王 淥

（陜西省商南縣水土保持工作站，陜西 商南 7263000）

0 引言

水土流失已作為世界性的重大環(huán)境問題引起了各國科學(xué)家的高度重視。影響水土流失的因素很多且相互關(guān)聯(lián)難以確定，致使過去人們對(duì)該問題的研究多半停留在定性分析的階段上[1]。灰色系統(tǒng)理論是一門容納了系統(tǒng)論、信息論、控制論的新思想、新方法[2]。它為我們解決水土流失的因素分析提供了可能。秦嶺山區(qū)是我國從北亞熱帶向暖溫帶過渡的一個(gè)龐大山區(qū),也是長江中、上游地區(qū)的一個(gè)重要的生態(tài)屏障[3]，亦是南水北調(diào)中線工程重要的水源地之一。水土流失作為這一區(qū)域主要的生態(tài)環(huán)境問題，不僅影響區(qū)域生態(tài)安全，而且將嚴(yán)重影響南水北調(diào)中線工程的水源質(zhì)量。

本文選取秦嶺中山區(qū)水土流失監(jiān)測(cè)點(diǎn)之一的商南縣西灣小流域2005年7月～2005年11月的水土流失監(jiān)測(cè)資料作為研究對(duì)象，利用灰色系統(tǒng)理論研究分析影響小流域水土流失的主要因素，以期為區(qū)域水土流失防治工作提供有力的技術(shù)支持。

1 概況

商南縣西灣小流域地處秦嶺南麓中低山區(qū)，屬于縣河流域，丹江口水庫水源區(qū)之一。西灣小流域?qū)儆诒眮啛釒降貪駶櫄夂騾^(qū)，平均日照數(shù)為1626.3 h，日照百分率為36.7%，無霜期達(dá)216 d。該區(qū)平均年降水量915.5 mm，豐水年高達(dá)1207.1 mm。土壤為普通黃棕壤和粗骨性黃棕壤及洪積物，土層厚度分布不均，從坡面的25 cm左右到河道的數(shù)米不等。流域巖石主要為構(gòu)成陡崖山嶺的結(jié)晶灰?guī)r，形成折線狀山脊的閃長巖體，形成平緩低山的花崗巖和千枚巖。由于氣候溫和，雨量充沛，適應(yīng)于多種農(nóng)作物及林特作物生長，是該縣的糧食優(yōu)良生產(chǎn)基地之一。20世紀(jì)六、七十年代對(duì)大面積原始植被的破壞，造成山洪、泥石流等災(zāi)害頻繁發(fā)生，水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)已列入南水北調(diào)中線水源區(qū)預(yù)防保護(hù)重點(diǎn)縣。

2 研究方法

2.1 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法

設(shè)x1，x2，…，xn為N個(gè)因素，反映各因素變化特性的數(shù)據(jù)列分別為｛x1（t）｝，｛x2（t）｝，…，｛xn（t）｝，t=1、2、…、M。

xj，xi因素對(duì)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

式中：ζij(t)為關(guān)聯(lián)系數(shù)；Δij(t)為比較數(shù)列與參考數(shù)列各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)差值為比較數(shù)列與參考數(shù)列各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)差值的最小值，為比較數(shù)列與參考數(shù)列各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)差值的最大值，ρ稱為分辨系數(shù)，ρ越小，分辨率越大，在這里ρ=0.3。

灰色 關(guān)聯(lián)度γij用平權(quán)法求得，計(jì)算式為:

2.2 監(jiān)測(cè)小區(qū)觀測(cè)結(jié)果

在西灣小流域地面坡度大于25°的區(qū)域內(nèi),選定坡耕地、棄耕地、草地、林地等5個(gè)不同植被蓋度的典型小區(qū)作為觀測(cè)對(duì)象,觀測(cè)小區(qū)采用土工布法，并參照土壤侵蝕快速監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行建設(shè)。小區(qū)的選擇完全在自然狀態(tài)下，規(guī)格為5 m×20 m，小區(qū)兩側(cè)與上部用石棉瓦埋入地下20 cm封閉，下側(cè)集水面用土工布圍合,作業(yè)時(shí)盡量保證坡面地表土壤及覆蓋物完整。每次有效侵蝕性降雨（即可產(chǎn)沙降雨）后收集流失物并烘干稱重,最后換算成單位面積的侵蝕量；監(jiān)測(cè)區(qū)附近設(shè)置自計(jì)雨量計(jì),記錄降雨歷時(shí)和降雨量；在流域出口處設(shè)有卡口站監(jiān)測(cè)輸沙量。觀測(cè)結(jié)果見表1。

表1 觀測(cè)結(jié)果

3 研究結(jié)果

流域產(chǎn)沙是一個(gè)復(fù)雜的作用過程，不同降雨特征（降雨量、降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度）參數(shù)影響不同土地類型地塊尺度的侵蝕產(chǎn)沙，進(jìn)而影響流域卡口站的輸沙量。因此，要研究分析影響流域產(chǎn)沙的因素，需要分別分析降雨特征參數(shù)對(duì)地塊尺度侵蝕產(chǎn)沙和流域侵蝕產(chǎn)沙的影響，在此基礎(chǔ)上，分析各土地類型侵蝕產(chǎn)沙對(duì)流域輸沙的貢獻(xiàn)，不同觀測(cè)時(shí)間輸沙量、降雨特性及土壤侵蝕量值見表2。

表2 不同觀測(cè)時(shí)間輸沙量、降雨特性及土壤侵蝕量值

3.1 降雨特征參數(shù)對(duì)流域侵蝕產(chǎn)沙的影響

3.1.1 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算

選擇2005年7月～11月的9次有效侵蝕性降雨特性和卡口站輸沙量作為研究的基本參數(shù)。定義卡口站輸沙量為參考序列x0（t），降雨歷時(shí)、降雨量、降雨強(qiáng)度為分別比較序列x1（t）、x2（t）、x3（t）。

為了消除各參數(shù)間量綱的不同，首先對(duì)各參數(shù)序列進(jìn)行無量綱化處理，本文采用初值化處理方法：xi′（t）=xi′（t）/xi（l），所產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)見表3。

表3 初值化處理后的各個(gè)參數(shù)

表4 各參數(shù)兩點(diǎn)差值

3.1.2 關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算公式,可以求得各參數(shù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)與卡口站輸沙量間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)（表5）,用關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式,可求得其關(guān)聯(lián)度，降雨歷時(shí)0.5658、降雨強(qiáng)度0.8752、降雨量0.8547。

表5 各參數(shù)與卡口站輸沙量的關(guān)聯(lián)系數(shù)

3.2 降雨特征參數(shù)對(duì)地塊尺度侵蝕產(chǎn)沙的影響

選擇9次有效侵蝕性降雨特性和不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量作為研究的基本參數(shù)。分別定義不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量為參考序列x0（t），降雨歷時(shí)、降雨量、降雨強(qiáng)度為分別比較序列x1（t）、x2（t）、x3（t）。經(jīng)計(jì)算分別得出不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量與降雨特征參數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度見表6。

表6 不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量與降雨特征參數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度

3.3 不同地塊侵蝕產(chǎn)沙對(duì)流域輸沙的影響

選擇9次有效侵蝕性降雨情況下不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量和卡口站輸沙量作為研究的基本參數(shù)。定義卡口站輸沙量為參考序列x0（t），坡耕地侵蝕量、棄耕地侵蝕量、草地侵蝕量、疏林地侵蝕量、天然林侵蝕量為分別比較序列x1（t）、x2（t）、x3（t）、x4（t）、x5（t）。經(jīng)計(jì)算分別得出流域輸沙量與不同地塊侵蝕產(chǎn)沙的灰色關(guān)聯(lián)度為：坡耕地0.7610、棄耕地0.7397、草地0.7277、疏林地0.7232、天然林 0.7192。

3.4 結(jié)果分析

灰色關(guān)聯(lián)度越大，說明比較數(shù)列與參數(shù)數(shù)列的發(fā)展趨勢(shì)越接近，或者說比較參數(shù)對(duì)參考數(shù)列的影響就越大[4]。

3.4.1 降雨特征對(duì)流域輸沙量的影響

從降雨特征參數(shù)對(duì)流域侵蝕產(chǎn)沙影響結(jié)果的灰色關(guān)聯(lián)度看出，降雨強(qiáng)度與流域產(chǎn)沙的關(guān)聯(lián)度最大，關(guān)聯(lián)度為0.8752，其次為降雨量，關(guān)聯(lián)度為0.8547，即在流域尺度上影響輸沙量的主要降雨特性是降雨強(qiáng)度和降雨量。從降雨特征參數(shù)對(duì)地塊尺度侵蝕產(chǎn)沙的影響來看，每一類地塊中的關(guān)聯(lián)度值都是r2＞r3＞r1，即降雨量＞降雨強(qiáng)度＞降雨歷時(shí)，這說明在地塊尺度上，影響輸沙量的主要降雨特性是降雨量和降雨強(qiáng)度，因?yàn)樵诒冉狄欢ǖ膶?shí)驗(yàn)小區(qū)內(nèi)影響水流搬運(yùn)能力的就是水量，水量大則水流的攜沙能力增強(qiáng)，輸沙量相應(yīng)增大，反之則減小。

3.4.2 不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量對(duì)流域輸沙量的影響

從不同地塊侵蝕產(chǎn)沙量對(duì)流域輸沙量影響的灰色關(guān)聯(lián)度指數(shù)看出，在不同地類土壤侵蝕量與卡口站輸沙量的灰色關(guān)聯(lián)度中，坡耕地＞棄耕地＞草地＞疏林地＞天然林，即在一定降雨條件下產(chǎn)生的卡口站輸沙量，坡耕地的貢獻(xiàn)率最高，其次是棄耕地、草地、疏林地，最低的是天然林地，這充分反映了植被覆蓋度是影響流域輸沙量的一個(gè)關(guān)鍵因素，良好的植被條件能起到減少水土流失，保持水土的作用，反之則會(huì)加劇水土流失的發(fā)生。

4 結(jié)論

通過灰色分析發(fā)現(xiàn)影響商南縣小流域水土流失的主要因素是植被蓋度、降雨強(qiáng)度和降雨量。在治理過程中必須采取綜合治理措施，積極推廣退耕還林和封育措施，努力提高區(qū)域植被覆蓋度，并輔以相應(yīng)工程措施，保水、保土、保肥，提高地力，為發(fā)展生產(chǎn)提供條件；用灰色關(guān)聯(lián)度方法對(duì)影響秦嶺中山區(qū)商南縣西灣小流域水土流失因素進(jìn)行分析研究,屬于個(gè)案研究，但對(duì)以后的相關(guān)研究工作和區(qū)域水土流失防治工作具有積極的促進(jìn)作用與參考價(jià)值。

[1]陳云，何伯干.灰色系統(tǒng)理論在閩南三角地區(qū)水土流失研究中的應(yīng)用[J].福建地質(zhì).1990，9（2）：139-145.

[2]鄧聚龍.灰色控制系統(tǒng)[M].華中工學(xué)院出版社，1987.

[3]唐德瑞,趙秉倫.陜西省長江流域防護(hù)林體系營建技術(shù)[J].陜西林業(yè)科技,1994(3):24-32.

[4]陳利華，余新曉.影響土壤侵蝕因子分析一灰色系統(tǒng)理論在土壤侵蝕研究中的應(yīng)用[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，1987（2）14-16.