彭陽縣安家川流域侵蝕溝道分析研究

馬德倉 海曈 羅曉斌 韓玉佩

摘 要：采用美國A.N.strahler提出的地貌幾何定量數學模型分級方法，對彭陽縣安家川流域內侵蝕溝道進行分級，并量算出每個溝道相應的地貌形態特征值，在此基礎上結合該流域治理現狀提出相應侵蝕溝道的治理模式，以期為同類地區侵蝕溝道治理提供借鑒。

關鍵詞：侵蝕溝道;分級;形態特征;安家川流域

中圖分類號 S157.1文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）06-0126-03

彭陽縣處于黃河上中游，流域內地形復雜，地貌破碎，溝壑縱橫，水土流失極為嚴重。通過對安家川流域侵蝕溝道進行分級分類研究，總結溝道治理模式，對彭陽縣生態治理以及減少入黃泥沙具有十分重要的意義。

1 資料與方法

1.1 研究區概況 安家川流域位于彭陽縣最北面（106°12′～106°40′E、35°54′～36°17′N），屬黃土高原丘陵及溝壑區第二副區，流域面積672km2。流域涉及羅洼、小岔、馮莊3鄉共26個行政村，2018年底總人口2.57萬人，其中農業人口2.5萬人。海拔1632～1930m，屬溫帶半干旱地區，為典型的大陸性季風氣候類型，多年平均降水量為382mm，多年平均氣溫7.2℃，最冷與最熱處的平均氣溫在2.9～8.5℃，絕大部分地區在6～8.5℃;≥0℃年積溫為2900～3600℃，持續時間230～260d，其中≥10℃的年積溫在2200～2750℃，持續時間140～170d，無霜期120～160d，滿足一般作物的熱量要求。全年總輻射量為127.6kcal/cm2，日照總時數2518h，多年平均風速2.7m/s，最大凍土層深度1.5m。干旱少雨是當地最主要的氣候特征。流域內地形復雜，地貌破碎，溝壑縱橫，水土流失嚴重。

1.2 侵蝕溝道分級方法 采用美國A.N.strahler提出的地貌幾何定量數學模型分級方法，利用1∶10000地形圖，按照全國第一次水利普查的要求對面積在500hm2以上、長度≧500m的溝道進行分析研究。用CAD在1∶10000地形圖上量算的方法進行溝道分級，第一級溝道為最小不可分支的支溝道;第二級溝道是由2個Ⅰ級溝道匯合組成的溝道;第三級溝道是由2個Ⅱ級溝道匯合組成的溝道。以此類推，直到把溝道劃分完。安家川流域溝道分級詳見圖1及表1。

1.3 溝道分類狀況 利用流域地形圖對已經分級的溝道進行實地調查和量算，調查流域的治理情況和社會經濟狀況，在圖上量出每個溝道的長度、溝道流域面積、溝豁面積、溝豁密度、溝道相對高差等，然后計算出每個溝道相應的地貌形態特征值[1]（地面割裂度、開析度、主支溝系數等）。

1.3.1 按侵蝕溝道的割裂狀況分類 溝道的割裂狀況用地面割裂度來反映。在一定的區域內，地面割裂度越高，說明溝豁面積大，溝谷面積越小，地形越破碎，水土流失面積越大，開發利用也越難，更需要加強配套治理措施。地面割裂度計算公式：

[G（%）=（A/S）×100] （1）

式中：[G]為地面割裂度（%）;[A]為溝豁面積（km2）;[S]為流域面積（km2）。

根據公式計算出[G]的平均值[G]和標準差[δ]n-1，然后計算出高于平均值1個標準差為一級，低于平均值1個標準差為一級，中間值為一級，將溝道劃分為強度割裂型（[G]>[G]+[δ]n-1）、中度割裂型（[G]=[G][±][δ]n-1）、弱度割裂型（[G]<[G]-[δ]n-1）。計算結果見表2。

1.3.2 按侵蝕溝道的開析狀況分類 溝道的開析狀況反映溝道的開張程度。溝道的開析度越大，溝豁越開闊，溝坡就越平緩，溝道開發利用潛力大。溝道開析度計算公式：

[K=DH=1000ALH] （2）

式中：[K]為溝道開析度;[D]為溝道平均寬度（m）;[H]為溝道平均相對高差（m）;[A]為溝豁面積（km2）;[L]為溝道全長（km）。

根據公式計算出[K]的平均值[K]和標準差[δ]n-1，然后計算出高于平均值1個標準差為一級，低于平均值1個標準差為一級，中間值為一級，將溝道劃分為開析型（[K]>[K]+[δ]n-1）、半開析型（[K]=[K][±][δ]n-）、深切型（[K]<[K]-[δ]n-1）。計算結果見表3。

1.3.3 按侵蝕溝道的主支溝狀況分類 溝道的主支溝狀況反映了溝道的支溝發育程度，也反映了流域溝道切割的程度，對溝道治理的作用很大。主支溝系數計算公式：

[R=L0/L] （3）

式中：[R]為主支溝系數;[L0]為主溝道長（m）;[L]為溝道全長（m）。

根據公式計算出[R]的平均值[R]和標準差[δ]n-1，然后計算出高于平均值1個標準差為一級，低于平均值1個標準差為一級，中間值為一級，將溝道劃分為主溝型（[R]>[R]+[δ]n-1）、半主溝型（[R]=[R][±][δ]n-1）、支溝型（[R]<[R]-[δ]n-1）[2]。計算結果見表4。

2 結果與分析

通過利用1∶10000地形圖對≧500m的溝道進行實地調查和量算，量出每個溝道的長度、溝道流域面積、溝豁面積、溝豁密度、溝道相對高差等，計算出每個溝道相應的地貌形態特征值，結果詳見表5。由表5可知，安家川流域侵蝕溝道分為4級，根據不同的溝道分級及特性、溝道形態特征值及類型采取相應的治理模式。

2.1 Ⅰ級溝道 Ⅰ級溝道共126條，平均溝道長1935m，平均寬度1532.69m，高差183.47m，比降9.48%，溝道面積7847.49hm2，占流域面積的21%，屬于開析型、弱度割裂、支溝型，地形比較平緩，應該以坡面治理為主進行治理為宜。實行封禁治理和退耕還林（草）相結合，植物措施和工程措施相配套。荒山應易林則林、易封則封，山頂采用植物圍欄和工程圍欄相結合封山禁牧，山坡采用“88542”水平溝工程整地（沿等高線開挖寬80cm、深80cm的水平溝，活土保留，死土拍實外埂，埂高50cm、埂頂寬40cm、將保留的活土與溝內側上方表土鏟下拍碎，填入水平溝，做成反坡梯田，平整田面寬度達到2m），田面栽植紅梅杏、山桃、沙棘等耐旱的灌木林和經濟林，田埂穴種檸條;坡耕地應易退則退、易改則改，把坡度<15°的坡耕地修成水平梯田，20°>坡度>15°的坡耕地修成隔坡梯田，坡度>20°的坡耕地退耕還林（草）。溝道布設頂底對應平齊的土谷坊，防止溝底沖刷，抬高溝底，減緩溝床，使水流速度減緩。Ⅰ級溝道以上形成山頂封禁戴帽子、山坡工程系帶子（水平梯田工程和水平溝整地工程）、溝道谷坊攔泥固土的治理模式，形成就地攔蓄、減緩水流沖刷的第一道防線。

2.2 Ⅱ級溝道 Ⅱ級溝道共20條，平均溝道長4604.00m，平均寬度489.69m，高差70.25m，比降1.53%，溝道面積1442.88hm2，占流域面積的32%，屬于開析型、弱度割裂、支溝型，地形比較平緩，在治理坡面的同時考慮溝道治理，應以坡面治理和中小型淤地壩相結合治理為宜。坡面采用“88542”水平溝工程整地和穴狀整地（60cm×60cm魚鱗坑），栽植刺槐、山桃等耐旱的喬灌混交樹種，主溝道布設一定比例的中小型淤地壩，攔擋Ⅱ級以上溝道泥沙，使中小型淤地壩形成一定規模的淤地面積。增加基本農田，發展農業生產，壩路結合，便利山區道路交通，改善當地生產生活條件，鞏固退耕還林（草）成果，達到退耕而不減產。初步形成壩系布局，攔泥保土，穩定溝坡，制止溝岸擴張、溝底下切，減輕溝道侵蝕，形成溝道治理的第2道防線。

2.3 Ⅲ級溝道 Ⅲ級溝道共6條，平均溝道長5054.85m，平均寬度299.47m，高差48.00m，比降0.95%，溝道面積562.96hm2，占流域面積的62%，屬于半開析型、中度割裂、半主溝型，地形比較陡，溝道比較平緩，坡面治理難度大。要注重溝道治理，在溝頭布設溝頭防護，遏制溝頭延伸。結合上游Ⅱ級溝道，劃分成6條小流域壩系，布設中型淤地壩和控制性骨干壩，參考當地毗鄰的小流域壩系配置布設，中型淤地壩單壩控制面積一般為0.8～2.0km2，骨干壩單壩控制面積一般為3～8.0km2，骨干壩均采用“三大件”。遏制溝頭延伸，做到“滯洪排清”，抬高侵蝕面，確保泥沙不出溝。形成以骨干壩為框架、中小型淤地壩為單元的小流域壩系，達到上游泥沙不出溝的第3道防線。

2.4 Ⅳ級溝道 Ⅳ級溝道共2條，平均溝道長21934.55m，平均寬度422.31m，高差190.00m，比降0.87%，溝道面積1592.72hm2，占流域面積的86.02%，屬于深切型、強度割裂、主溝型，地形比較破碎、比較陡，溝道較平緩，治理難度大，開發治理難。在溝道兩岸平坦地勢栽植柳樹、楊樹、刺槐等喬木林，適宜在主溝道有條件的地方修建控制性骨干壩或小型水庫，滯洪蓄水，合理使用水資源，使整個流域層層設防，即攔擋入黃泥沙，又可以作為彭陽縣北部片區應急水源，形成安家川流域溝道治理的最后一道防線。整個流域形成“山頂封禁戴帽子，山坡工程系帶子，溝道庫壩穿靴子”的治理模式，為黃河流域生態保護和高質量發展奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]吳淑芳，吳普特，宋維秀，等.坡面調控措施下的水沙輸出過程及減流減沙效應研究[J].水利學報，2010，41（7）：870-875.

[2]張松柏.慶陽市董志塬水土保持對策研究[J].西北農林科技大學學報：社會科學版，2012，12（2）：67-72. （責編：徐世紅）