李子口小流域單次降雨的土壤侵蝕量測算方法

劉守江， 胡翠華， 林葉彬， 張 斌， 羅明良

(西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川南充 637009)

摘要川中丘陵區(qū)土壤侵蝕比較嚴(yán)重，對于嘉陵江流域乃至長江航道泥沙淤積、水環(huán)境安全等方面都會產(chǎn)生重要影響。選擇川中丘陵區(qū)李子口小流域為研究區(qū)，利用單次降雨產(chǎn)生的徑流量，測定徑流池中泥沙含量，并結(jié)合小區(qū)土地利用現(xiàn)狀，快速測定小區(qū)土壤的近似侵蝕量。該研究可為土壤侵蝕嚴(yán)重地區(qū)提出相應(yīng)的水土保持治理措施，有著重要參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞土壤侵蝕；單次降雨；快速測定；川中丘陵區(qū)；李子口小流域

中圖分類號S157

基金項目四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(2012JY0121)。

作者簡介劉守江(1974- ),男,四川瀘州人,副教授,碩士,從事環(huán)境科學(xué)與生態(tài)方面的教學(xué)研究工作。

收稿日期2015-08-03

Measurement Method of Soil Erosion Based on a Single Rainfall in Lizikou Small Watershed

LIU Shou-jiang, HU Cui-hua, LIN Ye-bin et al (School of Land and Resource, West China Normal University, Nanchong, Sichuan 637009)

AbstractThe soil erosion is so serious in the hilly area of Sichuan Basin that it has a great effect on the Jialing River watershed and the Yangtze River waterway siltation, water environmental safety and other aspects. This paper chooses Lizikou watershed in the hilly area of Sichuan Basin, and uses the runoff generated by single rainfall, and determines the sediment content of runoff pool, erosion approximate combined residential land use, makes rapid determination of approximate amount of erosion of cell soil. The paper has important reference on putting forward corresponding water conservation measures for the serious soil erosion area.

Key words Soil erosion; Single rainfall; Rapid determination; Sichuan hilly area; Lizikou watershed

川中丘陵區(qū)土壤侵蝕比較嚴(yán)重，對于嘉陵江流域乃至長江航道泥沙淤積、水環(huán)境安全等方面都會產(chǎn)生重要影響。李子口小流域?qū)儆诖ㄖ星鹆陞^(qū)，是一個有代表性、典型性的區(qū)域。該區(qū)研究比較成熟，李雙喜等從山塘淤積情況對李子口小流域土壤侵蝕進(jìn)行了研究[1]；唐秋瑋等對該區(qū)不同植被模式下坡面侵蝕進(jìn)行了研究[2]；袁再健等對該區(qū)次降雨泥沙輸移比[3]以及侵蝕產(chǎn)沙模型[4]進(jìn)行了探討；靳曉莉等采用USLE模型結(jié)合GIS技術(shù)，估算了李子溪流域土壤侵蝕總量與侵蝕強(qiáng)度空間分布[5]；另外李小兵還估算了該流域的土地生產(chǎn)潛力及人口承載潛力[6]；佘紅英等調(diào)查了該區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與面源污染狀況[7]。筆者選擇川中丘陵區(qū)李子口小流域，利用單次降雨產(chǎn)生的徑流量，測定徑流池中泥沙含量，并考慮徑流量分流排放情況，結(jié)合小區(qū)土地利用現(xiàn)狀，用關(guān)系式簡單表達(dá)出該小區(qū)土壤的近似侵蝕量，從而能夠快速獲取某小區(qū)土壤侵蝕量，進(jìn)而提出相應(yīng)的水土保持治理措施，有著重要意義。

1研究區(qū)概況

李子口小流域(105°43′ E,31°30°′ N)位于四川省南部縣升鐘鎮(zhèn)，屬于嘉陵江右岸一級支流西河(FE2105)的一條支溝，位于升鐘水庫大壩下游右側(cè)4 km處。小流域出口距離升鐘鎮(zhèn)5 km，小流域主河道5.88 km長，流域總面積為19.216 km2[6]，涉及升鐘鎮(zhèn)、保城鄉(xiāng)、雙峰鄉(xiāng)、升水鎮(zhèn)4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，多年平均降雨量1 029.2 mm，氣溫17.2 ℃，蒸發(fā)量900 mm，無霜期263 d[1]。流域出口高程364 m，最高高程780.5 m，相對高差416.5 m，低山深丘地貌。土壤為黃壤，土地利用類型主要是林地、耕地，植被為亞熱帶常綠落葉闊葉混交林，主要樹種有柏、榿木、馬桑、青岡，植被覆蓋率達(dá)43%[4]。水土流失面積占小流域面積的44.88%[4]，土壤侵蝕非常嚴(yán)重。

表1　李子口小流域12個徑流小區(qū)基本情況

2研究方法

2.1徑流小區(qū)設(shè)置調(diào)查組于2013、2014年實地調(diào)查了李子口小流域。李子口小流域的土地利用類型主要是耕地、林地。在小流域出口處設(shè)置一個卡口站，大小巴歇爾槽各一個，每天08:00、14:00、20:00 3次測定水位、流速、泥沙含量；12個徑流小區(qū)，其中2個林地小區(qū)、9個耕地小區(qū)、1個裸地對照小區(qū)，如表1所示。每個小區(qū)均為順坡設(shè)置，有一定坡度，除林地小區(qū)面積為200 m2外，其余小區(qū)面積均為100 m2。小區(qū)邊緣為砼結(jié)構(gòu)，保證地表徑流面積等于小區(qū)面積。

2.2徑流池設(shè)置方法在每個徑流小區(qū)下方，設(shè)置兩個徑流池。通過徑流槽匯集小區(qū)徑流于徑流池甲中，徑流池甲如果裝滿徑流，會溢出，溢出的徑流通過鋸齒狀鋼結(jié)構(gòu)分流器10等分，匯集其中1份即1/10的溢出徑流量到徑流池乙，其余9份即9/10的溢出徑流直接排走。每個徑流池的長、寬、高分別是2、1、0.8 m，徑流池的簡單工作原理如圖1所示。

2.3數(shù)據(jù)采集每次降雨后，收集徑流數(shù)據(jù)資料。首先記錄甲、乙兩個徑流池中徑流的深度，然后對每個小區(qū)的甲、乙兩個徑流池攪勻，各取3瓶水樣帶回室內(nèi)，測定每個徑流池中水體的平均泥沙含量。

3研究計算結(jié)果

3.1每個徑流小區(qū)土壤侵蝕量計算根據(jù)記錄到的徑流池中水體深度，可以計算出池中徑流量，即小區(qū)徑流量。根據(jù)室內(nèi)測得徑流的平均泥沙含量，可以計算出小區(qū)土壤侵蝕量，如表2所示。

名稱池中徑流深池中徑流量池中泥沙含量池中泥沙量小區(qū)土壤侵蝕量條件徑流池甲H12H1C12H1C12H1C1甲池未溢出,H1<0.8m徑流池乙H22H2C22H2C22H1C1+20H2C2甲池已溢出,H1=0.8m

設(shè)甲、乙徑流池徑流深度分別是H1、H2，池中泥沙含量為C1、C2，土壤侵蝕量為S，則池中徑流量分別是2H1、2H2，池中泥沙量為2H1C1、2H2C2。H、C、S的單位分別為m、kg/m3、kg。合并甲乙兩徑流池，用公式表示如下。小區(qū)徑流量：

R=2H1+20H2

(1)

小區(qū)土壤侵蝕量：

S=2H1C1+20H2C2

(2)

3.2林地小區(qū)土壤侵蝕量計算每個林地小區(qū)面積為200 m2，按照公式(2)，先分別計算出2個林地小區(qū)土壤侵蝕量，取其平均值，得出林地小區(qū)平均土壤侵蝕量S林，作為該小流域林地土壤侵蝕平均值。

小流域林地土壤侵蝕平均值(kg/m2)=S林/200

(3)

3.3耕地小區(qū)土壤侵蝕量計算每個耕地小區(qū)面積為100 m2，按照公式(2)，先分別計算出9個耕地小區(qū)土壤侵蝕量，取其平均值，得出耕地小區(qū)平均土壤侵蝕量S耕，作為該小流域耕地土壤侵蝕平均值。

小流域耕地土壤侵蝕平均值(kg/ m2) =S耕/100

(4)

3.4小流域土壤侵蝕量計算該小流域總面積19.216 km2，根據(jù)近5年遙感影像資料分析，該小流域內(nèi)耕地所占比例為51%，林地45%，道路居民區(qū)約為4%。整個李子口小流域土壤侵蝕量估算結(jié)果，用S總表示，計算如下：

S總(t)=19.216*103*0.51*S耕/100+19.216*103*0.45*S林/200

(5)

或S總(t)=19.216*103*(0.51*S耕/100+0.45*S林/200)

(6)

4結(jié)語

利用耕地、林地樣地小區(qū)單次降雨獲得的徑流量與含沙量數(shù)據(jù)，從而能夠快速測算出整個流域小區(qū)土壤侵蝕量。該方法簡單，易于操作，優(yōu)勢明顯，能夠很快測定出徑流小區(qū)的結(jié)果，尤其是對于小區(qū)樣地能夠獲得較高的精度。不足之處在于從小區(qū)推廣到整個小流域，影響因子增加，如耕地、林地所占流域比例，以及耕地、林地內(nèi)部空間異質(zhì)性等，會影響到整個李子口小流域土壤侵蝕量的精度。如何提高快速測算的精度，這是需要繼續(xù)研究和探討的科學(xué)問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 李雙喜,張建全,俞豐,等.李子口小流域土壤侵蝕研究分析[J].水利水電快報,2006,27(1):19-22.

[2] 唐秋瑋,孫凡.四川紫色土地區(qū)不同植被模式下坡面侵蝕研究[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009,28(5):71-73.

[3] 袁再健,褚英敏.四川省紫色土地區(qū)小流域次降雨泥沙輸移比探討[J].水土保持通報,2008,28(2):36-40.

[4] 袁再健.嘉陵江李子口小流域侵蝕產(chǎn)沙模型初探[J].水土保持研究,2004,11(4):96-96.

[5] 靳曉莉,程根偉,麻澤龍,等.川中丘陵區(qū)李子溪流域土壤侵蝕模擬研究[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,30(1):56-59.

[6] 李小兵.李子口流域土地生產(chǎn)潛力及人口承載潛力估算[J].中國人口·資源與環(huán)境，2012,22(S1):383-384.

[7] 佘紅英,張翔,敬安兵,等.川中丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與面源污染狀況調(diào)查及特征分析：以李子口小流域為例[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展,2011(5):27-32.