摩布小流域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果分析

潘明昌，代興蘭，顏麗俊，官 敏

(云南省水文水資源局 曲靖分局，云南 曲靖 655000)

我國西南土石山區(qū)特別是喀斯特巖溶地區(qū)“土少石多”，在西南季風(fēng)和東南季風(fēng)的影響下，降雨量大且密集，特殊的地質(zhì)環(huán)境、氣候特征和人類活動(dòng)導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境脆弱、水土流失嚴(yán)重。本研究選擇位于云南省曲靖市宣威市寶山鎮(zhèn)摩布村的典型小流域——摩布小流域，對其2014—2020年監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，希望能為西南土石山區(qū)小流域水土流失預(yù)測、土壤侵蝕強(qiáng)度估算等提供參考。

1 流域概況

摩布小流域的主要河流摩布河為珠江流域西江水系北盤江清水河支流，全長7.20 km，河床較陡，河道比降3.5%。摩布小流域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，出露地層多為二迭系，西部為棲霞組第二段至矛口組，中西部出露地表為玄武巖；地勢西高東低，山脈總體呈東西走向，南北兩端山脈縱橫，中間河谷切割，形成高原中山剝蝕地貌；土壤主要有紅壤、棕紅壤、澀紅土和油紅土，成土母巖為石灰?guī)r和玄武巖。主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是春季暖和干燥、夏秋潮濕溫涼、冬季干燥寒冷；多年平均降水量988.0 mm，降水集中在5—10月，期間降水量占全年的82%，其中暴雨的降水量占全年的23.1%；多年平均蒸發(fā)量889.0 mm，多年平均氣溫12.7 ℃，≥10 ℃積溫3 400 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 508 h，年無霜期220 d。植被覆蓋率低，涵養(yǎng)水源能力差，地表徑流隨降雨量變化明顯，自然災(zāi)害頻繁，水土流失嚴(yán)重。針對這一情況，近年來宣威市組織實(shí)施了摩布小流域綜合治理，采取了坡改梯、人工造林、栽植經(jīng)果林、河道整治等措施，并實(shí)施了保土耕作，修建了田間水窖、溝洫工程、機(jī)耕便道等，流域內(nèi)水土流失狀況有所改善。

2 監(jiān)測方案

宣威市摩布小流域摩布水土保持地面監(jiān)測站徑流小區(qū)監(jiān)測點(diǎn)(代碼HA5320524150，以下簡稱“監(jiān)測點(diǎn)”)位于宣威市寶山鎮(zhèn)摩布村，地處東經(jīng)104°30′00″、北緯26°17′17″。監(jiān)測點(diǎn)根據(jù)摩布小流域內(nèi)的主要坡度和耕作方式布設(shè)了12個(gè)觀測小區(qū)，其中：坡度為10°的小區(qū)6個(gè)，即10-1(桃樹)、10-2(輪作)、10-3(輪作)、10-4(荒坡)、10-5(柳杉)、10-6(圓柏)；坡度為20°的小區(qū)6個(gè)，即20-1(桃樹)、20-2(輪作)、20-3(輪作)、20-4(荒坡)、20-5(圓柏)、20-6(金合歡)。12個(gè)小區(qū)可分為坡改梯小區(qū)(10-2、10-3、20-2、20-3)、荒地小區(qū)(10-4、20-4)，以及經(jīng)果林和人工造林小區(qū)(10-1、10-5、10-6、20-1、20-5、20-6)。各小區(qū)尺寸均為20 m×5 m，小區(qū)尾端設(shè)有水泥澆筑的集流池(長×寬×高分別為1 m×1 m×1.2 m)，采用9孔分流至分流池，分流池尺寸和集流池相同，與集流池之間用水管相連。

監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測內(nèi)容包括降水量、蒸發(fā)量、徑流量，以及各小區(qū)土壤含水量、侵蝕量等。其中：降水量采用精度為0.5 mm的遙測雨量器間隔5 min記錄一組降水?dāng)?shù)據(jù)；蒸發(fā)量采用E601型蒸發(fā)器每日8:00觀測計(jì)算日蒸發(fā)量；土壤含水量每月在各小區(qū)用專用鋁盒取土樣2次，用烘干稱重法求得各小區(qū)土壤含水量；徑流量和土壤侵蝕量是在降雨產(chǎn)流后，先觀測集流池內(nèi)水尺讀數(shù)(分流池內(nèi)有水時(shí)同時(shí)觀測)，所得數(shù)據(jù)即為徑流量(水池底面積為1 m2)，再將池內(nèi)水沙攪拌均勻，用取樣桶取1 000 mL混合樣，用濾紙過濾、烘干、稱量，得到含沙量，進(jìn)而計(jì)算懸移質(zhì)侵蝕量，如土壤侵蝕量較大，水池內(nèi)有推移質(zhì)，則另外取樣烘干、稱量，計(jì)算推移質(zhì)侵蝕量。選取監(jiān)測點(diǎn)2014—2020年共計(jì)7年的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究場次降雨侵蝕力和場次雨量、最大30 min雨強(qiáng)之間的關(guān)系，不同坡度不同措施下小區(qū)的土壤侵蝕特征，以及降水量與徑流量、土壤侵蝕強(qiáng)度的關(guān)系。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 場次降雨侵蝕力和場次雨量、最大30 min雨強(qiáng)的關(guān)系

選取2014—2020年共162場侵蝕性降雨作為分析樣本。流域內(nèi)降雨時(shí)斷時(shí)續(xù)，有時(shí)一天會(huì)發(fā)生多次降雨。按照《降水量觀測規(guī)范》(SL 21—2015)，如果降雨過程中停歇時(shí)間超過6 h，則將停歇前后的降雨視為兩個(gè)不同的降雨事件；如果停歇時(shí)間不超過6 h或者6 h內(nèi)連續(xù)降雨不超過1.5 mm，則將停歇前后的降雨合并為1個(gè)降雨事件。同時(shí)，采用侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)為12 mm，場次降雨量小于12 mm的不參與統(tǒng)計(jì)。為估算次降雨侵蝕力，建立場次雨量和最大30 min雨強(qiáng)的乘積(PI30)與次降雨侵蝕力EI30的相關(guān)關(guān)系(圖1)。點(diǎn)繪PI30-EI30關(guān)系曲線，設(shè)置趨勢線截距為0，相關(guān)方程為y=0.233 6x，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.981 2，相關(guān)性良好，說明在摩布小流域用PI30估算EI30有較高的精度，對于同類型地區(qū)小流域具有參考意義。

圖1 PI30-EI30關(guān)系曲線

3.2 各小區(qū)土壤侵蝕特征

2014—2020年各小區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測結(jié)果見表1。由表1可知，相同坡度的小區(qū)中，經(jīng)果林和人工造林小區(qū)的土壤侵蝕量最小，坡改梯小區(qū)次之，荒地最大，這說明在流域內(nèi)坡地實(shí)施水土保持措施可以有效減少土壤流失量；相同措施的小區(qū)中，20°坡地小區(qū)土壤侵蝕量均大于10°坡地小區(qū)，但是隨著坡度增大，荒地小區(qū)土壤流失量增加明顯，坡改梯小區(qū)增加較少，經(jīng)果林和人工造林小區(qū)增加最少，這說明水土保持措施的實(shí)施可以有效減少坡度對土壤侵蝕的影響，適用于小流域內(nèi)的坡地治理。

表1 2014—2020年各小區(qū)土壤土壤侵蝕強(qiáng)度監(jiān)測結(jié)果

3.3 徑流深、土壤侵蝕強(qiáng)度與降水量的關(guān)系

選擇 2020年的21次侵蝕性降雨事件，繪制10°、20°小區(qū)徑流深、土壤侵蝕強(qiáng)度與降水量的關(guān)系曲線，見圖2、3。10°、20°小區(qū)降水量-徑流深擬合關(guān)系式R2值分別為0.690 2和 0.688 6，降水量-土壤侵蝕強(qiáng)度擬合關(guān)系式R2值分別為 0.717 2和 0.640 8，說明監(jiān)測得到的徑流深、土壤侵蝕強(qiáng)度與降水量擬合關(guān)系均較好，這對于西南土石山區(qū)特別是喀斯特巖溶地區(qū)小流域根據(jù)降雨量估算徑流量和土壤侵蝕具有一定的參考價(jià)值。

圖2 10°、20°小區(qū)降水量-徑流深關(guān)系曲線

4 結(jié) 語

選擇位于云南省曲靖市宣威市寶山鎮(zhèn)摩布村的典型小流域——摩布小流域，對其2014—2020年監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明：EI30與PI30的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.981 2，相關(guān)性甚好，說明用PI30估算EI30精度較高，可直接運(yùn)用降雨量快速便捷地計(jì)算降雨侵蝕力；經(jīng)果林和人工造林等水土保持措施可以減少徑流小區(qū)的土壤侵蝕量，尤其是減輕坡度對土壤侵蝕的影響；20°、10°坡地徑流小區(qū)徑流深、土壤侵蝕強(qiáng)度與降雨量擬合關(guān)系均較好，監(jiān)測結(jié)果對西南喀斯特地區(qū)水土流失預(yù)測、土壤侵蝕強(qiáng)度估算等具有較高的參考價(jià)值。

圖3 10°、20°小區(qū)降水量-土壤侵蝕強(qiáng)度關(guān)系曲線