CN111598716B - 三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法，涉及边坡或斜坡的稳定，该方法结合潜在蓄水能力、流域特性综合参数、降雨量等参数求解出更加符合边坡实际条件下的边坡坡面径流深度，采用了多元回归方法拟合出的局部水头损失系数经验公式，以及坡角、粗糙系数、植物分蘖系数等参数来计算生态边坡每个微小区段水头损失及径流最大平均流速，将其与土质颗粒最小起动速度、植株径距比相结合得出最优植株密度，再将最优植株密度与草籽重量百分比成活率及每粒草籽的平均质量结合，计算出每平方米坡面的草籽播种量，克服了现有技术存在的在三维土工网垫生态护坡的施工过程中计算复杂却不能准确得出坡面草籽播种量的缺陷。

Description

三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法

技术领域

本发明的技术方案涉及边坡或斜坡的稳定，具体地说是，三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法。

背景技术

随着人们对“生态绿色”意识的增强，衍生出使用三维土工网垫植草的生态护坡方法，该生态护坡方法借助植株在边坡土壤中的生长活动和自我修复的能力，达到根系加固、茎叶防雨水冲蚀的目的；与此同时，坡面植株可以降低径流流速，减小径流对坡面土质颗粒的冲击力，能够有效地减少因径流冲刷而造成的土质颗粒流失或者边坡坡面开裂等自然现象，从而提高边坡的安全性。除此之外，边坡表面种植茂密植株有利于生态环境的发展。

CN110442972A公开了三维土工网垫生态护坡坡面最优植株密度的确定方法，该方法虽然克服了已有技术存在的在三维土工网垫生态护坡的施工过程中不能准确计算坡面最优植株密度的缺陷，但是通过实际应用证明，CN110442972A的技术方案还存在如下的缺陷：

①CN110442972A的技术中所采用的平面流域的径流深度计算公式，未能考虑当地降雨量、边坡的坡角、土壤特性、土地植被覆盖率四个关键性因素，导致该计算方法求解得到的径流深度误差较大，由于在后续计算中径流深度作为重要的物理参数多次使用，所以该计算公式得到径流深度计算值不能作为实际降雨后边坡产生径流的深度准确值。

②CN110442972A的技术中使用了比较复杂的边坡土质颗粒最小起动速度计算公式，需要测量的参数多，耗费大量的人力物力。

③CN110442972A的技术中，采用已有文献中的拦污栅模型公式进行局部水头损失的计算，未进行试验，不能很好地还原实际径流冲刷植株时消耗的能量，进而影响径流平均流速的计算，导致最终确定的坡面草籽播种量结果不准确。

④CN110442972A的技术中所获得的“最优植株密度”为理想条件下的种植草籽数量，未考虑到草籽成活率、极端天气和动物破坏等多种因素，实际中不会出现草籽全部成活的现象。

边坡防护一直是生态环境和高速公路及山区公路建设所关注的焦点问题，如何提高安全系数，又如何保护生态环境是问题的重中之重。随着高速公路或山区公路的建设，会衍生出很多生态植草护坡的工程，如果继续使用现有的边坡坡面植株密度计算方法，不考虑径流深度、局部水头损失系数等重要参数的准确性，以至未能根据边坡的物理性质准确的计算种植密度，则导致最终结果为：①植株密度过大，造成经济浪费，其次植株成活率低；②植株密度过小，不能达到预期防护目的，引起土质颗粒大量流失，危及整个边坡的安全稳定性。总而言之，三维土工网垫生态植草坡面的植株种植密度过大或者过小，均不是理想的生态防护情况。

综上所述，现有技术存在在三维土工网垫生态护坡施工过程中不能准确计算植草坡面草籽播种量的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法，该方法首先结合潜在蓄水能力、流域特性综合参数、降雨量等参数求解出更加符合边坡实际条件下的边坡坡面径流深度，并采用了多元回归方法拟合出的局部水头损失系数经验公式，以及坡角、粗糙系数、植物分蘖系数等参数来计算生态边坡每个微小区段的水头损失以及径流最大平均流速，然后把最大平均流速与边坡典型土壤颗粒直径、土质颗粒起动速度、植株径距比等参数相结合得出最优植株密度，将最优植株密度除以草籽重量百分比成活率，然后再乘以每粒草籽的平均质量算出每平方米的草籽播种量，克服了现有技术存在的在三维土工网垫生态护坡的施工过程中计算复杂却不能准确得出坡面草籽播种量的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法，具体步骤如下：

第一步，确定三维土工网垫植草护坡地区的流域特性综合参数，简称为CN值：

在公布CN数据表的地区，直接用该地区公布的CN数据表确定三维土工网垫植草护坡地区的CN值；

对于没有公布CN数据表的情况复杂地区，则首先通过测定得到的第i次降雨的降雨量P_i的数据资料和第i次径流深度h_i的数据资料，采用如下公式(1)所示的算数平均方法求解确定潜在蓄水能力S，

公式(1)中，P_i为第i次降雨量，其单位为mm，S为潜在蓄水能力，其单位为mm，h_i为第i次径流深度，其单位为mm，N为在测定期间的降雨次数，取N＝30，

然后将确定的潜在蓄水能力S代入如下公式(2)所示的S与CN的关系式中，确定出该地区的CN值，并且记录在册，作为该地区的新的CN值，

第二步，确定潜在蓄水能力参考值S_re：

把上述第一步中确定的CN值代入到上述公式(2)中，来确定潜在蓄水能力参考值S_re，如下公式(3)所示：

公式(3)中，S_re为潜在蓄水能力参考值，单位为mm；

第三步，确定边坡坡面径流深度h：

边坡坡面径流深度h由以下的公式(4)确定：

h＝0， P≤0.2S_re

公式(4)中，h为边坡坡面径流深度，单位为mm，P为该地区在测定期间的年最大降雨量，单位为mm，

鉴于降雨量在生成径流前在植物截流、初渗和填洼蓄水沟构成集水区这三个方面会有一部分初损量，认定这个初损量为0.2S_re，当降雨量小于0.2S_re，就不会产生径流，这在公式(4)中用P与0.2S_re的比较来显示；

第四步，确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start：

根据上述第三步中的得到的边坡坡面径流深度h，以及边坡典型土颗粒直径、土体的天然容重以及水容重确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start，如下公式(5)所示，

公式(5)中，D_m为边坡典型土颗粒直径，单位为m，γ_s为土体的天然容重、γ_w为水容重，两者单位均为kN/m³，公式(5)的计算中边坡坡面径流深度h的单位由mm换算为m；

第五步，确定生态植草坡面各微小区段水头损失h_w：

首先，生态植草坡面的植株是均匀排列的，将被测定的生态植草坡面自上而下等分，分别标记为第1个微小区段生态植草坡面、第2个微小区段生态植草坡面、…、第m个微小区段生态植草坡面，每个微小区段生态植草坡面的长度分别为l₁、l₂、l₃…l_m，且l₁＝l₂＝l₃……＝l_m，由如下公式如(6)来确定第m个微小区段生态植草坡面长度l_m，

l₁＝l₂＝l₃＝…l_m＝D+b (6)，

公式(6)中，第m个微小区段生态植草坡面长度l_m的单位为m，D为植株茎直径，单位为m，b为植株间净距，单位为m，

进一步用如下公式(7)计算生态植草坡面各微小区段水头损失h_w，

公式(7)中，h_w为各微小区段水头损失，单位为m，n为坡面粗糙系数，v_m为坡面径流经过第m个微小区段生态植草坡面的径流平均流速，单位为m/s，v_m的大小由下述的第六步中的公式(9)来确定，τ为植物分蘖系数，式中取τ＝4，h为上述第三步中求得的边坡坡面径流深度，公式(7)的计算中边坡坡面径流深度h的单位由mm换算为m，D/b为植株径距比，g为重力加速度，单位为m/s²，取g＝9.8m/s²；

第六步，确定各微小区段径流平均流速v_m：

首先，确定径流流经每一个微小区段时下降的高度，即微小区段坡面高度z_m，由如下公式(8)计算，

z_m＝l_msinθ＝(D+b)sinθ (8)，

公式(8)中，z_m为微小区段坡面高度，单位为m，θ为坡角，单位为°，

然后，根据伯努利能量方程和上述第五步中的公式(7)，推出各个微小区段径流平均流速递推公式(9)，

公式(9)中，v_m-1为边坡坡面径流经过第m-1个微小区段径流平均流速，单位为m/s，取m＝1时，v₀＝0，α为动能修正系数；

第七步，确定坡面径流最大平均流速v_max：

径流自坡顶流经至坡脚，径流平均流速呈现先增大后稳定的变化规律，根据上述第六步中公式(9)进行迭代计算，即通过v_m-1求解v_m的计算过程，最后得到径流在边坡坡面上的稳定流速，也称为坡面径流最大平均流速v_max；

第八步，确定三维土工网垫植草坡面最优密度ρ_plant：

根据上述第四步中确定的边坡土质颗粒最小起动速度v_start和上述第七步中确定的坡面径流最大平均流速v_max，令其两者相等为临界条件，并使第七步与本步骤同时进行，得到满足该临界条件时对应的该生态植草坡面的植株径距比D/b，进一步结合植株茎直径D，由如下三维土工网垫植草坡面最优密度计算公式(10)来确定植株最优密度ρ_plant，

公式(10)中，ρ_plant为最优植株密度，单位为株/m²，ρ_plant计算结果不等于整数时，应按照四舍五入法则取整；

第九步，确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G：

将草籽重量百分比成活率χ，每粒草籽的平均质量ω和上述第八步中确定的最优植株密度ρ_plant，代入如下所示的草籽播种量计算公式(11)，最终确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G，

公式(11)中，G为草籽播种量，单位为g/m²，G的计算结果按照四舍五入法则，保留一位小数，ω为每粒草籽的平均质量，单位为g，χ为草籽重量百分比成活率，考虑极端天气和动物破坏因素，χ取值范围为1％～100％。

上述三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法，所述年最大降雨量P、第i次降雨量P_i，第i次径流深度h_i，潜在蓄水能力S、潜在蓄水能力参考值S_re、没有公布CN数据表情况下复杂地区的流域特性综合参数CN、边坡典型土颗粒直径D_m、土体的天然容重γ_s、坡角θ、植物茎直径D、每粒草籽的平均质量ω都是通过实际测量或计算得到的，其测量操作方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。

上述一种确定三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的方法，所述坡面粗糙系数n、公布CN数据表地区的流域特性综合参数CN、水容重γ_w、草籽重量百分比成活率χ、植物分蘖系数τ和动能修正系数α是通过现有文献的记载查得到的。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点：

(1)现有CN110442972A的技术中所采用的平面流域的径流深度计算公式，未能考虑当地降雨量、边坡的坡角、土壤特性、土地植被覆盖率四个关键性因素，导致该计算方法求解得到的径流深度误差较大，不能更好的体现出边坡本身性质对径流深度的影响，所以导致后续的土质颗粒最小起动速度，最大平均流速等重要参数的计算结果不准确，由于在后续计算中径流深度作为重要的物理参数多次使用，所以该计算公式得到径流深度计算值不能作为实际降雨后边坡产生径流的深度准确值；本发明所采用的边坡坡面径流深度计算公式是通过大量的降雨径流量数据，推导出确定更加符合实际情况的计算公式，计算过程中考虑了边坡坡面径流深度与边坡的坡角、植株覆盖率和土壤特性的实际情况所存在间接关系，

(2)计算生态植草坡面各微小区段水头损失h_w的如下公式

该公式的推导不是本领域技术人员轻而易举就能得到的，是本发明的课题组通过75组试验才最终确定的。特别是其中的多元拟合出的局部水头损失系数经验公式

是通过坡面径流冲刷人工植株的试验得出来的，更加贴近实际情况。未进行试验之前，现有CN110442972A确定局部水头损失系数时，直接使用水力学中拦污栅模型，该模型的主体是拦污栅，其栅条刚度和形状与植株的差别很大。在坡面冲刷植株试验之后，本发明发明人团队得到了专属于径流冲刷植株的计算公式，并且发现该公式受到径流深度h和植株径距比的影响。生态植草坡面各微小区段水头损失h_w的求解是本发明计算过程的最核心部分，因为水头损失影响到初速度为0的径流从坡顶流到坡底过程中最大平均流速值的大小，这对所属技术领域的技术人员来说，本发明相对于现有技术是非显而易见的。

与现有技术相比，本发明具有如下的显著进步：

(1)在CN110442972A的技术方案中，最优植株密度单位为株/平方米，例如：最优密度为500株/平方米，工程中有2平方米的坡面，则需要种植至少1000株，默认每粒草籽为一株，则需要大量时间去查数1000粒草籽，费工费时，本发明的技术方案中通过每粒草籽的平均质量，直接计算多少出2平方米的坡面，需要多少克草籽，只需称重就好，更加的方便快捷。

(2)在CN110442972A的技术方案中，最终求解的是“最优植株密度”，该最优植株密度为理想情况下的结果，在实际工程中，不会出现草籽全部成活的现象，应该考虑草籽的发芽率，极端天气变化和动物破坏因素，所以实际植株密度要大于理想条件下求得的最优密度。本发明考虑草籽重量百分比成活率，每粒草籽的平均质量，求解出草籽播种量，这样既能保证草籽密度的准确性，也提高发明技术的适用性。

(3)在CN110442972A的技术方案中，为了提高土质颗粒起动速度计算的准确性，所以使用了比较复杂的边坡土质颗粒最小起动速度公式，因为其中的参数多，查阅或者测量其参数值相对麻烦，本发明采用简单的边坡土质颗粒最小起动速度v_start公式，实际证明其计算的结果也同样可行，能更加方便快捷的确定土质颗粒最小起动速度值，节省了整个过程实施的时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

图1所示实施例表明本发明方法的流程为：

Ⅰ.直接用公布CN数据表的地区公布的CN值或通过测定得到未公布CN数据表且情况复杂地区的第i次降雨的降雨量P_i的数据资料和第i次径流深度h_i的数据资料→确定流域特性综合参数CN→确定潜在蓄水能力参考值S_re，结合该地区在测定期间的年最大降雨量P→确定边坡坡面径流深度h→确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start；

II.根据边坡坡面径流深度h、植物分蘖系数τ、坡面粗糙系数n→确定生态植草坡面各微小区段水头损失h_w；

III.根据生态植草坡面各微小区段水头损失h_w、边坡坡面径流经过第m-1个微小区段径流平均流速v_m-1、微小区段坡面高度z_m→确定各微小区段径流平均流速v_m；

IV.令边坡土质颗粒最小起动速度v_start和坡面径流最大平均流速v_max两者相等为临界条件→确定生态植草坡面植株径距比D/b；

V.根据植株茎直径D、植株间净距b、生态植草坡面植株径距比D/b、三维土工网垫植草坡面最优密度计算公式→确定三维土工网垫植草坡面最优密度ρ_plant；

VI.根据三维土工网垫植草坡面最优密度ρ_plant、每粒草籽的平均质量ω、草籽重量百分比成活率χ、草籽播种量计算公式→确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G。

实施例1

本实施例的三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法的具体步骤如下：

第一步，确定三维土工网垫植草护坡地区的流域特性综合参数，简称为CN值：

在本实施例的地区情况复杂，没有公布CN值，则首先通过实际测定得到的30组P_i和h_i的数据资料中的第i次降雨的降雨量P_i数据和第i次径流深度h_i数据，采用如下公式(1)所示的算数平均方法求解确定潜在蓄水能力S，

公式(1)中，P_i为第i次降雨量，其单位为mm，S为潜在蓄水能力，其单位为mm，h_i为第i次径流深度，其单位为mm，N为在测定期间的降雨次数，取N＝30，

将实测得到的30组数据代入上述公式(1)，计算得到确定潜在蓄水能力S＝73.8

这里S的求解过程，为多次求解取平均值得过程，是本技术领域的技术人员所能够掌握的。

然后将确定的潜在蓄水能力S代入如下公式(2)所示的S与CN的关系式中，确定出该地区的CN值，并且记录在册，作为该地区的新的CN值，

第二步，确定潜在蓄水能力参考值S_re：

把上述第一步中确定的CN值代入到上述公式(2)中，来确定潜在蓄水能力参考值S_re，如下公式(3)所示：

公式(3)中，S_re单位为mm；

第三步，确定边坡坡面径流深度h：

边坡坡面径流深度h由以下的公式(4)确定：

h＝0， P≤0.2S_re

公式(4)中，h为边坡坡面径流深度，单位为mm；P为该地区在测定期间的年最大降雨量，单位为mm；

鉴于降雨量在生成径流前在植物截流、初渗和填洼蓄水沟构成集水区这三个方面会有一部分初损量，认定这个初损量为0.2S_re，当降雨量小于0.2S_re，就不会产生径流，这在公式(4)中用P与0.2S_re的比较来显示；

本实施例以下步骤按当P＞0.2S_re的情况处理；

第四步，确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start：

根据上述第三步中的得到的边坡坡面径流深度h，以及边坡典型土颗粒直径、土体的天然容重以及水容重确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start，如下公式(5)所示，

公式(5)中：D_m为边坡典型土颗粒直径，单位为m，γ_s为土体的天然容重、γ_w为水容重，两者单位均为kN/m³，公式(5)的计算中边坡坡面径流深度h的单位由mm换算为m；

代入D_m＝0.000016m、h＝0.01m、γ_s＝26.46kN/m³、γ_w＝9.8kN/m³具体数据，得出v_start＝0.33m/s，

第五步，确定生态植草坡面各微小区段水头损失h_w：

首先，生态植草坡面的植株是均匀排列的，将被测定的生态植草坡面自上而下等分，分别标记为第1个微小区段生态植草坡面、第2个微小区段生态植草坡面、…、第m个微小区段生态植草坡面，每个微小区段生态植草坡面的长度分别为l₁、l₂、l₃…l_m，且l₁＝l₂＝l₃……＝l_m，由如下公式如(6)来确定第m个微小区段生态植草坡面长度l_m，

l₁＝l₂＝l₃＝…l_m＝D+b (6)，

公式(6)中，第m个微小区段生态植草坡面长度l_m的单位为m，D为植株茎直径，单位为m，测得D＝0.02m，b为植株间净距，单位为m，

进一步用如下公式(7)计算生态植草坡面各微小区段水头损失h_w，

公式(7)中，h_w为各微小区段水头损失，单位为m，n为坡面粗糙系数，v_m为坡面径流经过第m个微小区段生态植草坡面的径流平均流速，单位为m/s，v_m的大小由下述的第六步中的公式(9)来确定，τ为植物分蘖系数，式中取τ＝4，h为上述第三步中求得的边坡坡面径流深度，本步骤中单位为m，D/b为植株径距比，g为重力加速度，单位为m/s²，取g＝9.8m/s²；

坡面粗糙系数n根据坡角大小所选定的坡面铺设的三维土工网垫类型和网垫层数来确定，详情见表1；

表1.坡面粗糙系数n取值表

选定θ＝30°，则根据表1查得n＝0.031，把粗糙系数n、l_m的表达式和分蘖系数τ＝4代入式(7)确定h_w表达式，以下步骤按

为代表，进行处理，h_w为其他数据的处理方法相同，是本技术领域的技术人员能够掌握的；

第六步，确定各微小区段径流平均流速v_m：

首先，确定径流流经每一个微小区段时下降的高度，即微小区段坡面高度z_m，由如下公式(8)计算，

z_m＝l_msinθ＝(D+b)sinθ (8)，

公式(8)中，z_m为微小区段坡面高度，单位为m，θ为坡角，单位为°，

然后，根据伯努利能量方程和上述第五步中的公式(7)，推出各微小区段径流平均流速v_m的递推公式(9)，

公式(9)中，v_m-1为边坡坡面径流经过第m-1个微小区段径流平均流速，单位为m/s，取m＝1时，v₀＝0，α为动能修正系数；

本步骤是提出径流v_m计算方法，现仅仅举以下例子说明进行径流v_m具体数值计算的方法，首先设定D＝0.02m，b＝0.01m，然后根据第五步确定的h_w和公式(8)、(9)，则分别计算得出v₁＝0.224m/s、v₂＝0.265m/s、v₃＝0.281m/s、……v_m；

第七步，确定坡面径流最大平均流速v_max：

径流自坡顶流经至坡脚，径流平均流速呈现先增大后稳定的变化规律，根据上述第六步中公式(9)进行迭代计算，即通过v_m-1求解v_m的计算过程，最后得到径流在边坡坡面上的稳定流速，也称为坡面径流最大平均流速v_max；

根据第六步所述例子，继续增加迭代次数，最终得出本实施例的v_m的稳定值，即最大平均流速v_max＝0.298m/s，

第八步，确定三维土工网垫植草坡面最优密度ρ_plant：

根据上述第四步中确定的边坡土质颗粒最小起动速度v_start和上述第七步中确定的坡面径流最大平均流速v_max，令其两者相等为临界条件，并使第七步与本步骤同时进行，得到满足该临界条件时对应的该生态植草坡面的植株径距比D/b，进一步结合植株茎直径D，由如下三维土工网垫植草坡面最优密度计算公式(10)来确定植株最优密度ρ_plant，

公式(10)中，ρ_plant为最优植株密度，单位为株/m²，ρ_plant计算结果不等于整数时，应按照四舍五入法则取整，

根据临界条件v_start＝v_max＝0.327m/s，求解出的D/b＝2.62，由上述第五步测得D＝0.02m，则b＝0.0076m，代入D和b的具体数据，得出ρ_plant＝1330株/m²；

第九步，确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G：

将草籽重量百分比成活率χ，每粒草籽的平均质量ω和上述第八步中确定的最优植株密度ρ_plant，代入如下所示的草籽播种量计算公式(11)，最终确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G，

公式(11)中，G为草籽播种量，单位为g/m²，G的计算结果按照四舍五入法则，保留一位小数，ω为每粒草籽的平均质量，单位为g，χ为草籽重量百分比成活率，考虑极端天气和动物破坏因素，χ取值范围为1％～100％；

本实施例设定每粒草籽的平均质量ω＝0.022g，草籽重量百分比成活率χ＝95％，以及最优植株密度ρ_plant＝1330株/m²，在上述公式(11)中代入具体数据，得出本实施例生态工程中的三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量G＝30.8g/m²。

实施例2

除草籽重量百分比成活率χ的取值为1％，G＝2926g/m²之外，其他处理步骤和计算方法同实施例1。

实施例3

除草籽重量百分比成活率χ取值为100％，G＝29.3g/m²之外，其他处理步骤和计算方法同实施例1。

实施例4

除第一步确定三维土工网垫植草护坡地区的流域特性综合参数(下文中简称为CN)值中，在公布CN数据表的地区，直接用该地区公布的CN数据表确定三维土工网垫植草护坡地区的CN值，并在本实施例中取CN＝73.8(数值取与实施例1中得到的CN数值相同)之外，其他处理步骤和计算方法及结果同实施例1。

根据生态工程实际情况，在三维土工网垫生态护坡不同边坡典型土颗粒直径和降雨量下，将分别计算出的同类型植株坡面草籽播种量的结果导入数据库存档，以备后续查询。

上述实施例相中，所述年最大降雨量P、第i次降雨量P_i，第i次径流深度h_i，潜在蓄水能力S、潜在蓄水能力参考值S_re、没有公布CN数据表情况下复杂地区的流域特性综合参数CN、边坡典型土颗粒直径D_m、土体的天然容重γ_s、坡角θ、植物茎直径D、每粒草籽的平均质量ω都是通过实际测量或计算得到的，其测量操作方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。

上述实施例中，所述坡面粗糙系数n、公布CN数据表地区的流域特性综合参数CN、水容重γ_w、草籽重量百分比成活率χ、植物分蘖系数τ和动能修正系数α是通过现有文献的记载查得到的。

各个地区的流域特性综合参数CN与当地的土壤特性、边坡的坡角和土地植被覆盖率等因素有关，原因是：对某地区确定CN值过程中，需对当地土壤特性和土地植被覆盖率等进行考察计算，才能确定出属于该地区的CN值。

Claims (1)

1.三维土工网垫生态护坡坡面草籽播种量的确定方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，确定三维土工网垫植草护坡地区的流域特性综合参数，简称为CN值：

在公布CN数据表的地区，直接用该地区公布的CN数据表确定三维土工网垫植草护坡地区的CN值；

对于没有公布CN数据表的情况复杂地区，则首先通过测定得到的第i次降雨的降雨量P_i的数据资料和第i次径流深度h_i的数据资料，采用如下公式(1)所示的算数平均方法求解确定潜在蓄水能力S，

公式(1)中，P_i为第i次降雨量，其单位为mm，S为潜在蓄水能力，其单位为mm，h_i为第i次径流深度，其单位为mm，N为在测定期间的降雨次数，取N＝30，

然后将确定的潜在蓄水能力S代入如下公式(2)所示的S与CN的关系式中，确定出该地区的CN值，并且记录在册，作为该地区的新的CN值，

第二步，确定潜在蓄水能力参考值S_re：

把上述第一步中确定的CN值代入到上述公式(2)中，来确定潜在蓄水能力参考值S_re，如下公式(3)所示：

公式(3)中，S_re为潜在蓄水能力参考值，单位为mm；

第三步，确定边坡坡面径流深度h：

边坡坡面径流深度h由以下的公式(4)确定：

h＝0，P≤0.2S_re

公式(4)中，h为边坡坡面径流深度，单位为mm，P为该地区在测定期间的年最大降雨量，单位为mm，

鉴于降雨量在生成径流前在植物截流、初渗和填洼蓄水沟构成集水区这三个方面会有一部分初损量，认定这个初损量为0.2S_re，当降雨量小于0.2S_re，就不会产生径流，这在公式(4)中用P与0.2S_re的比较来显示；

第四步，确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start：

根据上述第三步中的得到的边坡坡面径流深度h，以及边坡典型土颗粒直径、土体的天然容重以及水容重确定边坡土质颗粒最小起动速度v_start，如下公式(5)所示，

公式(5)中，D_m为边坡典型土颗粒直径，单位为m，γ_s为土体的天然容重、γ_w为水容重，两者单位均为kN/m³，公式(5)的计算中边坡坡面径流深度h的单位由mm换算为m；

第五步，确定生态植草坡面各微小区段水头损失h_w：

首先，生态植草坡面的植株是均匀排列的，将被测定的生态植草坡面自上而下等分，分别标记为第1个微小区段生态植草坡面、第2个微小区段生态植草坡面、…、第m个微小区段生态植草坡面，每个微小区段生态植草坡面的长度分别为l₁、l₂、l₃…l_m，且l₁＝l₂＝l₃……＝l_m，由如下公式(6)来确定第m个微小区段生态植草坡面长度l_m，

l₁＝l₂＝l₃＝…l_m＝D+b (6)，

公式(6)中，第m个微小区段生态植草坡面长度l_m的单位为m，D为植株茎直径，单位为m，b为植株间净距，单位为m，

进一步用如下公式(7)计算生态植草坡面各微小区段水头损失h_w，

公式(7)中，h_w为各微小区段水头损失，单位为m，n为坡面粗糙系数，v_m为坡面径流经过第m个微小区段生态植草坡面的径流平均流速，单位为m/s，v_m的大小由下述的第六步中的公式(9)来确定，τ为植物分蘖系数，式中取τ＝4，h为上述第三步中求得的边坡坡面径流深度，公式(7)的计算中边坡坡面径流深度h的单位由mm换算为m，D/b为植株径距比，g为重力加速度，单位为m/s²，取g＝9.8m/s²；

第六步，确定各微小区段径流平均流速v_m：

首先，确定径流流经每一个微小区段时下降的高度，即微小区段坡面高度z_m，由如下公式(8)计算，

z_m＝l_msinθ＝(D+b)sinθ (8)，

公式(8)中，z_m为微小区段坡面高度，单位为m，θ为坡角，单位为°，

然后，根据伯努利能量方程和上述第五步中的公式(7)，推出各个微小区段径流平均流速递推公式(9)，

公式(9)中，v_m-1为边坡坡面径流经过第m-1个微小区段径流平均流速，单位为m/s，取m＝1时，v₀＝0，α为动能修正系数；

第七步，确定坡面径流最大平均流速v_max：

径流自坡顶流经至坡脚，径流平均流速呈现先增大后稳定的变化规律，根据上述第六步中公式(9)进行迭代计算，即通过v_m-1求解v_m的计算过程，最后得到径流在边坡坡面上的稳定流速，也称为坡面径流最大平均流速v_max；

第八步，确定三维土工网垫植草坡面最优密度ρ_plant：

根据上述第四步中确定的边坡土质颗粒最小起动速度v_start和上述第七步中确定的坡面径流最大平均流速v_max，令其两者相等为临界条件，并使第七步与本步骤同时进行，得到满足该临界条件时对应的该生态植草坡面的植株径距比D/b，进一步结合植株茎直径D，由如下三维土工网垫植草坡面最优密度计算公式(10)来确定植株最优密度ρ_plant，

公式(10)中，ρ_plant为最优植株密度，单位为株/m²，ρ_plant计算结果不等于整数时，应按照四舍五入法则取整；

第九步，确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G：

将草籽重量百分比成活率χ，每粒草籽的平均质量ω和上述第八步中确定的最优植株密度ρ_plant，代入如下所示的草籽播种量计算公式(11)，最终确定生态工程中三维土工网垫植草坡面草籽播种量G，

公式(11)中，G为草籽播种量，单位为g/m²，G的计算结果按照四舍五入法则，保留一位小数，ω为每粒草籽的平均质量，单位为g，χ为草籽重量百分比成活率，考虑极端天气和动物破坏因素，χ取值范围为1％～100％。

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