王 洪 孔祥周 張 瑜 楊興春 李德權

(1.攀枝花市干溝水利水保綜合試驗場，四川 攀枝花，617000；2.攀枝花市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干熱河谷地區(qū)降雨對水土流失的影響

王 洪1,2孔祥周1張 瑜2楊興春2李德權1

(1.攀枝花市干溝水利水保綜合試驗場，四川 攀枝花，617000；2.攀枝花市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干熱河谷是長江上游生態(tài)環(huán)境最脆弱、水土流失最嚴重的區(qū)域之一。在對攀枝花市2010—2012年降雨觀測基礎上，結(jié)合9個徑流小區(qū)水土流失量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，剖析金沙江干熱河谷地區(qū)降雨對水土流失的影響。結(jié)果表明，金沙江干熱河谷地區(qū)6—10月為降雨集中期，6—8月是強降雨集中期，強降雨累計雨量占全年降雨量的31%～36%；水土流失的發(fā)生一般為強降雨所致，本地區(qū)降雨侵蝕力因子為336.17(J·cm)/(m2·h)；徑流系數(shù)與降雨強度、坡度、農(nóng)作物種類、耕作方式有關，坡耕地的徑流系數(shù)為0.08～0.12，并隨坡度的增加而增大；坡改梯徑流系數(shù)為0.02～0.04，灌木林(黃連翹)為0.02～0.04，魚鱗坑為0.08，地膜覆蓋(順坡)為0.28。

干熱河谷；強降雨；水土流失；金沙江

金沙江干熱河谷是橫斷山區(qū)干旱河谷的一部分，主要包括金沙江下游沿岸海拔 1 300(陰坡)～1 600 m(陽坡 )的河谷地帶, 其面積約1萬km2[1-2], 涉及云南省和四川省 20個縣(市)[3]。金沙江干熱河谷是由于橫斷山脈深切河谷所形成的特殊氣候和地貌類型[4]，該區(qū)光熱資源豐富，氣候炎熱少雨，生態(tài)十分脆弱。在自然和人為的雙重影響下，該區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化[5]，是長江上游生態(tài)環(huán)境最脆弱、水土流失最嚴重的區(qū)域之一。四川省攀枝花市位于金沙江干熱河谷的核心區(qū)域，境內(nèi)降雨集中于雨季(6—10月)，尤以夏季(6—8月)最集中，且多大雨和強降雨。水土流失的降雨參數(shù)不但與降雨量和降雨強度有關，也存在著地域性的差異。本研究根據(jù)攀枝花市干溝水利水保綜合試驗場2010—2012年9個徑流小區(qū)的氣象及水土流失觀測資料，探討該地區(qū)強降雨與水土流失之間的關系。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于攀枝花市鹽邊縣紅格鎮(zhèn)昔格達村“國家級水土保持監(jiān)測點-鹽邊紅格坡面徑流場”內(nèi)，地處東經(jīng)101°56′19″，北緯26°34′55″，為低緯度南亞熱帶季風河谷干熱氣候[6]。區(qū)內(nèi)年平均氣溫20.5℃，年日照 2 700 h，空氣相對濕度59%，四季變化不明顯，干、雨季分明，終年無雪，霜期短，年均降雨量800～850 mm。該區(qū)土層薄，石礫含量較高，保水性差；土壤pH 7.71，屬于堿性土壤，土壤容重為1.11 g/cm3，含水量為0.1%，堿解氮、速效磷、速效鉀分別為59.86、7.30、32.91 mg/kg，徑流小區(qū)特征值見表1。

表1 徑流小區(qū)特征值

注：1.標準小區(qū)指坡度為10°(9%)，小區(qū)上沒有任何植被，完全休閑，無水土保持措施的徑流小區(qū);2.常規(guī)耕作指無任何水土保持措施的耕作方式。

2 研究方法

在某次徑流產(chǎn)生后，記錄集流池中徑流水位線，并根據(jù)集流池的規(guī)格推算出徑流小區(qū)的某次地表徑流量和徑流系數(shù)；將集流池中部球閥空用布堵塞，讓球閥微開，使水緩慢流出(水流緩慢，且用布堵塞的情況，流出的是清水，泥沙則沉積在池底)；接著將集流池底部球閥空用布堵塞，讓球閥微開，使水緩慢流出，將底部沉淀的泥沙(含水量較高)風干若干小時后，用口袋全部裝完稱量，用鋁盒在口袋的中間部位取樣，直接烘干后，測定泥沙量，從而推算出某次降雨產(chǎn)生的水土流失量。根據(jù)自動氣象儀，詳細記錄該次降雨量及降雨歷時，從而推算出本地區(qū)降雨侵蝕力因子(R)。

3 結(jié)果與分析

3.1 年降雨量

2010—2012年該區(qū)年降雨量分別為830.6、636.7、622.1 mm，呈逐年下降的趨勢；每年的6—10月份(雨季)的降雨量分別占全年降雨量的94%，89%，100%，各月降雨分布見表2。

3.2 強降雨

攀枝花市強降雨頻繁，1 h降雨量在10 mm以上的次數(shù)為12～16次/年，占全年降雨量的31%～36%，2010—2012年強降雨統(tǒng)計結(jié)果見表3。2010—2012年強降雨累計發(fā)生41次，均發(fā)生在6—10月，逐月累計發(fā)生次數(shù)分別為9次，9次，11次，8次，4次，分別占2010—2012年強降雨累計值的24%，23%，29%，16%，8%，也表明每年的6—8月是強降雨集中期，2010—2012年雨季各月強降雨累計值見圖1。

表2 2010—2012年各月降雨分布

表3 2010—2012年強降雨統(tǒng)計

注：強降雨量指1 h降雨量；只統(tǒng)計>10 mm/h的降雨數(shù)據(jù)及次數(shù)。

3.3 徑流系數(shù)

水土流失發(fā)生一般為降雨強度較大的降雨所致，當降雨強度達到一定值后，降雨量超過土壤滲透量時，才能產(chǎn)生地表徑流，而徑流是水土流失的動力。徑流系數(shù)說明在降水量中有多少水變成了地表徑流，它綜合反映了坡耕地各要素對徑流的影響。徑流系數(shù)與降雨強度、坡度、農(nóng)作物種類及耕作方式均有關，不同農(nóng)作物徑流系數(shù)對比結(jié)果見圖2。

由圖2可知，玉米(Zeamays)地(坡度為10°～20°，常規(guī)耕作)的徑流系數(shù)為0.10～0.12，花生(Arachishypogaea)地為0.08～0.10，黃豆(Glycinemax)地0.09～0.12。同一坡度不同農(nóng)作物地表徑流系數(shù)依次為：玉米>黃豆>花生，這是由于玉米等高稈作物葉片能夠匯集降雨雨滴，將小雨滴積成大水滴，從較高處落下，增加地表徑流量；而花生、黃豆作為矮低稈作物，郁閉度大于玉米等高稈作物的郁閉度，因此，攔截降雨的能力較強，降低了雨強。

坡改梯由于坡度趨于0，水勢較緩，徑流系數(shù)較小(0.02～0.04)，而灌木林(黃連翹(Fructusforsythiae))形成冠層并完全覆蓋土表，冠層對雨水動能的減緩和收集，使雨水沿著作物稈莖緩流至地表，水勢降低；且灌木根系發(fā)達，根系的活動使土壤結(jié)構(gòu)較為松散，涵養(yǎng)水源的能力較強，產(chǎn)生地表徑流較少(0.02～0.04)。

魚鱗坑整地為在坡面上等高線自上而下挖半月型坑，呈品字形排列，由于在小范圍內(nèi)減緩了水勢，徑流系數(shù)為0.08，小于同一坡度常規(guī)耕作的徑流系數(shù)(為0.11)。

地膜覆蓋(順坡)的徑流系數(shù)為0.28，遠大于同一坡度常規(guī)耕作的徑流系數(shù)(僅為0.11)，這是由于地膜順坡覆蓋時，需將土壤松動后，集中堆放至薄膜下方，高出坡面約10 cm，形成順坡溝壟，溝寬30 cm，溝高10 cm，降雨擊打在薄膜上，大部分順著薄膜流至溝中，由于壟溝是順坡溝，無任何減緩水勢的措施，徑流量較大。

3.4 降雨對土壤侵蝕的影響

以2012年標準小區(qū)降雨與土壤侵蝕關系為例，全年產(chǎn)生土壤侵蝕均發(fā)生在降雨較為強烈或者降雨較為頻繁的時段里，且隨著強度的增大，土壤侵蝕量也增大。如2012年8月17日，1 h最大降雨量為30.4 mm，本次降雨產(chǎn)生的土壤侵蝕量為39.43 kg，占全年土壤侵蝕量(150.65 kg)的26%。充分的前期降雨已使土壤含水量大大增加，甚至處于飽和狀態(tài)，再遇到強度較大的降雨，極易引起嚴重的土壤侵蝕。如2012年8月13日至20日連續(xù)降雨，24日有少量降雨，使得這一期間的土壤含水量達到飽和狀態(tài)，即使在25日降雨量不大的情況下，也產(chǎn)生了嚴重的土壤侵蝕，達到44.17 kg，占全年土壤侵蝕量的29%。8月17日和8月25日2次降雨產(chǎn)生的土壤侵蝕量合計為83.60 kg，占全年土壤侵蝕量的55%，標準小區(qū)2012年土壤侵蝕模數(shù)為 1 507 t/(km2·a)。

表4 2012年標準小區(qū)土壤侵蝕量

注：06-24、07-28強降雨量有2個值，是因為一場降雨中出現(xiàn)了2次大于10 mm/h的強降雨量。

實際上存在著一個引起侵蝕的降雨強度, 盡管各種強降雨可能出現(xiàn)一些差異, 但大部分低強度降雨不會引起侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生。侵蝕總是位于一個分界雨強以上的降雨時才出現(xiàn)。

3.5 降雨侵蝕力因子(R)推算

降雨侵蝕力因子是產(chǎn)生水土流失的動力指標，是土壤流失方程中首要的基礎因子，本文采用EI30法計算本地區(qū)降雨侵蝕力因子。攀枝花市近3年來年降雨侵蝕力因子平均值為336.17(J·cm)/(m2·h)，略大于昆明的286.9(J·cm)/(m2·h)，小于成都的393.7(J·cm)/(m2·h)[7]。2010年由于引起水土流失的強降雨量及次數(shù)均大于2011年和2012年，其年降雨侵蝕力因子也遠大于2011年和2012年。強降雨侵蝕力因子占全年所有降雨侵蝕力因子累計值的大部分，如2010年6月14日，每小時最大降雨量為49.4 mm，該次降雨侵蝕力因子達到167.85(J·cm)/(m2·h)，占到了全年的32%。

表5 降雨侵蝕力因子

注：根據(jù)楊子生對云南金沙江流域降雨侵蝕力因子的研究[8]，同為干熱河谷氣候且與攀枝花接壤的華坪縣降雨侵蝕力因子為372.6(J·cm)/(m2·h)。

4 結(jié) 論

金沙江干熱河谷地區(qū)干、雨季分明，6—10月為降雨集中期，強降雨均集中在雨季，強降雨累計雨量占全年降雨量的31%～36%，其中6—8月是強降雨集中期，占強降雨累計值的76%。水土流失的發(fā)生一般為強降雨所致，金沙江干熱河谷地區(qū)降雨侵蝕力因子為336.17 (J·cm)/(m2·h)。

地表徑流是水力侵蝕的動力，該區(qū)坡耕地徑流系數(shù)與降雨強度、坡度、農(nóng)作物種類、耕作方式有關，坡耕地的徑流系數(shù)為0.08～0.12，并隨坡度的增加而增大；坡改梯徑流系數(shù)為0.02～0.04，灌木林(黃連翹)為0.02～0.04，魚鱗坑為0.08，地膜覆蓋(順坡)為0.28。

[1] 張榮祖.橫斷山區(qū)干旱河谷[M].北京:科學出版社,1996.

[2] 鐘祥浩.干熱河谷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復與重建途徑[J].長江流域資源與環(huán)境,2000,9(3):377-378.

[3] 沙毓淪,紀中華,李建增,等.西南地區(qū)干熱河谷生態(tài)環(huán)境問題[J].西南農(nóng)業(yè)學報,2006,19(S1):312-318.

[4] 費世民,王鵬.論干熱河谷植被恢復過程中的適度造林技術[J].四川林業(yè)科技,2003,24(3):10-16.

[5] 張金盈,徐云,蘇春江,等.金沙江干熱河谷植被恢復研究進展[J].水土保持研究,2005,12(6):101-104.

[6] 王克勤,陳奇伯.金沙江干熱河谷人工生態(tài)林的林分環(huán)境分析[J].中國水土保持科學,2003,1(1):74-79.

[7] 王萬中,焦菊英,郝小品.中國降雨侵蝕力R值的計算與分布(Ⅱ)[J].土壤侵蝕與水土保持學報,1996,2(1):29-39.

[8] 楊子生.滇東北山區(qū)坡耕地降雨侵蝕力研究[J].地理科學,1999,19(3):265-270.

(責任編輯 趙粉俠)

Influence of the Rainfall on Soil and Water Loss in the Dry-Hot Valleys of the Jinsha River

WANG Hong1,2, KONG Xiang-zhou1, ZHANG Yu2, YANG Xing-chun2, LI De-quan1

(1. Water and Soil Conservancy Comprehensive Test Field of Pan Zhihua Gangou, Panzhihua Sichuan 617000, China;2. Soil and Water Conservation and Eco-environment Monitoring of Pan Zhihua, Panzhihua Sichuan 617000, China)

The dry-hot valleys of the Jinsha River are one of the areas with worst ecological environment and most seriously of soil and water loss as well. Basing on the rainfall data in Panzhihua from 2010 to 2012 and combining with monitor data of water and soil loss about 9 runoff plots of slope farmland, the influence of the rainfall on soil and water loss in the dry-hot valleys of the Jinsha River was analyzed. The results showed that the rain falls mainly occurred from June to October and the strong rainfall which accumulation precipitation account for 31%-36% of the annual total occurred from June to August. The soil and water loss were caused by strong rainfall, the erosive factor of rainfall was 336.17(J·cm)/(m2·h) in this area. The runoff coefficient related to rainfall intensity, gradient, crop species and tillage methods, The runoff coefficient of crops on sloping lands was 0.08-0.12 and increased with the increase of intensity. The runoff coefficient in transforming slope into terrace, shrub forests (Fructusforsythiae), fish-scale, plastic film mulching along the slope was respectively: 0.02-0.04, 0.02-0.04, 0.08, 0.28.

dry-hot valleys; strong rainfall; soil and water loss; Jinsha River

2013-11-07

水利部全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目(CJSBJC-0372-1-JCWW-2013-047)資助；攀枝花市應用技術研究與開發(fā)資金項目資助(2011CY-S-20)

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.04.013

S157

A

2095-1914(2014)04-0070-05

第1作者：王洪(1983—),男，碩士，工程師。研究方向：水土保持監(jiān)測及治理。Email:158864237@qq.com