水土流失觀測場設計

韓建雄+游右琴+王志瑞+趙佳佳

摘要：水土流失觀測場是對水土流失發(fā)生、發(fā)展、危害及水土保持效益進行長期的調(diào)查、觀測和分析工作的場地。通過水土流失觀測場對水土流失諸要素的數(shù)量或某過程進行定位量測，分析水土保持治理效果。近年來全國各地都不同程度地存在水土流失，導致坡地土壤肥力減低，阻礙生產(chǎn)發(fā)展。安順市是地處貴州境內(nèi)典型的喀斯特地區(qū)，而建立在該地區(qū)的水土流失觀測場卻很少。為及時、準確、全面系的掌握我市水土流失現(xiàn)狀、動態(tài)及相關信息，為作好我市生態(tài)環(huán)境保護和水土保持工作提供參考數(shù)據(jù)。決定建立水土流失觀測場。

本文是水土流失觀測場設計一個參考方案。

關鍵詞：水土流失 ；觀測場 ；設計

1 水土流失觀測場建設背景和意義

旨在對喀斯特生態(tài)環(huán)境中重要的生態(tài)環(huán)境問題——水土流失發(fā)生、發(fā)展、危害及水土保持效益進行專題觀測研究，通過水土流失觀測，摸清徑流系數(shù)、泥沙含量、不同土地利用的水土流失情況。為水土流失綜合治理和生態(tài)環(huán)境建設宏觀決策提供基礎資料，水土流失土觀測場采取分步實施，逐步向縱深開展的總體建設思路，不斷完善、拓展觀測研究領域。該場立足于安順市現(xiàn)有的科學研究，服務于安順市水土流失綜合治理以及生態(tài)環(huán)境保護。

2 觀測內(nèi)容

結合《中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡（CERN）長期觀測規(guī)范》中的要求和現(xiàn)有的實際情況。確定水土流失觀測場的觀測內(nèi)容主要有：徑流系數(shù)、泥沙含量、不同土地利用的水土流失情況。

3 水土流失觀測場設計

3.1 場地設置基本原則

（1）兼顧生態(tài)代表性和水循環(huán)過程代表性。為了準確和全面反映水分運動狀況，野外水環(huán)境的觀測大多需要在一個流域尺度（或者集水區(qū)）上進行觀測，在流域（或集水區(qū)）內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)典型地段進行觀測，從而既能反映水分狀況對生態(tài)系統(tǒng)的影響，也能觀測到生態(tài)系統(tǒng)特征和變化對水分運動過程的影響。另外，對不能在生態(tài)系統(tǒng)長期觀測樣地內(nèi)實施的水環(huán)境要素的觀測，水環(huán)境要素的觀測采樣地點應該選擇在與生態(tài)系統(tǒng)長期觀測采樣地有著較緊密水文關系的地方進行觀測采樣。

（2）滿足長期觀測和采樣的需要。野外長期觀測和采樣對樣地的破壞隨著時間的增加會越來越嚴重，因此，首先長期觀測場地要足夠大，滿足長期采樣破壞的需要；其次長期觀測場地的選擇盡量考慮人類活動可能帶來的影響，盡量遠離居住區(qū)。另外，野外觀測場地和設施的運行和維護需要水、電等基礎設施的支撐，在選擇長期觀測場地時要考慮基礎設施的完善和觀測人員的生活保障等。

（3）做到點面結合觀測。由于水分運動的空間尺度較大，單點觀測很難全面反映生態(tài)系統(tǒng)水分狀況和水分運動過程，野外長期觀測中，要盡量做到多點觀測，從而將水環(huán)境的觀測擴展到區(qū)域（或流域）尺度上，在觀測與水分水平運動密切相關的一些項目，如水土流失、污染物擴散、水量平衡等時，尤其需要進行多點聯(lián)合觀測。

3.2 觀測場設計

根據(jù)《陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測規(guī)范》，一個水土流失觀測場是由多個人工徑流池組成的[1]。人工徑流池邊界采用水泥板，邊墻高出地面20 cm，埋入地下30 cm，上緣向池外呈60°。人工徑流池邊界外側設置保護帶，寬2 m，保護帶處理與徑流池相同。徑流池采用生物隔離，隔離寬度1.2 m，其中設置40 cm 寬人行道，采用機磚鋪設，同時沿坡度設臺階。水土流失觀測場邊界防護采用刺絲圍欄進行防護，防護長度約350 m[2]。

人工徑流池的形狀選用矩形，大小為水平投影面積100 m2（5 m×20 m），坡度為15°。人工徑流池的四周有截水墻。徑流池下方有集流槽與測流裝置，場地上方和兩側挖排水溝，用以攔截徑流場四周坡地來的徑流。建造人工徑流池時使場地長邊垂直于等高線、短邊平等于等高線，設置3個不同坡長（分別為5 m×20 m，5 m×15 m，5 m×10 m）的徑流池在一起，其中一道截水墻作為毗鄰兩個試驗徑流場的公用墻。徑流池池底進行平整防滲處理，池壁外設量水尺（與池內(nèi)相連通），池底設排水孔，以便于測量蓄水容積和排水排沙。徑流池按當?shù)乜赡馨l(fā)生的最大暴雨（50年一遇，24 h暴雨）徑流量設計。徑流池設計尺寸：5 m×20 m×1.4 m（容積140 m3，含10 cm超高）。池底為現(xiàn)澆混凝土，墻體用M10砂漿砌條石，厚度0.6 m，并用M10砂漿抹面。池底要低于集流槽地20 cm，池頂要設溢流口（10 cm×10 cm），池底設排水孔（安裝閥門），池墻外設量水設施（與池內(nèi)連接）。

截水墻用混凝土建成，其寬30 cm，高出地面20 cm，埋入地下部分入土深為50 cm，厚10 cm，截水墻的上緣向小區(qū)外傾斜60°。

集流槽的斷面為梯形，用鋼板制成，并用水泥抹光。集流槽斷面面積根據(jù)徑流場面積和雨強來計算，不宜過大，槽底縱坡為1°，集流場土塊連接處用黏土夯實，以防水流沿壁流走。集流槽需加蓋，以防降水直接落入槽里。

量水設備一般可用量水容器、堰箱和量水堰組合，也可采用量水堰并附設量水池和攔污棚等。

徑流池下部的承水槽，作成矩形，用混凝土，砌磚水泥護面、石板水泥勾縫、白鐵皮制成，槽上加設金屬或木制蓋板以防雨水滲入影響觀測的精度。

承水槽底時做成斜向內(nèi)壁。槽外壁的上緣應向外傾斜，內(nèi)壁則向承水槽傾斜，以利于槽上防雨蓋板的架設。槽的外壁高出內(nèi)壁20 cm，高出地面10 cm。槽壁與徑流池土壤相接處，為了防止流到池邊的水流失，設置金屬板（固定在嵌入混凝土槽壁的鐵棒上），板的一端伸入土中8 cm，為了防止蓋住槽壁土壤邊緣的坍塌，填以黏土。槽底和壁內(nèi)面涂上0.5 cm的瀝青，以防發(fā)生裂縫時漏水。

參考文獻

[1]中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡科學委員會. 陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測規(guī)范[M]. 北京： 中國環(huán)境科學出版社， 2007.

[2]陳剛. 平定理家莊水土保持監(jiān)測徑流小區(qū)設計[J]. 陜西： 水土保持學報， 2012， （12）： 8～9.