高 杰

（遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣水土保持局，遼寧 寬甸 118200）

0 引言

土壤侵蝕是我國目前面臨的重要環(huán)境問題，土壤侵蝕較嚴(yán)重地區(qū)，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展收到了較大制約，我國目前水土流失情況嚴(yán)峻，尤其是黃土高原地區(qū)，嚴(yán)重影響了周圍航運(yùn)及生態(tài)安全[1-2]。降雨是引起土壤侵蝕發(fā)生的主要自然因素之一，不同降雨類型對土壤侵蝕的影響不同。因此，通過試驗(yàn)手段，研究不同降雨雨型對不同坡面侵蝕影響的機(jī)理，可為土壤侵蝕防治，制定合理的水土保持措施提供科學(xué)依據(jù)，具有十分重要的意義。

目前研究表明，小范圍、短歷時(shí)、高強(qiáng)度的降雨與大區(qū)域、長歷時(shí)、低強(qiáng)度的暴雨均會(huì)不同程度地造成土壤侵蝕。Peng和Wang[3]在西南喀斯特地區(qū)研究了不同降雨類型對土壤侵蝕的影響，他們采用系統(tǒng)聚類分析的方法，將該地區(qū)侵蝕性降雨雨型劃分為5類，其中，大雨量、高雨強(qiáng)的降雨對土壤侵蝕的影響最大；張黎明等[4]在南方典型紅壤侵蝕區(qū)以7年基礎(chǔ)降雨資料為基礎(chǔ)，將降雨量劃分成5類降雨雨型，并且深入研究了土壤產(chǎn)沙量的變化規(guī)律與對降雨雨型的響應(yīng)；盧金發(fā)和劉愛霞[5]在黃河中游以36個(gè)水文站多年基礎(chǔ)泥沙降雨資料為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)流域泥沙與當(dāng)?shù)啬杲涤炅砍史蔷€性關(guān)系；Wei等[6]研究了甘肅西峰地區(qū)不同降雨類型對土壤侵蝕量的影響發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)土壤侵蝕量表現(xiàn)為大雨強(qiáng)和短歷時(shí)降雨＞中雨強(qiáng)和中歷時(shí)降雨＞小雨強(qiáng)和長歷時(shí)降雨。

本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)的研究方法，試驗(yàn)于遼寧丹東寬甸滿族自治區(qū)進(jìn)行，以寬甸附近土壤侵蝕觀測站2010～2015年的降雨泥沙觀測資料，研究該地區(qū)侵蝕性降雨雨型特征，并進(jìn)一步分析不同土壤侵蝕帶對對不同降雨雨型的響應(yīng)規(guī)律。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與降雨類型劃分

試驗(yàn)布設(shè)在裸露坡耕地上。根據(jù)當(dāng)?shù)仄旅媲治g垂直分帶特征以及各侵蝕帶之間的侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系，在野外調(diào)查基礎(chǔ)上，選取典型淺溝坡面并按照實(shí)際坡形布設(shè)3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。各小區(qū)位置與面積特性見表1。

表1 試驗(yàn)小區(qū)參數(shù)表

聚類分析方法是根據(jù)研究對象的相似性把它們分成不同的組。本文基于當(dāng)?shù)厍治g性降雨劃分標(biāo)準(zhǔn)，通過分析2010～2015年間的降雨和徑流泥沙資料，共有58場侵蝕性降雨。根據(jù)聚類分析方法，以降雨歷時(shí)與最大30 min降雨強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，將58場侵蝕性降雨分為3大類。其中第1大類（A1）為短歷時(shí)、高強(qiáng)度降雨：平均歷時(shí)3.0 h、平均最大30 min降雨強(qiáng)度26.7 mm/h，第2大類（A2）為中歷時(shí)、中強(qiáng)度降雨：平均歷時(shí)14.8 h、平均最大30min降雨強(qiáng)度13.6mm/h，第3大類（A3）為長歷時(shí)、低強(qiáng)度降雨：平均歷時(shí)23.8 h、平均最大30min降雨強(qiáng)度6.0mm/h，其中3種類型降雨分別出現(xiàn)了32、15和11次，分別占總降雨的55.2%、25.8%和19.0%。

2 結(jié)果與分析

2.1 片蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)

圖1為片蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)。圖1顯示，片蝕帶多年平均徑流量為14883.67m3·km-2·a-1，多年平均土壤侵蝕量為2000.71 t·km-2·a-1，由A1型降雨引起的徑流量與土壤侵蝕量均最大，徑流量在 13478.03～42374.12m3·km-2·a-1之間，土壤侵蝕量在 1985.47～6124.30 t·km-2·a-1之間，隨著降雨強(qiáng)度的提高，片蝕帶徑流量與土壤侵蝕量均呈顯著增加趨勢，A3型降雨引起的徑流量與土壤侵蝕量均最小，徑流量在1245.71～12378.62m3·km-2·a-1之間，土壤侵蝕量在0～752.37 t·km-2·a-1之間，A2型降雨雨型的徑流量與土壤侵蝕量在A1型與A3型之間，通過對降雨雨型進(jìn)行雙變量相關(guān)分析得知，三種降雨雨型的徑流量與侵蝕量均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），這表明降雨強(qiáng)度對片蝕帶土壤產(chǎn)量產(chǎn)沙的影響較大。

2.2 細(xì)溝侵蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)

圖1 片蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)

圖2為細(xì)溝侵蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)。圖2顯示，細(xì)溝侵蝕帶多年平均徑流量為15158.71m3·km-2·a-1，多年平均土壤侵蝕量為4272.29 t·km-2·a-1，由A1型降雨引起的徑流量與土壤侵蝕量均最大，徑流量在8495.32～48500.13 m3·km-2·a-1之間，土壤侵蝕量在3278.47～17325.39 t·km-2·a-1之間，隨著降雨強(qiáng)度的提高，細(xì)溝侵蝕帶徑流量與土壤侵蝕量均呈顯著增加趨勢，A3型降雨引起的徑流量與土壤侵蝕量均最小，徑流量在598.74～6523.47m3·km-2·a-1之間，土壤侵蝕量在 0～2032.96 t·km-2·a-1之間，A2型降雨雨型的徑流量與土壤侵蝕量在A1型與A3型之間，通過對降雨雨型進(jìn)行雙變量相關(guān)分析得知，A1型降雨的徑流量與侵蝕量均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），A2與A3型降雨未達(dá)極顯著水平，這表明細(xì)溝侵蝕帶降雨強(qiáng)度對土壤產(chǎn)量產(chǎn)沙的影響較小。

圖2 細(xì)溝侵蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)

2.3 淺溝侵蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)

圖3為淺溝侵蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)。圖3顯示，淺溝侵蝕帶多年平均徑流量為14454.28m3·km-2·a-1，多年平均土壤侵蝕量為5955 t·km-2·a-1，由A1型降雨引起的徑流量與土壤侵蝕量均最大，徑流量在13478.52～42374.53m3·km-2·a-1之間，土壤侵蝕量在5378.97～18000.03 t·km-2·a-1之間，隨著降雨強(qiáng)度的提高，細(xì)溝侵蝕帶徑流量與土壤侵蝕量均呈顯著增加趨勢，A3型降雨引起的徑流量與土壤侵蝕量均最小，徑流量在1245.82～12378.11m3·km-2·a-1之間，土壤侵蝕量在384.12～7985.22 t·km2·a-1之間，A2型降雨雨型的徑流量與土壤侵蝕量在A1型與A3型之間，通過對降雨雨型進(jìn)行雙變量相關(guān)分析得知，三種降雨雨型的徑流量與侵蝕量均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），這表明淺溝侵蝕帶降雨強(qiáng)度對土壤產(chǎn)量產(chǎn)沙的影響較大。

圖3 淺溝侵蝕帶產(chǎn)沙產(chǎn)流特征對不同降雨雨型的響應(yīng)

2.4 不同侵蝕分帶徑流量與產(chǎn)沙量的關(guān)系

表2為不同降雨強(qiáng)度下不同土壤侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙量之間的關(guān)系。表2顯示，不同侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙的決定系數(shù)R2均在0.65以上，且均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），表明線性函數(shù)關(guān)系可以較好地反映不同侵蝕分帶徑流和產(chǎn)沙量之間的關(guān)系。土壤產(chǎn)沙量隨徑流量的變化較快，線性關(guān)系式的斜率均在30.0以上。由表中可知，不同降雨雨型影響徑流產(chǎn)沙量的機(jī)理不同。由于A1型降雨屬于大雨強(qiáng)、短歷時(shí)暴雨，短時(shí)間內(nèi)的降雨強(qiáng)度多數(shù)情況下遠(yuǎn)超過土壤入滲強(qiáng)度，使坡面發(fā)生超滲產(chǎn)流現(xiàn)象，而A3型降雨屬于小雨強(qiáng)、長歷時(shí)暴雨，降雨強(qiáng)度多小于土壤入滲強(qiáng)度，使坡面發(fā)生蓄滿產(chǎn)流，因此，隨著降雨強(qiáng)度的提高，徑流產(chǎn)沙之間線性關(guān)系式的斜率呈增大趨勢，說明降雨強(qiáng)度最高的A1型降雨，由于徑流量的提高，導(dǎo)致產(chǎn)沙侵蝕量提高速率遠(yuǎn)高于其余2種降雨雨型。

2.5 不同降雨強(qiáng)度下不同侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙對比

表3為不同降雨強(qiáng)度下不同土壤侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙排序。表3顯示，隨著降雨強(qiáng)度的提高，徑流、產(chǎn)沙量的最大地段均由細(xì)溝侵蝕帶變?yōu)闇\溝侵蝕帶，而隨著降雨強(qiáng)度的提高，細(xì)溝侵蝕帶的徑流產(chǎn)沙量積累速率逐漸降低，而片蝕帶和淺溝侵蝕帶的徑流產(chǎn)沙量積累速率明顯高于細(xì)溝侵蝕帶。同時(shí)，較產(chǎn)沙量，徑流量對降雨強(qiáng)度的敏感度明顯更高，當(dāng)降雨強(qiáng)度I30在30～45mm/h時(shí)，最大徑流量產(chǎn)生部位已由細(xì)溝侵蝕帶變?yōu)闇\溝侵蝕帶，而產(chǎn)沙量在I30大于45 mm/h時(shí)，最大產(chǎn)沙量產(chǎn)生部位才出現(xiàn)變化。綜上所述，淺溝侵蝕帶徑流產(chǎn)沙量與降雨強(qiáng)度關(guān)系最為密切，而在降雨強(qiáng)度較小時(shí)，細(xì)溝侵蝕帶的產(chǎn)沙徑流量最大，片蝕帶徑流產(chǎn)沙量均較低。這表明，發(fā)生坡面侵蝕的主要原因是由于溝蝕的徑流產(chǎn)生引起的。

表2 不同降雨強(qiáng)度下不同侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙對比

表3 不同降雨強(qiáng)度下不同侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙排序

2.6 土壤侵蝕量與降雨強(qiáng)度的關(guān)系

表4為土壤侵蝕量與降雨強(qiáng)度之間的關(guān)系。表2顯示，土壤侵蝕量（SL）與最大30min降雨強(qiáng)度（I30）呈正相關(guān)關(guān)系，不同降雨雨型SL與I30的決定系數(shù)R2均在0.70以上，且均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），表明表中的線性方程可較好地反映SL與I30之間的關(guān)系。同時(shí)，在不同降雨雨型下的線性函數(shù)方程中，均以A1降雨雨型下三個(gè)侵蝕分帶回歸方程的斜率最大，而A3下三個(gè)侵蝕分帶回歸方程的斜率最小。說明A1下降雨的侵蝕產(chǎn)沙能力最強(qiáng)。

3 結(jié)論

本文以不同侵蝕帶的徑流小區(qū)為研究對象，在統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)地附近土壤侵蝕觀測站6年降雨、徑流泥沙觀測資料基礎(chǔ)上，并結(jié)合野外調(diào)查與定位觀測，研究了淺溝坡面不同侵蝕帶侵蝕產(chǎn)沙對降雨雨型的響應(yīng)，并得出了土壤侵蝕量與降雨之間的關(guān)系。

（1）短歷時(shí)、高強(qiáng)度暴雨將產(chǎn)生最大的徑流量與土壤侵蝕量，A1型暴雨的徑流量與土壤侵蝕量最大，隨著降雨強(qiáng)度的提高，片蝕帶、細(xì)溝侵蝕帶與淺溝侵蝕帶的徑流量與土壤侵蝕量均呈顯著增加趨勢；

表4 土壤侵蝕量與降雨強(qiáng)度的關(guān)系

（2）不同侵蝕分帶徑流產(chǎn)沙量呈顯著的線性關(guān)系；隨著降雨強(qiáng)度的增加，淺溝侵蝕帶徑流產(chǎn)沙量逐漸增大，不同降雨強(qiáng)度下，片蝕帶徑流產(chǎn)沙量均較小，表明發(fā)生坡面侵蝕的主要原因是由于溝蝕的徑流產(chǎn)生引起的。

（3）在不同降雨雨型下的線性函數(shù)方程中，均以A1降雨雨型下三個(gè)侵蝕分帶回歸方程的斜率最大，土壤侵蝕量（SL）與最大30 min降雨強(qiáng)度（I30）呈正相關(guān)關(guān)系，且均通過了極顯著水平（P＜0.01），表明得出的方程可較好地反映土壤侵蝕量與降雨強(qiáng)度的關(guān)系。

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