覃 莉，劉鳳仙，楊 智

(1.貴州省水土保持監(jiān)測(cè)站，貴州 貴陽(yáng) 550000； 2.貴州省水土保持技術(shù)咨詢研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550000)

喀斯特地區(qū)不同坡度徑流小區(qū)水土流失特征分析

覃 莉1，劉鳳仙2，楊 智2

(1.貴州省水土保持監(jiān)測(cè)站，貴州 貴陽(yáng) 550000； 2.貴州省水土保持技術(shù)咨詢研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550000)

徑流小區(qū)；臨界坡度；產(chǎn)流；產(chǎn)沙；喀斯特地區(qū)

以畢節(jié)石橋小流域5個(gè)不同坡度裸露徑流小區(qū)為研究對(duì)象，分析2012、2013年徑流小區(qū)在天然降雨條件下的產(chǎn)流產(chǎn)沙情況。結(jié)果表明：在相同降雨強(qiáng)度條件下，坡度15°時(shí)徑流小區(qū)徑流深、產(chǎn)沙量達(dá)到最大值；坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量隨降雨強(qiáng)度的增加總體呈增加趨勢(shì)，特別是暴雨時(shí)產(chǎn)沙量顯著增加；前期降雨對(duì)坡面徑流有一定影響，前期降雨越多，土壤含水量越接近飽和，降雨產(chǎn)生的徑流產(chǎn)沙量就越多。應(yīng)根據(jù)喀斯特地區(qū)水土流失特征，合理設(shè)計(jì)小區(qū)集雨設(shè)施斷面尺寸，使小區(qū)徑流泥沙觀測(cè)更具操作性和實(shí)用性。

1 研究區(qū)概況

畢節(jié)石橋小流域位于貴州省畢節(jié)市東南部的鴨池鎮(zhèn)境內(nèi)，土地總面積35.93 km2；屬山坡谷地地貌，最高海拔1 742.3 m，最低海拔1 400.0 m，相對(duì)高差342.3 m；屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫14.03 ℃，極端最高溫度33.8 ℃，極端最低溫度-3.4 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 377.7 h，年無(wú)霜期258 d；年均降水量863.0 mm，年最大降水量995.5 mm，年最小降水量618.2 mm，降雨主要集中在7—9月，期間降水量占全年降水量的52.4%[1]；區(qū)域內(nèi)以碳酸巖類的石灰?guī)r及侏羅紀(jì)紫色砂頁(yè)巖為主，土壤以黃壤土及紫砂土為主，在巖溶洼地和山間平地有水源的地方分布少量水稻土，坡耕地一般為黃色石灰土，林地、灌草叢為黑灰色石灰土；自然植被主要為亞熱帶常綠闊葉林，原生植被多被破壞，多為次生林，大部分分布在山坡上部，人工林主要是零星分布的桃、李、梨、花椒、杜仲等。

2 試驗(yàn)方法

在畢節(jié)石橋小流域設(shè)立了5°、10°、15°、20°和25°共5個(gè)坡度的徑流小區(qū)，小區(qū)規(guī)格均為10.0 m×2.5 m，土壤為黃壤，土壤容重為1.35 g/cm3，覆蓋度小于5%，沒(méi)有采取任何水土保持措施。在試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，研究天然降雨條件下不同坡度徑流小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙情況。根據(jù)2012、2013年研究區(qū)降雨資料，降雨量采用虹吸式自記雨量計(jì)記錄。每次降雨后及時(shí)收集集雨池內(nèi)1 L泥水混合樣，重復(fù)取樣3次，過(guò)濾烘干，測(cè)定其中泥沙含量。根據(jù)徑流池內(nèi)的泥水總量計(jì)算出每次降雨的徑流深、產(chǎn)沙量[2-3]。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 次降雨過(guò)程中產(chǎn)流產(chǎn)沙隨坡度變化情況

2012、2013年共發(fā)生15次降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程。次降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1知，同一坡度下，隨著降水量的增加，坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量總體呈增加趨勢(shì)。徑流深隨著坡度的增加而增加，直至達(dá)到臨界坡度，15次降雨過(guò)程中有10次降雨徑流深最大值出現(xiàn)在15°，3次降雨徑流深最大值出現(xiàn)在25°；有8次降雨產(chǎn)沙量最大值出現(xiàn)在15°，4次降雨產(chǎn)沙量最大值出現(xiàn)在25°；有6次產(chǎn)流產(chǎn)沙量的最大值均出現(xiàn)在15°；總徑流深在坡度15°時(shí)出現(xiàn)極大值，是其他坡度總徑流深的1.54～2.70倍；總產(chǎn)沙量在15°、25°時(shí)均出現(xiàn)極大值，25°時(shí)的總產(chǎn)沙量最大，說(shuō)明該流域15°和25°坡面土壤侵蝕較為嚴(yán)重。坡度對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響主要是通過(guò)影響降雨入滲來(lái)實(shí)現(xiàn)的。相同降雨條件下，隨著坡度的增加，坡面水流速度增大，入滲能力降低，有多余的雨水轉(zhuǎn)化為地表徑流，徑流量增加[4-7]。但當(dāng)坡度增加到一定程度后，雨滴對(duì)水面的打擊作用減弱，水流的侵蝕力減弱，坡面受雨面積也顯著減少，水流的侵蝕力減弱，侵蝕量隨坡度的增加而減小[8-9]。

表1 2012、2013年次降雨過(guò)程中徑流深、產(chǎn)沙量隨坡度變化情況

3.2 不同降雨強(qiáng)度產(chǎn)流產(chǎn)沙情況

根據(jù)我國(guó)降雨強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：小雨為24 h雨量小于10 mm；中雨為10.0～24.9 mm；大雨為25.0～49.9 mm；暴雨為大于等于50 mm。對(duì)2012、2013年各降雨分級(jí)下的徑流深和產(chǎn)沙量做平均化處理，統(tǒng)計(jì)得出中雨、大雨、暴雨條件下徑流深隨坡度變化規(guī)律見(jiàn)圖1。同一坡度徑流小區(qū)，坡面產(chǎn)沙量隨降雨強(qiáng)度的增大總體呈增加趨勢(shì)，即暴雨>大雨>中雨，特別是暴雨的產(chǎn)沙量較多，這可能是暴雨沖刷坡面，帶走大粒徑砂礫石引起的，見(jiàn)表2。當(dāng)降雨強(qiáng)度為暴雨時(shí)，坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙存在臨界坡度(15°)。

圖1 徑流深隨坡度變化情況

表2 不同坡度小區(qū)產(chǎn)沙量統(tǒng)計(jì) t/km2

3.3 前期降雨對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響

為進(jìn)一步分析前期降雨對(duì)徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量的影響，選取2012年5次降雨(A、B、C、D、E降雨)分2組進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。2012年8月8日降雨(B降雨)與2012年6月22日降雨(A降雨)、2013年5月25日降雨(C降雨)的降水量相近，A、C降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙量隨坡度的變化規(guī)律基本一致，徑流深為0.49～1.25 mm，產(chǎn)沙量為0.11～18.75 t/km2，而B(niǎo)降雨在各坡度下的徑流深為4.30～20.20 mm，產(chǎn)沙量為17.22～1 585.40 t/km2，比A、C降雨相同坡度下的產(chǎn)流產(chǎn)沙量高得多。這主要是由于2012年8月6日有一場(chǎng)降水量33.70 mm的前期降雨，使得徑流小區(qū)內(nèi)土壤含水量增加，B降雨發(fā)生后土壤入滲減少、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量增加。此外，不同降水量的前期降雨的影響是不同的[10]。2013年5月26日(D降雨)與2013年5月29日降雨(E降雨)的降水量均較大，兩降雨在相同坡度下的徑流深基本相同，但E降雨的產(chǎn)沙量為D降雨的2.25～10.44倍。D、E降雨均有前期降雨發(fā)生，D降雨的前期降雨為2013年5月25日降雨(降水量29.4 mm)，E降雨的前期降雨為D降雨(降水量55.50 mm)?？梢?jiàn)，前期降雨量越大，徑流小區(qū)土壤含水量越接近飽和，產(chǎn)生的徑流就越多、徑流深也越大。但是前期降水量并非影響坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的唯一因子，降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度也決定了坡面徑流產(chǎn)沙量的大小。一般情況下，短歷時(shí)、大雨強(qiáng)情況下水流挾沙力增強(qiáng)，坡面產(chǎn)沙量也相應(yīng)增多。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于喀斯特地區(qū)水土流失的特殊性，受降水量、坡度和前期降雨共同影響，產(chǎn)流產(chǎn)沙量變化特征呈現(xiàn)一定的規(guī)律性：同一坡度徑流小區(qū)，坡面徑流產(chǎn)沙量基本隨降水量、降雨強(qiáng)度的增加而增大，特別是暴雨的產(chǎn)沙量顯著增加；相同降雨強(qiáng)度條件下，坡度15°時(shí)徑流小區(qū)徑流深、產(chǎn)沙量達(dá)到最大值；前期降雨對(duì)坡面徑流也有一定的影響，較大的前期降雨可能導(dǎo)致本次降雨產(chǎn)生的徑流深和產(chǎn)沙量增加；降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度也決定了坡面徑流產(chǎn)沙量的大小，短歷時(shí)、大雨強(qiáng)情況下水流挾沙力大為增強(qiáng)，坡面產(chǎn)沙量增多。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同降雨條件下，喀斯特地區(qū)水土流失臨界坡度為15°。應(yīng)根據(jù)該特點(diǎn)，優(yōu)化喀斯特地區(qū)水土流失防治措施布設(shè)，比如在小流域綜合治理中優(yōu)選坡度為15°的地類進(jìn)行綜合治理，重點(diǎn)考慮坡改梯工程，同時(shí)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)農(nóng)民增收。此外，在以后徑流小區(qū)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)坡度情況合理設(shè)計(jì)小區(qū)集雨設(shè)施斷面尺寸，使小區(qū)徑流泥沙觀測(cè)更具操作性和實(shí)用性。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

S157.1

A

1000-0941(2015)08-0063-03

覃莉(1971—)，女，廣西柳州市人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事水土保持監(jiān)測(cè)管理工作。

2015-05-01