土石山區(qū)徑流小區(qū)水土流失規(guī)律分析

呂愛霞 ，馬 良

（1.萊蕪市水土保持辦公室，山東 萊蕪 271100；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013）

山東省屬全國六大水土保持分區(qū)中“北方土石山區(qū)”片，由于山多坡陡、表土層疏松、土壤粗骨化和石礫化發(fā)育，加之降雨集中且強(qiáng)度大，在山丘區(qū)極易形成較大的地表徑流，產(chǎn)生較強(qiáng)的徑流沖刷力，從而使水土流失不斷發(fā)展。本研究通過長期布設(shè)在山東省土石山區(qū)徑流小區(qū)的實(shí)測資料，分析降雨、坡長、坡度等因子對不同徑流小區(qū)所產(chǎn)生的徑流量和侵蝕量的影響，闡明各因子影響下的水土流失變化規(guī)律，為土石山區(qū)坡耕地整治和坡地資源合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，對土石山區(qū)小流域水土流失防治和清潔型小流域建設(shè)具有積極的作用。研究試驗(yàn)區(qū)徑流小區(qū)布設(shè)在萊蕪市棲龍灣水土保持科技示范園內(nèi)，地處萊蕪市北部山區(qū)、黃河流域大汶河支流嬴汶河中上游。園區(qū)氣候?qū)贉貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)型，多年平均降水量760 mm，多年平均氣溫11.2℃；巖石以片麻巖為主，土壤以山地棕壤為主；植被為溫帶落葉闊葉林，主要農(nóng)作物有小麥、花生和玉米等。

1 試驗(yàn)材料與觀測方法

1.1 試驗(yàn)材料和徑流小區(qū)布設(shè)

試驗(yàn)區(qū)設(shè)于 10°、15°、20°、25°、30°等 5 個(gè)坡度，每個(gè)坡度設(shè)5個(gè)徑流小區(qū)，小區(qū)寬5 m，長10 m，水平投影面積50 m2。每個(gè)坡度都設(shè)置了裸地小區(qū)，用以對照，其他4個(gè)小區(qū)布置了當(dāng)?shù)爻Ｓ玫乃帘３执胧４送猓囼?yàn)區(qū)內(nèi)布設(shè)氣象站、自計(jì)雨量筒各1個(gè)，試驗(yàn)儀器設(shè)備1套。

1.2 觀測方法

1）降雨量和降雨強(qiáng)度觀測：徑流小區(qū)內(nèi)布設(shè)自計(jì)雨量筒自動(dòng)記錄降雨過程，據(jù)此計(jì)算降雨量（P）和降雨強(qiáng)度（I）。2）徑流量和侵蝕量觀測：使用集水池測量徑流小區(qū)的徑流量（Q）；用取樣桶采集泥沙樣品，將水沙充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笕踊旌稀⑦^濾、烘干稱量，測量侵蝕量（Ms）。3）降雨分級：分別按雨量和降雨雨強(qiáng)對降雨進(jìn)行分級，其中雨量分6級，即0～9.9、10.0～24.9、25.0～49.9、50.0～99.9 和>100.0 mm； 降雨雨強(qiáng)分 7 級，即 0～5、5～10、10～20、20～30、30～40、40～50 和>50 mm/h。4）數(shù)據(jù)處理：運(yùn)用 SPSS 11.5、EXCEL 2003軟件進(jìn)行相關(guān)分析、方程擬合等計(jì)算，建立影響因子與徑流量、侵蝕量的回歸方程。

2 結(jié)果分析

2.1 不同降雨等級對徑流量、侵蝕量的影響

通過2008—2010年對第1組徑流小區(qū)徑流量和侵蝕量的觀測（詳見表1、表2），得到隨雨量或雨強(qiáng)的增加，各小區(qū)徑流量、侵蝕量均呈現(xiàn)不同程度增加的規(guī)律。這表明，盡管土壤入滲和植被截留等對降雨起始階段下小區(qū)的產(chǎn)流和產(chǎn)沙有一定降低作用，但隨降雨雨量或雨強(qiáng)的增加，雨滴的匯集及剝蝕的作用大于被入滲及截留的程度，從而產(chǎn)生地表徑流，并隨雨量或雨強(qiáng)的增加而加大，在地表造成土壤顆粒搬運(yùn)、遷移、堆積等形式的侵蝕也不斷發(fā)展。

2.2 不同措施對徑流量、侵蝕量的影響

通過第4組坡度25°狗牙根草、黃荊、刺槐、赤松及裸地（對照）5種徑流小區(qū)的雨量、雨強(qiáng)與徑流量、侵蝕量之間的相關(guān)分析（詳見表3），雨量、雨強(qiáng)與徑流量、侵蝕量的相關(guān)程度均達(dá)到極顯著水平，且降雨要素與侵蝕量的相關(guān)程度高于降雨與徑流量的程度。研究中還采用回歸模型來擬合降雨要素與徑流量、侵蝕量的關(guān)系，以相關(guān)系數(shù)最高為指標(biāo)篩選出精度最高的回歸模型，結(jié)果如圖1～圖4。可見，雨量與徑流量、侵蝕量均呈y=ax+b直線相關(guān)關(guān)系，而雨強(qiáng)與徑流量、侵蝕量呈三次函數(shù)y=b0+b1x+b2x2+b3x3關(guān)系。同時(shí)，盡管增加程度不同，但各小區(qū)的徑流量和侵蝕量均隨雨量、雨強(qiáng)的增加而不斷增大。

表1 不同雨量下徑流小區(qū)的平均徑流量、侵蝕量

表2 不同雨強(qiáng)下徑流小區(qū)的平均徑流量、侵蝕量

表3 不同措施降雨因子與徑流量、侵蝕量的相關(guān)系數(shù)

在相同坡度、降雨下，隨降雨雨量和雨強(qiáng)的不斷增加，不同措施小區(qū)的徑流量和侵蝕量的變化幅度呈現(xiàn)不同程度的增加，依次為裸地>赤松>刺槐>黃荊>草地。這是因?yàn)槌嗨伞⒋袒笔歉叽髥棠荆~片截留的降雨又落入地表，形成林間雨，對土壤造成一定程度的擊濺侵蝕，所產(chǎn)生的徑流量及泥沙量相對較大。而灌木、草本是低矮植被，葉片可緊貼地表，因此黃荊、草地的徑流小區(qū)徑流量和侵蝕量較小。

2.3 不同坡度對徑流量、侵蝕量的影響

選取坡長同為 10 m，坡度 10°、15°、20°的 3 個(gè)坡度均順坡種植花生徑流小區(qū)的徑流量、侵蝕量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，比較結(jié)果見圖5～圖6。

相同措施下，小區(qū)產(chǎn)生的徑流量和侵蝕量均隨坡度增加而增加。這是由于坡度增加的影響，相同坡長的情況下水流用較短的時(shí)間就能流出，因此當(dāng)土壤入滲速度相同時(shí)，由于入滲時(shí)間短、入滲量小，而增大了徑流量，增加的徑流對表層土壤的沖刷力也加大，造成侵蝕量的增加。

由于在山丘區(qū)進(jìn)行花生種植等農(nóng)藝生產(chǎn)時(shí)，不可避免對徑流小區(qū)進(jìn)行播種、翻耕等人為活動(dòng)，導(dǎo)致地表疏松，而疏松的地表土壤又易被擊濺流失，造成坡耕地上的水土流失愈加嚴(yán)重。因此，建議對坡耕地進(jìn)行整治，順坡種植方式改為土坎梯田種植，可減輕水土流失的程度。

3 結(jié)論

通過對山東省土石山區(qū)徑流小區(qū)多年觀測數(shù)據(jù)的分析，得到以下主要結(jié)論：1）隨降雨雨量和雨強(qiáng)的增大，各徑流小區(qū)的徑流量和侵蝕量均存在不同程度的增加。2）不同措施徑流小區(qū)內(nèi)的徑流量、侵蝕量隨降雨要素增加而增加的程度各不相同，其中喬本小區(qū)增加程度明顯高于灌草小區(qū)。通過回歸分析和方程擬合，得到雨量與徑流量、侵蝕量均呈y=ax+b線性關(guān)系，而雨強(qiáng)與徑流量、侵蝕量呈多項(xiàng)式y(tǒng)=b0+函數(shù)關(guān)系。3）不同坡度下，順坡種植花生小區(qū)的徑流量、侵蝕量都隨坡度的增加而增加。建議坡度較大的坡耕地進(jìn)行整治，避免順坡耕作，推薦梯田種植方式。

［1］王禮先.小流域綜合治理的概念與原則［J］．中國水土保持，2006（2）．

［2］姜德文.小流域綜合治理持續(xù)發(fā)展的重大技術(shù)問題［J］．中國水土保持科學(xué)，2005，3（2）．

［3］水建國，葉元林，王建紅，等.中國紅壤丘陵區(qū)水土流失規(guī)律與土壤允許侵蝕量的研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2003，36（2）:179-83．