黃明，張建軍，茹豪，郭寶妮，李民義，王春香，王丹丹，梁偉

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京)

黃土區(qū)是我國水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。持續(xù)的水土流失不僅引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，同時(shí)破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，限制黃土區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。土壤侵蝕是一個(gè)極其復(fù)雜的物理過程，但從根本上說，主要是降雨條件［1－4］(如降雨量、降雨強(qiáng)度)與下墊面［5－11］(如地形地貌、土壤性質(zhì)、植被覆蓋)、人類活動(dòng)相互作用的結(jié)果。對同一流域而言，鑒于地質(zhì)地貌和土壤性質(zhì)是長期地質(zhì)作用的結(jié)果，難以人為改變，降雨和人類活動(dòng)影響下的植被覆蓋逐漸成為研究土壤侵蝕的關(guān)鍵。

多年來，國內(nèi)外學(xué)者對于不同降雨和植被覆蓋條件下的土壤侵蝕情況展開了一系列研究。吳發(fā)啟等［1］提出，黃土高原緩坡耕地的侵蝕量隨最大降雨強(qiáng)度呈指數(shù)型增長。魏天興［2］對多年的降雨侵蝕觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究后指出，在黃土殘塬溝壑區(qū)場降雨量、降雨強(qiáng)度與小流域產(chǎn)沙模數(shù)呈線性相關(guān)。田光進(jìn)等［3］基于20 世紀(jì)90 年代中期全國土壤侵蝕調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同降雨量區(qū)間的水土流失強(qiáng)度存在一定差異性。H.W.Anderson 等［4］和M.Dieterich［5］認(rèn)為，植被覆蓋狀況與產(chǎn)沙量之間存在一定相關(guān)關(guān)系，并且不同植被覆蓋狀況下的泥沙輸移過程不同。劉卉芳等［6］認(rèn)為，森林植被具有減小流域雨季徑流總量、增加枯水期徑流量及攔截泥沙的作用。通過進(jìn)行黃土區(qū)小流域產(chǎn)沙強(qiáng)度與降水徑流、植被覆蓋指標(biāo)之間的相關(guān)與多元回歸分析，余新曉等［7］發(fā)現(xiàn)流域產(chǎn)沙強(qiáng)度隨降水指標(biāo)和徑流指標(biāo)的增加而增大，隨植被覆蓋指標(biāo)的增加而減小。張建軍等［8－9］提出，在一定時(shí)間和區(qū)域內(nèi)，輸沙總量與降雨量成正比，在場降雨條件下，含沙量與流量同步變化。鄭明國等［10］則認(rèn)為，流域尺度越大，植被對其水沙關(guān)系的影響力越小。于國強(qiáng)等［11］基于野外模擬降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，林地對于水沙的調(diào)控能力比荒地、草地和坡耕地都強(qiáng)。衛(wèi)偉等［12］分析黃土區(qū)不同覆被徑流小區(qū)13 年觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)受人為干擾大且坡度高的農(nóng)田和人工草地最易造成水土流失，而灌木叢和荒草地水土保持效果好，喬木林次之。盡管許多學(xué)者深入探討了不同降雨和植被覆蓋條件對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，但基于場降雨的不同植被覆蓋條件對流域產(chǎn)流輸沙影響的研究卻較少。筆者以晉西黃土區(qū)蔡家川流域內(nèi)嵌套的3 個(gè)不同植被覆蓋條件的小流域?yàn)檠芯繉ο?，進(jìn)行不同降雨和植被覆蓋條件下小流域的產(chǎn)流輸沙研究，以期為黃土區(qū)水土保持林配置的效益分析和仿擬自然的植被恢復(fù)研究提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

研究流域?yàn)樯轿魇〖h蔡家川流域，為北京林業(yè)大學(xué)所屬的山西吉縣森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站。蔡家川流域?qū)冱S土殘塬溝壑區(qū)，地理坐標(biāo)為E 110°39'45″～110°47'45″，N 36°14'27″～36°18'23″。流域地勢西高東低，大體為西東走向，海拔900 ～1 513 m，面積38 km2。流域?qū)侔敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均降水量575.9 mm，主要集中于6—9 月份，最大降水變率為43.11%，年際變化較大。流域內(nèi)土壤為褐土，基本為黃土母質(zhì)，土質(zhì)均勻，抗蝕性差，水土流失嚴(yán)重，年平均土壤侵蝕模數(shù)高達(dá)1 萬1 823 t/km2。流域上游主要為由山楊(Populus davidiana)、遼東櫟(Quercus liaotungensis Koidz)、白樺(Betula platyphylla)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)和丁香(Syzygium aromaticum)等組成的天然次生林，中游主要為封禁的植被組成類似上游的次生林及由油松(Pinus tabulaeformis)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)和刺槐(Robinia pseudoacacia)等組成的人工林，下游為荒草坡地和以水平梯田為主的農(nóng)地。

2 研究方法

2.1 研究流域選取

流域的地形地貌特征是流域輸沙過程的主要影響因素之一，為了研究不同降雨和植被覆蓋條件對流域產(chǎn)流輸沙的影響，必須要求剔除流域地形地貌的影響。蔡家川流域內(nèi)部嵌套7 個(gè)不同土地利用類型的小流域，各小流域分布位置和基本情況見圖1和表1。為了篩選出地形地貌相近的小流域進(jìn)行相關(guān)研究，本文選擇了對流域產(chǎn)流輸沙過程起重要作用的6 類地形地貌特征參數(shù)(流域面積、流域長度、流域?qū)挾?、形狀系?shù)、河網(wǎng)密度及河道比降)，利用MATLAB 軟件歐氏距離計(jì)算方法對各小流域地形地貌條件進(jìn)行系統(tǒng)聚類。按照地形地貌的相似程度，各小流域可分成4 類，1 號、3 號和4 號小流域?yàn)橐活悾? 號和7 號小流域?yàn)橐活悾? 號小流域和6 號小流域各自為一類。其中，聚類評價(jià)(類平均法)效果高達(dá)0.996 2，說明分類效果很好，其結(jié)果有效。

基于已觀測的降雨輸沙數(shù)據(jù)，本文擬以1 號、3號和4 號小流域?yàn)檠芯苛饔?，進(jìn)行不同降雨和植被覆蓋條件下的流域產(chǎn)流輸沙研究。其中:以水平梯田為主的1 號小流域位于蔡家川流域下游，為典型的無林流域;森林覆蓋率高達(dá)90%以上的3 號和4號小流域均位于蔡家川流域中游，屬于典型的森林流域(圖1)。

圖1 研究小流域位置Fig.1 Location of studied small watersheds

表1 研究流域基本情況Tab.1 Basic information of studied small watersheds

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理方法

為了便于進(jìn)行長期的水文觀測，在蔡家川的1號、3 號和4 號小流域等小流域出口處修建了復(fù)合型量水堰。堰上長期布設(shè)自記雨量計(jì)及自記水位計(jì)(日產(chǎn)水研62 型)。研究期間的降雨數(shù)據(jù)通過自記雨量計(jì)獲得。徑流量數(shù)據(jù)是由自記水位計(jì)記錄的水位根據(jù)已標(biāo)定的水位流量關(guān)系曲線推算，并采用直線切割法［13］求算基流量和地表徑流量。含沙量則是在降雨過程中依據(jù)水位漲跌變化或時(shí)間間隔進(jìn)行人工采集水樣后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用過濾烘干法測定。在人工取泥水樣的同時(shí)用水尺觀測水位，觀測的水位數(shù)據(jù)用于校準(zhǔn)自記水位計(jì)的記錄數(shù)據(jù)。在2005—2007 年間各流域完整觀測的降雨統(tǒng)計(jì)和輸沙數(shù)據(jù)分別見表2 和表3。

表2 研究流域降雨基本特征Tab.2 Basic characteristics of rainfall in studied watersheds

表3 研究流域產(chǎn)流輸沙統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of runoff and sediment in studied watersheds

3 結(jié)果與分析

3.1 不同降雨量條件下產(chǎn)流輸沙分析

為了進(jìn)行不同降雨量條件下各研究流域產(chǎn)流輸沙的對比分析，在1 號小流域上選擇2006－07－22和2006－08－02的降雨、2006－07－31 和2007－07－27 的降雨進(jìn)行對比分析，在3 號小流域上選擇2006－07－22和2006－08－02的降雨進(jìn)行分析。各組降雨的基本情況見表2。

由表2 和表3 可知，在1 號小流域上2006－07－22和2006－08－02 的降 雨 強(qiáng) 度 分 別 為0.03 和0.02 mm/min，基本一致，而降雨量分別為20.5 和7.0 mm，可以進(jìn)行降雨量對產(chǎn)流輸沙的影響分析。2006－07－22降雨下1號小流域的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.032 mm、2.033 kg/m3和0.028 t/km2，而2006 年8 月2 日的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別只有0.011 mm、1.400 kg/m3和0.006 t/km2;前者的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別是后者的2.9 倍、1.5 倍和4.7 倍。由表2 可知，2006－07－31發(fā)生了一場降雨量為16 cm 的降雨，該場降雨可能增強(qiáng)了2006－08－02降雨 的 產(chǎn) 流 輸 沙 能 力; 但 是 由2006－07－22 和2006－08－02的產(chǎn)流輸沙量對比可知，在一定降雨量差距的前提下，前期降雨對流域產(chǎn)流輸沙量的影響不大。可見在降雨強(qiáng)度相似的條件下，以水平梯田為主的1 號小流域的場降雨徑流深、最大瞬時(shí)含沙量、輸沙模數(shù)均隨降雨量的增大而增加。

在1 號小流域上2006－07－31的降雨強(qiáng)度為0.21 mm/min，降雨量為16 mm，2007－07－27的降雨強(qiáng)度為0.24 mm/min，降雨量為19 mm，2007－07－27的降雨量和降雨強(qiáng)度均比2006－07－31略大。在1 號小流域上2006－07－31的降雨形成的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.060 mm、70.000 kg/m3和1.893 t/km2;2007－07－27的降雨形成的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.136 mm、84.045 kg/m3和2.698 t/km2，后者的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別是前者的2.3 倍、1.2 倍和1.4 倍?？梢娫谝运教萏餅橹鞯? 號小流域上，即使降雨量和降雨強(qiáng)度相近，場降雨徑流深、最大瞬時(shí)含沙量、輸沙模數(shù)均有一定差異。因此，影響黃土高原1 號小流域場降雨徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量、輸沙模數(shù)的要素，除了降雨強(qiáng)度和降雨量外，還應(yīng)該考慮降雨過程和土壤前期含水量等其他要素。

2.4.2 研究熱點(diǎn)演變分析 通過CiteSpaceV對我國體育教學(xué)評價(jià)的關(guān)鍵詞進(jìn)行“Time Zone”時(shí)區(qū)可視化（圖7），可以更加有效地揭示我國體育教學(xué)評價(jià)研究的熱點(diǎn)發(fā)展脈絡(luò)以及研究熱點(diǎn)之間的相互聯(lián)系。時(shí)區(qū)可視圖是根據(jù)時(shí)間的先后順序從左到右對應(yīng)反映研究主題的一個(gè)動(dòng)態(tài)演進(jìn)過程[16]。

在3 號小流域上，2006－07－22和2006－08－02的降雨強(qiáng)度均為0.03 mm/min，而降雨量分別為24.0 和9.5 mm，可以進(jìn)行降雨量對產(chǎn)流輸沙的影響分析。2006－07－22的降雨產(chǎn)生的徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.024 mm、2.000 kg/m3和0.019 t/km2，2006－08－02的降雨產(chǎn)生的徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.004 mm、1.015 kg/m3和0.01 t/km2，前者的徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別是后者的6 倍、2 倍和1.9 倍。由表2 可知，在2006－07－31發(fā)生了一場降雨量為26 cm 的降雨，該場降雨可能增強(qiáng)了2006－08－02降雨的產(chǎn)流輸沙能力。但是由2006－07－22和2006－08－02的產(chǎn)流輸沙量對比可知，在一定降雨量差距的前提下，前期降雨對流域產(chǎn)流輸沙量的影響不大?？梢姡谝匀斯ぶ脖粸橹鞯? 號小流域上，當(dāng)降雨強(qiáng)度相近時(shí)，徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)也隨降雨量的增大而增大。

從這種典型降雨條件下1 號和3 號小流域的徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)的變化特征可見，在降雨強(qiáng)度相近的條件下，降雨量的大小很大程度上決定了徑流量大小，進(jìn)而影響輸沙量的變化，即徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)有隨著降雨量的增大而增大的趨勢，但并不成一定比例。尤其在1 號小流域上，即使在降雨量相近、降雨強(qiáng)度相近的條件下，徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)也會(huì)相差很大。

3.2 不同降雨強(qiáng)度條件下產(chǎn)流輸沙分析

為了進(jìn)行不同降雨強(qiáng)度條件下各研究流域產(chǎn)流輸沙的對比分析，在1 號小流域上選擇2006－07－22和2007－07－27的降雨進(jìn)行對比分析，在3 號小流域上選擇2006－07－22和2006－07－31的降雨進(jìn)行分析，在4 號小流域上選擇2006－07－22和2006－07－31的降雨進(jìn)行分析。各組降雨的基本情況見表2。

由表2 和表3 可知，在1 號小流域上，2006－07－22和2007－07－27的降雨量分別為20.5 和19.0 mm，基本一致，而降雨強(qiáng)度分別為0.03 和0.24 mm/min，可以進(jìn)行降雨強(qiáng)度對輸沙的影響分析。2006－07－22降雨1號小流域產(chǎn)生的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.032 mm、2.033 kg/m3和0.028 t/km2，而2007－07－27的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別高達(dá)0.136 mm、84.045 kg/m3和2.698 t/km2，后者的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別是前者的4.3 倍、41.3 倍和96.4倍?？梢娫诮涤炅肯嗨频臈l件下，隨著降雨強(qiáng)度的增大，以水平梯田為主的1 號小流域的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)均成倍增大，而且徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)的增加幅度遠(yuǎn)大于徑流深的增加幅度。

在3 號和4 號小流域上，2006－07－22和2006－07－31降雨量分別為24 和26 mm，基本一致，而降雨強(qiáng)度分別為0.03 和0.21 mm/min，可以進(jìn)行降雨強(qiáng)度對輸沙的影響分析。2006－07－22 降雨3號小流域產(chǎn)生的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.024 mm、2.000 kg/m3和0.019 t/km2，而2006－07－31的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別高達(dá)0.289 mm、136.111 kg/m3和24.36 t/km2，后者的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別是前者的12 倍、68.1 倍和1282 倍。可見在以人工植被為主的3 號小流域，當(dāng)降雨量相近時(shí)，徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)均隨著降雨強(qiáng)度的增大而增大，而且徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)的增加幅度也遠(yuǎn)大于徑流深的增加幅度。2006－07－22降雨4號小流域產(chǎn)生的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.021 mm、1.117 kg/m3和0.015 t/km2，而2006－07－31的徑流深、徑流的最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別高達(dá)0.134 mm、9.445 kg/m3和0.660 t/km2，后者的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別是前者的6.4 倍、8.5 倍和44 倍。在以封禁植被為主的4 號小流域，當(dāng)降雨量相近時(shí)，隨著降雨強(qiáng)度的增大，徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)也均隨之增大，但增加幅度明顯小于3號流域。

從以上分析可見，在黃土高原不論是以水平梯田為主的1 號小流域，還是以人工植被為主的3 號小流域和以封禁植被為主的4 號小流域，在降雨量相似的條件下，隨著降雨強(qiáng)度的增大，徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)均成倍增大，尤其是輸沙模數(shù)的增加幅度遠(yuǎn)大于徑流深的增加幅度，可以認(rèn)為黃土高原地區(qū)小流域的輸沙模數(shù)主要取決于降雨強(qiáng)度，即在黃土高原地區(qū)，短歷時(shí)的暴雨更容易產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失。

3.3 不同植被覆蓋流域產(chǎn)流輸沙分析

在各流域地形地貌條件相近的前提下，只有選擇覆蓋整個(gè)研究流域的普遍降雨，才能進(jìn)行不同植被覆蓋流域的產(chǎn)流輸沙過程研究［14］。

由表2、表3 及圖2 可知，2006－07－22同時(shí)觀測了3個(gè)小流域的輸沙過程，其中1 號、3 號和4 號小流域的降雨量分別為20.5、24.0 和24.0 mm，降雨強(qiáng)度均為0.03 mm/min，基本一致，可以進(jìn)行不同植被覆蓋流域?qū)斏车挠绊懛治觥?006－07－22降雨1號、3 號和4 號小流域的徑流深分別為0.032、0.024和0.021 mm，徑流的最大瞬時(shí)含沙量分別為2.033、2.000 和1.117 kg/m3，輸沙模數(shù)依次為0.028、0.019 和0.015 t/km2，即1 號、3 號和4 號小流域的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)均依次減小，出現(xiàn)沙峰的時(shí)間順序?yàn)? 號小流域、3 號小流域、4 號小流域。由此可見，在不同植被覆蓋條件的流域中，以水平梯田為主的1 號流域的保水保土能力最差，以人工植被為主的3 號小流域次之，以封禁植被為主的4 號流域最好。

圖2 不同植被覆蓋條件下研究流域產(chǎn)沙過程Fig.2 Sediment yield process in studied watersheds under different vegetation cover

2006－08－02觀測了1號和3 號小流域的輸沙過程，其中1 號和3 號小流域的降雨量分別為7.0 和9.5 mm，降雨強(qiáng)度分別為0.02 和0.03 mm/min，降雨條件基本一致，但降雨過程曲線不一致，同樣進(jìn)行不同植被覆蓋條件對產(chǎn)流輸沙的影響分析。2006－08－02降雨1號小流域徑流過程中產(chǎn)生的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.011 mm、1.400 kg/m3和0.006 t/km2，3 號小流域分別為0.004 mm、1.015 kg/m3和0.003 t/km2。前者各項(xiàng)分別為后者的2.8 倍、1.4 倍和2 倍，沙峰出現(xiàn)時(shí)間為3 號小流域早于1 號小流域。由表2 可知，1 號和3 號小流域在2006－07－31分別發(fā)生了降雨量為16.0 和26.0 cm 的降雨，3 號小流域的前期降雨量比1 號小流域大;但是，由這2 個(gè)小流域降雨產(chǎn)生的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)的對比分析，仍然可以推斷，雖然前期降雨情況和降雨過程有差異，但是以人工植被為主的3 號小流域的水土保持效果仍然強(qiáng)于以水平梯田為主的1 號小流域，這與2006－07－22降雨產(chǎn)流輸沙對比得到的結(jié)論一致。這也說明前期降雨情況和降雨過程差異可能對流域產(chǎn)流輸沙產(chǎn)生了影響，但是，在本研究中，相對于流域不同植被覆蓋條件而言，不是主要的影響因素。

2006－07－31觀測了3號和4 號小流域的輸沙過程，3 號和4 號小流域的降雨量均為26.0 mm，降雨強(qiáng)度均為0.21 mm/min，降雨過程相似，可以進(jìn)行不同植被覆蓋條件對產(chǎn)流輸沙的影響分析。2006－07－31降雨3號小流域產(chǎn)生的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.289 mm、136.111 kg/m3和24.36 t/km2，4 號小流域則分別為0.134 mm、9.445 kg/m3和0.66 t/km2。前者各項(xiàng)分別為后者的2.2 倍、14.4 倍和37 倍，3 號小流域出現(xiàn)沙峰的時(shí)間較4 號小流域早。

2006－08－03同樣觀測到了3號和4 號小流域的輸沙過程，其中降雨量均為42.5 mm，降雨強(qiáng)度均為0.63 mm/min，降雨過程相似，可以進(jìn)行不同植被覆蓋條件對產(chǎn)流輸沙的影響分析。按照黃土高原的降雨分類標(biāo)準(zhǔn)［15］劃分，該場降雨為短時(shí)局地雷暴雨，這種短歷時(shí)、大雨量、高強(qiáng)度暴雨是造成黃土區(qū)土壤流失的主要原因。2006－08－03降雨3號小流域產(chǎn)生的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為0.958 mm、481.653 kg/m3和137.253 t/km2，4 號小流域則分別為0.43 mm、382.167 kg/m3和25.072 t/km2，3 號小流域的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)分別為4 號小流域的2.2 倍、1.3 倍和5.5 倍，沙峰到達(dá)先后順序?yàn)? 號小流域先于4 號小流域。由表2 可知，3 號小流域在2006－08－02發(fā)生了一場降雨量為9.5 cm 的降雨，4 號小流域在該日則未發(fā)生降雨，這一定程度上增強(qiáng)了2006－08－03降雨3號小流域的產(chǎn)流輸沙能力。通過對以人工植被為主的3 號小流域和以封禁植被為主的4 號小流域2 場降雨產(chǎn)流輸沙的對比可知，雖然這2 流域前期降雨情況有所差異，但是在相同降雨條件下，4 號小流域的徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)仍均小于3 號小流域，而且沙峰出現(xiàn)的時(shí)間也較晚，與2006－07－22降雨產(chǎn)流輸沙對比得到的結(jié)論一致。由此可見，4 號小流域自然恢復(fù)的植被對徑流和泥沙的攔蓄作用遠(yuǎn)大于3 號小流域的人工植被。特別是對于黃土高原短時(shí)局地雷暴雨的預(yù)防作用，以封禁植被為主的小流域攔蓄水沙的效果明顯優(yōu)于以人工植被為主的小流域。這也說明前期降雨量差異可能對流域產(chǎn)流輸沙產(chǎn)生了影響，但是在本研究中，相對于流域不同植被覆蓋條件而言，不是主要的影響因素。

1 號小流域雖然以水平梯田為主，但溝坡和農(nóng)地以外的坡面均為自然坡面，植被以草本植物為主;因此，這些溝坡和植被覆蓋度較低的坡面是主要的泥沙來源地。3 號小流域森林覆蓋率為92%，林冠截留延緩了降雨到達(dá)地表的時(shí)間，地表枯落物和地下根系在一定程度上改良了土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)［16－17］，增強(qiáng)了土壤入滲性能，從而減少了地表徑流的形成，控制了土壤侵蝕。4 號小流域森林覆蓋率高達(dá)99%，植被茂密，林下灌叢多，枯枝落葉層和腐殖質(zhì)層較厚，顯著提高了地表糙率，降低了流速，增加了徑流在地表的滯留時(shí)間，增大了下滲速度和下滲量。同時(shí)，地表枯枝落葉層和腐殖質(zhì)層進(jìn)一步過濾了水流中攜帶的泥沙，延阻了沙峰到來時(shí)間，具有顯著的攔蓄徑流泥沙的作用，水土保持效果最好。從不同植被覆蓋小流域的徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量和輸沙模數(shù)的變化特征可見，以封禁條件下形成的自然恢復(fù)植被為主的小流域的水土保持效果最好，以人工植被為主的小流域次之，以水平梯田為主的小流域最差;因此，如何在水土流失嚴(yán)重的黃土區(qū)仿擬自然進(jìn)行植被恢復(fù)，是有效控制水土流失的關(guān)鍵。

4 討論

一場降雨產(chǎn)生的徑流量和泥沙量的多少，主要是降雨條件和下墊面綜合作用的結(jié)果。本文通過不同降雨條件下的各研究流域產(chǎn)流輸沙的對比，得出場降雨徑流深、徑流最大瞬時(shí)含沙量、輸沙模數(shù)隨著降雨量及降雨強(qiáng)度的增加而增加。尤其是小流域的輸沙模數(shù)隨降雨強(qiáng)度的增加幅度遠(yuǎn)大于徑流深的增加幅度。衛(wèi)偉等［12］提出，徑流量和輸沙量與降雨量和降雨強(qiáng)度密切相關(guān)。蔡強(qiáng)國等［18］也認(rèn)為，若流域降雨量大，歷時(shí)短，降雨強(qiáng)度大，則輸沙模數(shù)必然也較大。本文研究得到的結(jié)果與之一致。

下墊面對徑流輸沙過程的響應(yīng)，則是從一定程度上反映了不同流域保持水土的能力。相對來說，以封禁植被為主的4 號小流域森林覆蓋率高，林內(nèi)層次豐富，灌草生長茂盛，攔截或減緩地表徑流及輸沙能力最強(qiáng)，水土保持效果最好。特別是對黃土區(qū)常見的短時(shí)局地雷暴雨的預(yù)防效果顯著。以人工植被為主的3 號小流域雖然森林覆蓋率高，但是人工林樹種對水分的強(qiáng)烈競爭使得人工林內(nèi)地表灌草長勢不佳，林地?cái)r蓄、截留、過濾水沙的能力不強(qiáng)，保水保土能力次于4 號小流域。1 號小流域雖然有水平梯田等水土保持工程，但溝坡和一些陡峭坡面缺少植被對地表的覆被，水土流失較為嚴(yán)重，是1 號小流域泥沙的主要來源地，因此在1 號小流域中應(yīng)該對這些陡峭坡面和溝坡等進(jìn)行治理。納磊等［19］的研究提出，以封禁植被為主的小流域和以人工植被為主的小流域的徑流輸沙明顯小于以梯田為主的小流域，與本文研究結(jié)果一致;秦富倉等［20－21］也提出，流域內(nèi)的林草等植被具有調(diào)節(jié)徑流及防治侵蝕的作用:所以，如何有效進(jìn)行流域內(nèi)的林分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，攔蓄更多降雨用于林木生長，截留更多泥沙以減少土壤侵蝕，是實(shí)現(xiàn)黃土區(qū)水土保持林最優(yōu)配置的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

除了降雨強(qiáng)度和降雨量外，降雨過程［22］和前期降雨影響下的土壤前期含水量［12］等其他要素也可能影響流域的產(chǎn)流輸沙，希望以后在獲取更多樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對流域產(chǎn)流輸沙過程展開進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論

1) 在降雨強(qiáng)度相近的條件下，隨著降雨量的增大，以水平梯田為主的小流域和以人工植被為主的小流域產(chǎn)生的徑流量和泥沙量均隨之增大，但并不成一定比例。

2) 在降雨量相近的前提下，降雨強(qiáng)度大的降雨產(chǎn)生的徑流量和泥沙量也相對較大，尤其是泥沙量的增長幅度遠(yuǎn)大于徑流量的增長幅度，即在黃土區(qū)，短歷時(shí)的暴雨易造成嚴(yán)重的水土流失，應(yīng)當(dāng)作為水土流失預(yù)防的重點(diǎn)。

3) 在場降雨過程中，不同植被覆蓋流域的徑流深、最大瞬時(shí)含沙量及輸沙模數(shù)表現(xiàn)為:以封禁植被為主的小流域最小，以人工植被為主的小流域次之，以水平梯田為主的小流域最大。

4) 以封禁條件下自然恢復(fù)植被為主的小流域?qū)搅髂嗌车臄r蓄作用遠(yuǎn)大于以人工植被為主的小流域，以人工植被為主的小流域的保土保水能力強(qiáng)于以水平梯田為主的小流域，特別是以封禁條件下自然恢復(fù)植被為主的小流域?qū)τ邳S土高原典型暴雨的預(yù)防效果最佳;因此，如何在水土流失嚴(yán)重的黃土高原地區(qū)仿擬自然進(jìn)行植被恢復(fù)，是有效控制水土流失的關(guān)鍵。

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