安家溝流域坡溝系統(tǒng)坡面徑流泥沙特征的研究

曲富榮

摘 要：該文以黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)安家溝流域為研究對象，采用1986—2011年坡溝系統(tǒng)地表徑流和產(chǎn)沙量指標數(shù)據(jù)，研究不同土地利用條件下地表產(chǎn)流產(chǎn)沙特性，并分析了時間尺度上地表徑流與產(chǎn)沙變化特征。結(jié)果表明：不同土地利用類型條件下徑流量、產(chǎn)沙量的均值存在差異，且呈現(xiàn)規(guī)律性，即在同等降雨條件下灌木小區(qū)徑流量和產(chǎn)沙量均最小，坡耕地徑流量和產(chǎn)沙量均最大；不同土地利用類型小區(qū)產(chǎn)流、產(chǎn)沙次數(shù)均為坡耕地>人工草地>喬木林地>荒草地>灌木林地；模擬研究時間段內(nèi)徑流量變化趨勢結(jié)果表明，在時間尺度上，徑流量和產(chǎn)沙量變化均呈現(xiàn)y=ax+b（a<0）線性關系，尤其灌木林地的斜率最大。

關鍵詞：徑流量；產(chǎn)沙量；土地利用類型；黃土丘陵溝壑區(qū)；安家溝流域

中圖分類號 S157.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）10-0148-03

Abstract：Taking the hill-gully Loess PlateauⅤ deputy district as the object， using runoff and sediment yield index data of 1986-2011 in slope gully system，this paper have studied surface characteristic of the runoff and sediment yield in different vegetation conditions. And it analyzed changes the surface runoff and sediment yield changes on time scale. The results are as follows.F test value of the runoff and sediment yield were greater than 1， the value of significance level is less than 0.05. The maximum times of production sand is 130 times for farmland，artificial grass is less.The minimum scrubland is only 35 times. Runoff and sediment yield of the slope are less than 0（a<0）， especially the shrub land slope is the largest.

Key words：Surface runoff；Sediment yield；Vegetation types；The hill-gully Loess Plateau；Anjiagou River Basin

黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)地表植被稀疏，降水分配不均，黃土質(zhì)地疏松且垂直節(jié)理發(fā)育，地質(zhì)、氣候、植被條件導致坡溝系統(tǒng)成為侵蝕產(chǎn)沙的主要源地。因此，對溝坡侵蝕現(xiàn)象與規(guī)律的探究是黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的重要課題，尤其是對坡溝系統(tǒng)坡面徑流及產(chǎn)沙特征的研究，可以為調(diào)整土地利用結(jié)構、制定溝道治理措施、控制流域水土流失等提供參考依據(jù)[1]。但是，目前關于黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)坡溝系統(tǒng)侵蝕規(guī)律的研究多集中于一年內(nèi)不同植被類型[2]、模擬降水[2-3]、施肥水平[4]、耕作措施[5]等的坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙試驗，而對長時間序列的不同土地利用類型坡面徑流泥沙特征的文獻成果較少。鑒于上述情況，本研究以定西市安家溝流域為例，根據(jù)1986—2011年該流域試驗小區(qū)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)，探討土地利用類型對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量的影響及其時間尺度演變特征，以期為黃土高原地區(qū)植被恢復和水土流失治理提供參考。

1 試驗小區(qū)布設

選擇位于黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)的定西市鳳翔鎮(zhèn)安家溝流域作為試驗樣區(qū)。安家溝流域是黃河流域祖厲河水系關川河的一條小支溝，地理位置介于E104°38′13″～104°40′25″、N35°33′02″～35°35′29″，流域面積98.56km2，海拔1900～2250m，平均坡降86‰，屬中溫帶半干旱氣候區(qū)，年均氣溫6.3℃，年均降水量427mm，降水量少且年際年內(nèi)分布不均，60%以上的降水出現(xiàn)在7—9月份，且多以暴雨形式出現(xiàn)，土壤類型以黃綿土和溝道鹽漬土為主，土質(zhì)疏松，濕陷性強，垂直節(jié)理發(fā)育，極易發(fā)生水土流失。

目前，在安家溝流域建有定西市水土保持科學研究所科學研究基地。該基地布設的流域綜合典型監(jiān)測站由控制站、氣象園、徑流小區(qū)3個部分組成，即在流域出口處設控制斷面1處，在流域中心地帶建有常規(guī)觀測氣象園1處、徑流小區(qū)15個。徑流小區(qū)有5種土地利用類型、3個坡度，各小區(qū)特征值見表1。

2 試驗數(shù)據(jù)

利用地面氣象觀測站、自記雨量計和人工雨量計測定降雨量和降雨過程。降雨后測定各徑流小區(qū)徑流、泥沙量。降雨產(chǎn)流后，先在集水池中用體積法求得徑流量。之后，將集水池中的水和泥沙充分攪勻，取一定體積的水樣帶回實驗室，靜置、過濾、烘干、稱量，測定泥沙量。采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，用EXCEL 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。本研究所需1986—2011年各徑流小區(qū)水沙觀測資料及小流域卡口站徑流觀測資料均由定西市水土保持科學研究所提供。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同土地利用類型的小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量 根據(jù)觀測結(jié)果，不同土地利用類型條件下，坡面平均徑流量與平均含沙量變化依次為坡耕地>人工草地>荒草地>喬木林地>灌木林地（表1）。利用SPSS16.0，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，對不同土地利用類型下的產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量進行單因素方差分析：土地利用類型與徑流量、產(chǎn)沙量的F檢驗值均大于1，說明組間方差大于組內(nèi)方差；顯著性水平P值小于0.05，即認為不同土地利用類型條件下徑流量、產(chǎn)沙量的均值存在差異。

3.2 不同土地利用類型小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙次數(shù) 對各小區(qū)產(chǎn)流、產(chǎn)沙次數(shù)進行統(tǒng)計分析（圖1）。統(tǒng)計結(jié)果顯示，1986—2011年不同土地利用類型的小區(qū)累計產(chǎn)流、產(chǎn)沙次數(shù)存在一定差異，但排序均為坡耕地>人工草地>喬木林地>荒草地>灌木林地。坡耕地、人工草地、喬木林地平均產(chǎn)流次數(shù)較多，依次為154、136、121次，高于灌木林地（65次）和荒草地（103次）；坡耕地平均產(chǎn)沙次數(shù)量最多，為130次，之后為喬木林地和荒草地，分別為87次和71次，灌木林地平均產(chǎn)沙次數(shù)最少，僅為35次。上述結(jié)果表明，小流域緩坡范圍內(nèi)不同土地利用類型徑流小區(qū)水土保持效果差異顯著，適生灌木和天然植被有利于保持水土，而人工種植的一年生草本植物因階段性擾動地表，加劇了季節(jié)性土壤侵蝕[2-3，6]，造成了大量的水土流失。

3.3 不同土地利用類型小區(qū)多年產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量 1986—2011年不同土地利用類型小區(qū)徑流總量和年平均徑流量、產(chǎn)沙總量和年平均產(chǎn)沙量大小排序均為坡耕地>人工草地>喬木林地>荒草地>灌木林地（表2），即坡耕地最大、灌木林地最小。不同土地利用類型中灌木林地的減流效果最為明顯，較同期坡耕地徑流總量減少了71.2%；荒草地次之，較同期坡耕地減少了47.3%，喬木林地和人工草地減流效果不太明顯，僅較同期坡耕地減少了19.7%和7.6%。與坡耕地相比，灌木林地、荒草地、喬木林地、人工草地土壤產(chǎn)沙總量分別減少了93.8%、89.1%、72.1%、42.2%，減沙幅度大于減流幅度，尤其灌木林地減蝕效果最為明顯（表2）。針對不同土地利用類型，模擬研究時間段內(nèi)徑流量變化趨勢。隨著時間推移，徑流量和產(chǎn)沙量變化均呈y=ax+b（a<0）線性關系，其中灌木林地的斜率最大（表3）。結(jié)果表明，在黃土丘陵溝壑區(qū)第五副區(qū)生態(tài)建設過程中把坡耕地退耕為林地或草地有助于恢復脆弱的生態(tài)植被、減少土壤侵蝕。

4 結(jié)論

對位于黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)的定西市鳳翔鎮(zhèn)安家溝流域不同土地利用類型徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量的試驗結(jié)果表明：（1）不同土地利用類型小區(qū)徑流量、產(chǎn)沙量存在明顯差異，且呈現(xiàn)規(guī)律性，即在同等降雨條件下灌木小區(qū)徑流量和產(chǎn)沙量均最小，坡耕地徑流量和產(chǎn)沙量均最大。（2）不同土地利用類型小區(qū)產(chǎn)流、產(chǎn)沙次數(shù)均為坡耕地>人工草地>喬木林地>荒草地>灌木林地。（3）為研究各小區(qū)多年產(chǎn)流產(chǎn)沙量，對比1986—2011年不同土地利用類型的小區(qū)徑流總量和年平均徑流量、產(chǎn)沙總量和年平均產(chǎn)沙量，均為坡耕地>人工草地>喬木林地>荒草地>灌木林地。模擬研究時間段內(nèi)徑流量變化趨勢結(jié)果表明，徑流量和產(chǎn)沙量變化均呈y=ax+b（a<0）線性關系，尤其灌木林地的斜率最大。在黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)水土流失防治中需要加大土地利用結(jié)構的調(diào)整，尤其針對灌木林地水土流失防治效益突出的特點，加大坡耕地退耕向林地或草地的轉(zhuǎn)換，利用適生灌木和天然恢復當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

參考文獻

[1]信忠保，許炯心，余新曉.近50年黃土高原水土流失的時空變化[J].生態(tài)學報，2009，29（3）：1130-1139.

[2]羅婭，楊勝天，劉曉燕，等.黃土高原次降雨徑流產(chǎn)沙變化及其與雨強和植被蓋度變化的相關性[J].干旱區(qū)研究，2015，32（4）：698-709.

[3]李廣，黃高寶.雨強和土地利用方式對黃土丘陵區(qū)水土流失的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25（11）：85-90.

[4]唐佐芯，王建文，王克勤.不同施肥水平下植草對坡地徑流氮素流失的調(diào)控作用[J].水土保持學報，2012，26（1）：12-16.

[5]王海斌.不同水土保持措施下徑流小區(qū)降雨與產(chǎn)流產(chǎn)沙關系研究[J].水土保持研究，2011，18（5）：63-66.

[6]艾寧，魏天興，朱清科.陜北黃土高原不同植被類型下降雨對坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙的影響[J].水土保持學報，2013，27（2）：26-30.

（責編：張宏民）