：
τc＝0.046ρd 5.11；
竖直放置：
Figure FDA0002383613670000022
倾斜放置：
Figure FDA0002383613670000023
相交放置：
Figure FDA0002383613670000024
式中：τcr为有胡杨根系影响的土体起动切应力，N/m2；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度；τc为无根系覆盖时土体的起动切应力，N/m2；对应的拟合相关系数分别为R2为0.973，0.965，0.962。
7.如权利要求1所述的胡杨根系影响河岸土体侧向冲刷防止水土流失的方法，其特征在于，步骤四中，所述水流对河岸土体的横向冲刷宽度E表示为：
E＝kd(τf-τc)Δt；
式中，E为冲刷宽度，m；kd为土体的冲刷系数，m3/(N·s)；τf为水流切应力，N/m2；τc为土体起动切应力，N/m2；Δt为土体侧向冲刷时间，s；
将胡杨根系分别以竖直、倾斜、相交布置在土体中，分别对竖直放置、倾斜放置、相交放置土体的冲刷系数kdr与起动切应力τcr之间的关系进行拟合，得到：
竖直放置kdr＝1.84×10-5τcr -1.51；
倾斜放置kdr＝2.84×10-5τcr -1.18；
相交放置kdr＝0.97×10-5τcr -2.04；
对应的拟合相关系数分别为R2为0.909，0.939，0.911；
将式
Figure FDA0002383613670000031
分别带入式kdr＝1.84×10-5τcr -1.51、kdr＝2.84×10-5τcr -1.18、kdr＝0.97×10-5τcr -2.04得：
竖直放置kdr＝8.19×10-4ρd -7.72RVD-0.28；
倾斜放置kdr＝5.94×10-4ρd -6.03RVD-0.24；
相交放置kdr＝16.46×10-4ρd -10.42RVD-0.27；
式中，kdr为有胡杨根系土体的冲刷系数，m3/(N·s)；ρd为土体干密度，g/cm3；RVD为胡杨根系体积密度。
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