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        湯峪河流域徑流小區(qū)水土保持監(jiān)測點2017—2019年監(jiān)測結(jié)果分析

        2021-05-11 06:05:48姚會恩緱建軍毛應(yīng)強
        中國水土保持 2021年5期

        陳 炳,王 苗,姚會恩,緱建軍,毛應(yīng)強

        (1.天水市水務(wù)局 水土保持總站,甘肅 天水 741000; 2.甘肅省水利廳 水土保持局,甘肅 蘭州 730000;3.清水縣水務(wù)局 水土保持站,甘肅 清水 741400)

        湯峪河流域徑流小區(qū)水土保持監(jiān)測點(以下簡稱“監(jiān)測點”)是2008年由水利部水土保持監(jiān)測中心批準建設(shè)的,在甘肅省內(nèi)的布設(shè)編號為“甘-23”。由于湯峪河流域在寧南隴東丘陵溝壑區(qū)具有典型代表性,清水縣水保站領(lǐng)導重視、職工專業(yè)技術(shù)過硬,有使用權(quán)50年的劃撥土地,氣候氣象、土壤地質(zhì)、地形地貌、坡度等符合監(jiān)測點建設(shè)立項條件,因此選擇在湯峪河流域內(nèi)建設(shè)監(jiān)測點。湯峪河流域地處秦祁地槽褶皺帶的東延部位,流域內(nèi)土壤主要有褐土、黃綿土、紅土,植被以刺槐、楊樹、馬尾松、沙棘、蒿類等為主,年日照時數(shù)2 076.9 h,≥10 ℃年積溫2 835~2 894 ℃,日平均氣溫8.3~9.3 ℃,年平均降水量515~584 mm,年無霜期160~180 d。監(jiān)測點地處清水縣永清鎮(zhèn)暖灣村,距清水縣城9 km,地理坐標為34°42′50″N、106°15′42″E。

        監(jiān)測點自2012年運行以來,獲得了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過對同一坡度不同植被措施的標準徑流小區(qū)的蓄水保土效應(yīng)進行觀測,希望能為寧南隴東丘陵溝壑區(qū)水土流失治理措施和蓄水保土效益的確定提供數(shù)據(jù)支持。

        1 監(jiān)測點徑流小區(qū)布設(shè)

        監(jiān)測點徑流小區(qū)于2008年完成初步設(shè)計,2011年底竣工,布設(shè)基本思路是對相同坡度不同植被措施下標準徑流小區(qū)的蓄水保土效應(yīng)進行觀測。小區(qū)投影坡長20 m、寬度5 m、面積100 m2,坡度15°。在每個小區(qū)下建集流池3個,規(guī)格為1 m×1 m×1.5 m,集流池之間用分流槽連通。其中:1#小區(qū)為人工草小區(qū),種植三葉草;2#小區(qū)為灌喬混交小區(qū),種植紅葉李、連翹;3#小區(qū)為裸地小區(qū)(對照),原坡面;4#小區(qū)為灌木小區(qū),栽植連翹;5#小區(qū)為喬木小區(qū),種植紅葉李。監(jiān)測點還建有自動氣象站1座,與小區(qū)同步建成,配備雨量筒等觀測設(shè)備。

        2 監(jiān)測內(nèi)容

        監(jiān)測點主要是運用多種技術(shù)手段對水土流失的成因、數(shù)量、強度、影響范圍、危害及其防治成效等進行動態(tài)監(jiān)測與評價。主要監(jiān)測內(nèi)容有氣象因子(降水)、徑流泥沙、田間管理、土壤含水量和植被覆蓋度/郁閉度等,其中降水為全年觀測,土壤含水量和植被覆蓋度觀測期為4—10月,徑流泥沙為汛期觀測。

        (1)氣象因子。采用自動氣象站進行監(jiān)測,監(jiān)測內(nèi)容包括風向、風速、大氣溫度、大氣壓力、大氣濕度、總輻射量、土壤水分、地溫、降雨量等。采用架設(shè)于氣象站之上的大氣溫度、濕度傳感器監(jiān)測氣溫及濕度,采用風向傳感器監(jiān)測風速及風向,采用總輻射傳感器監(jiān)測輻射數(shù)據(jù),采用埋于地下的土壤溫濕度傳感器監(jiān)測土壤溫度及濕度。監(jiān)測人員定期從數(shù)據(jù)采集器下載數(shù)據(jù)并進行整理,監(jiān)測系統(tǒng)會自動生成氣象日報表、月報表及年報表。

        采用翻斗式數(shù)字雨量計進行降雨量監(jiān)測,設(shè)定數(shù)據(jù)采集時間間隔為5 min,根據(jù)選定時間間隔記錄該段時間內(nèi)的累積雨量。監(jiān)測人員定期從數(shù)據(jù)采集器下載數(shù)據(jù),摘錄降雨過程、次雨量和日雨量,每次降雨后及時觀測是否產(chǎn)流。

        (2)徑流泥沙監(jiān)測。徑流泥沙監(jiān)測依照操作規(guī)范人工取樣,采用比重瓶置換法進行樣品處理。采用分流池對徑流小區(qū)徑流量、泥沙量數(shù)據(jù)進行觀測和采集。每次降雨產(chǎn)生的地表徑流終止后,將鋼尺垂直放入池中,讀取水面處刻度值,每個集流池在不同位置測量水深3次,將數(shù)值填入徑流泥沙采樣記錄表。測完水深后,充分攪拌集流池的蓄水,使泥沙與水混合均勻,取渾水水樣裝入比重瓶中,稱量得到徑流含沙量,通過換算折合成單位面積的產(chǎn)沙量,即為該次降雨所產(chǎn)生的土壤流失量。

        (3)田間管理。對裸地小區(qū)按照本地的翻耕季節(jié)和習慣進行人工翻地、耙平,保證全年沒有植物生長和結(jié)皮形成,經(jīng)常除草保持植被覆蓋度小于5%。其他小區(qū)按照本地管理方式進行管護,平均每年進行田間管理9次,使植被覆蓋度符合規(guī)定要求。

        (4)土壤含水量。在土壤深度5 cm處,采用土壤水分速測儀器進行土壤含水量監(jiān)測,觀測期為4—10月,觀測間隔為15天,產(chǎn)流后加測,觀測位置為小區(qū)中部。

        (5)植被覆蓋度。以每年4—6月為觀測期,采用目估法進行植被覆蓋度觀測,觀測間隔為15天。

        3 監(jiān)測結(jié)果

        2017年共觀測到降雨69場,年降雨量329.6 mm,其中侵蝕性降雨4場,侵蝕性降雨量98.2 mm,占年降雨量的29.79%;8月20日發(fā)生最大日降雨及最大次降雨,降雨量38.8 mm,降雨歷時210 min;8月份降雨量最大,月降雨量123.4 mm;全年共計產(chǎn)流4次,降雨侵蝕力548.6 MJ·mm/(hm2·h·a)。根據(jù)降雨過程摘錄表,采用降雨侵蝕力計算軟件,計算降雨歷時、降雨侵蝕力及時段雨強、雨量等。

        2018年觀測到降雨92天、82場,年降雨量499.4 mm,其中侵蝕性降雨9場,侵蝕性降雨量291.8 mm,占年降雨量的58.43%,汛期降雨量465.6 mm,占年降雨量的93.23%;6月24日至26日發(fā)生最大次降雨,降雨量103.2 mm,降雨歷時2 590 min;6月25日發(fā)生最大日降雨,降雨量86.6 mm;6月份降雨量最大,月降雨量155.2 mm;降雨侵蝕力949.1 MJ·mm/(hm2·h·a)。

        2019年共降雨116天、98場,年降雨量791.8 mm,其中侵蝕性降雨8場,侵蝕性降雨量393.8 mm,占年降雨量的49.73%,汛期降雨量692.8 mm,占年降雨量的87.50%;9月12日至13日發(fā)生最大次降雨,降雨量63.6 mm,降雨歷時1 785 min;8月20日發(fā)生最大日降雨,降雨量62.4 mm;8月降雨量最大,月降雨量157.6 mm;降雨侵蝕力1 264.4 MJ·mm/(hm2·h·a)。

        4 結(jié)果分析

        2017—2019年各小區(qū)徑流深、徑流系數(shù)、土壤流失量、雨前土壤含水量、雨后土壤含水量監(jiān)測結(jié)果見表1。根據(jù)2017—2019年監(jiān)測結(jié)果,相比3#裸地小區(qū),1#人工草、2#灌喬混交、4#灌木、5#喬木小區(qū)徑流深、徑流系數(shù)、土壤流失量均有明顯減少,減少比例都在50%以上,尤其土壤流失量減少最為明顯,減少比例為82.58%~99.46%;雨前土壤含水量都所增加,增加比例為0.86%~16.31%,雨后土壤含水量則基本沒有明顯變化。

        表1 2017—2019年各小區(qū)主要監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

        對各小區(qū)土壤流失量變化進行分析:2017—2019年,相比3#小區(qū),1#、2#、4#、5#小區(qū)土壤流失量均有明顯減少,歷年各小區(qū)減少比例都在80%以上,尤其隨著時間的延續(xù),各小區(qū)植被覆蓋度增加,攔蓄能力也有增大的趨勢。除2018年1#、2#小區(qū)因管理不善,出現(xiàn)中華鼴鼠危害草根,造成了泥沙含量偏高外,其他年份各小區(qū)保持土壤效果均較好,灌、喬、草都能有效減少水土流失。

        5 結(jié) 語

        監(jiān)測點自2012年運行以來,在水利部水土保持監(jiān)測中心和黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心、甘肅省水土保持監(jiān)測總站的指導下,運行較好,通過小區(qū)監(jiān)測掌握了大量數(shù)據(jù)。今后監(jiān)測點將在充分利用監(jiān)測點周邊植被類型多樣、地質(zhì)地貌復雜的優(yōu)勢,開展不同植被類型及坡度的水土流失對比性監(jiān)測的基礎(chǔ)上,充分利用監(jiān)測點位于湯峪河河口的區(qū)位優(yōu)勢,爭取擴建為流域卡口站,并加強監(jiān)測成果的研究應(yīng)用和轉(zhuǎn)化,希望能為寧南隴東丘陵溝壑區(qū)水土保持、生態(tài)文明建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。

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