吳 丹 梁世興 王婭茹 郝金宏

（1.張家口市涿鹿林場(chǎng)，河北 張家口 075000；2.察哈爾烈士陵園管理處，河北 張家口 075000）

0 引言

桑干河位于河北省西北部永定河上游懷涿盆地，是海河的重要支流。桑干河流域地理位置特殊、生態(tài)區(qū)位重要，是建設(shè)首都水源涵養(yǎng)功能區(qū)和生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)的重要區(qū)域。在林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中，對(duì)于水土流失程度的預(yù)測(cè)是一項(xiàng)非常重要的工作，而只有做好水土保持的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)才能及時(shí)掌握水土流失的第一手資料。坡面徑流場(chǎng)是水土流失監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，坡面徑流場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求目的明確、監(jiān)測(cè)技術(shù)路線清晰、管理方便易行。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于張家口市涿鹿縣涿鹿林場(chǎng)寇家溝林區(qū)（東經(jīng)115°6′17.669″、北緯40°12′49.655″）及井溝林區(qū)（東經(jīng)115°15′23.27″、北緯40°11′19.686″）。涿鹿林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)總面積為5 415.22 hm2，寇家溝林區(qū)面積為1 533.33 hm2，井溝林區(qū)面積為734.67 hm2。兩個(gè)林區(qū)森林資源均以人工林為主，喬木林以油松為主，伴生華北落葉松、楊樹(shù)、樺樹(shù)、柞樹(shù)和椴樹(shù)等，灌木主要有山桃、山杏、虎榛、山刺玫、繡線菊和荊條等，草本主要有苔草、堿草、菊類等，森林覆被率70.2%。研究區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度9.1 ℃，無(wú)霜期140 d，光照充足，雨熱同期，晝夜溫差大，生長(zhǎng)季短，年平均降雨量385～600 mm，降雨分布不均，年際變化大。研究區(qū)土壤質(zhì)地多為壤土和砂壤土，有機(jī)質(zhì)含量較高。

2 徑流場(chǎng)建設(shè)

2.1 選址設(shè)計(jì)

徑流場(chǎng)的選址嚴(yán)格執(zhí)行《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL 277—2002），同時(shí)依據(jù)山體的自然坡勢(shì)建立在監(jiān)測(cè)區(qū)具有代表性的地段上，以充分反映監(jiān)測(cè)區(qū)水土流失的特征。所選地段山體坡面橫向相對(duì)平整，坡度和土壤條件均勻統(tǒng)一，徑流場(chǎng)內(nèi)坡面沒(méi)有陷穴和裂縫，可消除土壤、地形地貌等因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。

2.2 徑流場(chǎng)布設(shè)

該研究共設(shè)計(jì)徑流場(chǎng)6個(gè)，其中標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)5個(gè)、非標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)1個(gè)。在徑流場(chǎng)附近采用隨機(jī)布點(diǎn)的方式，選擇9棵樹(shù)，監(jiān)測(cè)其林內(nèi)降雨分配情況。

標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)號(hào)為1#、2#、4#、5#、6#，垂直投影長(zhǎng)10 m、寬5 m。其中，1#、2#徑流場(chǎng)位于井溝林區(qū)，坡向?yàn)闁|南，土壤類型為山地褐土，土層厚度40 cm，依照山體自然坡度30°建立。1#徑流場(chǎng)內(nèi)施工措施為按照2 m×3 m間距，采用翼式魚(yú)鱗坑方式整地，營(yíng)造油松、側(cè)柏、五角楓混交造林；2#徑流場(chǎng)是1#對(duì)照地，無(wú)任何施工措施，保持原始的地況地貌。4#、5#、6#徑流場(chǎng)位于寇家溝林區(qū)，依照山體自然坡度32°而建。4#徑流場(chǎng)為陽(yáng)坡荒地，無(wú)任何施工措施，保持原始地況地貌；5#徑流場(chǎng)施工措施為割（折）灌、剩余物清理、林下幼樹(shù)撫育；6#徑流場(chǎng)是5#對(duì)照地，無(wú)任何施工措施，保持原始地況地貌（見(jiàn)表1）。

非標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)地塊編號(hào)為3，位于寇家溝林區(qū)內(nèi)，為楊樹(shù)純林，依照山體自然坡度32°而建立，根據(jù)地勢(shì)情況徑流場(chǎng)垂直投影長(zhǎng)8 m、寬5 m，無(wú)任何施工措施，保持原始地況地貌（見(jiàn)表1）。

表1 徑流場(chǎng)布設(shè)情況

2.3 徑流場(chǎng)施工

徑流場(chǎng)邊界均采用工程木板圍埂，基礎(chǔ)埋深 30 cm，地面外露出工程木板高20 cm，并將工程木板圍埂內(nèi)外兩側(cè)土壤夯實(shí)。為防止場(chǎng)外降雨流入徑流場(chǎng)內(nèi)，在徑流場(chǎng)外圍設(shè)置排水溝，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。利用水泥漿和石頭等材料砌成導(dǎo)流槽，保證導(dǎo)流槽表面光滑，導(dǎo)流槽左右兩端與徑流場(chǎng)地表高度基本保持一致，再由左右兩端逐漸向下向中間傾斜，導(dǎo)流槽中間用聚氯乙烯集流管穿過(guò)厚30 cm的水泥漿石頭墻，用以連接徑流場(chǎng)與集流桶。集流桶與分流桶均利用聚氯乙烯圓桶，分流桶利用不銹鋼螺絲扣與集流桶連接，并用密封膠封邊保證雨水不外滲。溢流時(shí)雨水會(huì)從集流桶的中間孔流入分流桶中。分流桶與集流桶頂部均加蓋，并用塑料布包裹，用纖維繩捆綁，防止降雨直接落入桶內(nèi)影響徑流量監(jiān)測(cè)結(jié)果。井溝林區(qū)徑流場(chǎng)如圖1所示。

圖1 井溝林區(qū)徑流場(chǎng)

3 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)和方法

徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括降雨量、徑流量和產(chǎn)沙量。利用人工現(xiàn)地測(cè)量的方法進(jìn)行指標(biāo)測(cè)量。測(cè)量前準(zhǔn)備500、2 000 mL量筒各2個(gè)，500 mL取樣瓶若干及相關(guān)記錄工具。林外布設(shè)雨量筒監(jiān)測(cè)降雨量。考慮夏季天氣炎熱、易蒸發(fā)等因素，要求降雨后12 h內(nèi)必須完成取樣和監(jiān)測(cè)工作，以獲得原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)記錄均為人工記錄紙質(zhì)版。

3.2 產(chǎn)沙量監(jiān)測(cè)

充分?jǐn)噭?dòng)桶內(nèi)積水，使沉積的泥沙與水充分混合均勻，利用量筒取樣500 mL裝入取樣瓶?jī)?nèi)，并標(biāo)記好對(duì)應(yīng)的徑流場(chǎng)號(hào)及取樣日期。將取樣瓶中的雨水用濾紙過(guò)濾，再將濾紙和泥沙放在鋁盒內(nèi)放入烘箱烘干，烘箱溫度設(shè)為105 ℃，烘干至恒質(zhì)量，冷卻后稱質(zhì)量計(jì)算含沙量。含沙量計(jì)算公式為：

式（1）中：為含沙量，單位為kg/m；為電子天平秤出的泥沙質(zhì)量，單位為g。

侵蝕量計(jì)算公式為：

式（2）中：為場(chǎng)降雨侵蝕泥沙總質(zhì)量，單位為kg/hm；為場(chǎng)降雨的徑流量，單位為m。

3.3 徑流量監(jiān)測(cè)

用量筒測(cè)量集流桶與分流桶內(nèi)水量，填入對(duì)應(yīng)的記錄表內(nèi)，做好記錄。

4 結(jié)果與分析

2021年6月25日至8月22日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4.1 不同徑流場(chǎng)的徑流量分析

在場(chǎng)降雨量相同的條件下，1徑流場(chǎng)徑流量比2徑流場(chǎng)少，如7月13日、7月30日、8月22日，但6月25日出現(xiàn)相反的情況。其主要原因可能是6月25日為徑流場(chǎng)建好后的第1次監(jiān)測(cè)，雖然徑流場(chǎng)建設(shè)時(shí)盡可能保持原地貌不破壞，并在建設(shè)好后第3次降雨進(jìn)行第1次監(jiān)測(cè)，但仍可能存在土壤不夯實(shí)吸水嚴(yán)重的情況，導(dǎo)致1徑流場(chǎng)內(nèi)徑流量多于2徑流場(chǎng)內(nèi)徑流量。同時(shí)，結(jié)合多次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，每次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與表1記錄的數(shù)據(jù)基本一致，即經(jīng)過(guò)翼式魚(yú)鱗坑整地，營(yíng)造油松、側(cè)柏、五角楓混交林的徑流場(chǎng)，降雨后產(chǎn)生的徑流量較少，水土保持效果較好?？梢?jiàn)，營(yíng)造混交林在防治水土流失方面起著積極作用。

對(duì)3、4徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流量進(jìn)行比較，6月25日、7月13日純楊樹(shù)林產(chǎn)生的徑流量比陽(yáng)坡荒地多，而7月30日、8月22日反之。其原因可能是陽(yáng)坡荒地較純楊樹(shù)林光照多且地表裸露，陽(yáng)坡荒地較為干旱，故吸水快，導(dǎo)致徑流量少于純楊樹(shù)林；經(jīng)過(guò)幾次降雨后，陽(yáng)坡荒地干旱情況得到緩解，在這種情況下地表裸露，地表雨水流動(dòng)沒(méi)有阻力，而純楊樹(shù)林的林地上有3～5 cm厚的枯落物，枯落物吸收一部分雨水的同時(shí)會(huì)給地表雨水流動(dòng)形成阻力，延長(zhǎng)雨水滲透時(shí)間，使得更多的雨水被吸收。通過(guò)以上分析可以看出，林冠截留和林下枯枝落葉可以起到水土保持 的作用。

對(duì)5、6徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流量進(jìn)行比較，6月25日、7月13日、8月22日3次監(jiān)測(cè)結(jié)果均是經(jīng)過(guò)森林綜合撫育的徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流量多于沒(méi)有任何措施的徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流量。

4.2 不同徑流場(chǎng)的侵蝕泥沙量分析

在場(chǎng)降雨量相同的情況下，對(duì)1、2徑流場(chǎng)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)翼式魚(yú)鱗坑整地，營(yíng)造油松、側(cè)柏、五角楓混交林的徑流場(chǎng)比沒(méi)有采取水土保持措施的徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流量少。例如，7月13日1徑流場(chǎng)產(chǎn)生的侵蝕泥沙量為0.19 kg/hm，2徑流場(chǎng)為 0.66 kg/hm。這表明營(yíng)造油松、側(cè)柏、五角楓混交林起到了一定的水土保持的作用。3與4、5與6徑流場(chǎng)監(jiān)測(cè)的侵蝕泥沙量數(shù)據(jù)變化沒(méi)有明顯規(guī)律，需要繼續(xù)監(jiān)測(cè)、收集數(shù)據(jù)。

5 徑流場(chǎng)建設(shè)、監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議

在實(shí)際觀測(cè)中，因部分徑流場(chǎng)的坡面是經(jīng)過(guò)施工的，沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久撂荒，導(dǎo)致周邊地塊的地表地貌有差異。在這種情況下，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)會(huì)存在誤差，所以要盡量在保持徑流場(chǎng)無(wú)擾動(dòng)的情況下連續(xù)、多次收集降雨量、徑流量、侵蝕量等數(shù)據(jù)資料，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)和校正，進(jìn)一步進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。另外，此研究監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)條件較為單一，設(shè)備過(guò)于簡(jiǎn)單化，應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，以獲得更為科學(xué)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，應(yīng)開(kāi)展相關(guān)的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，使工作人員掌握最新的理念和技術(shù)，不斷提高工作人員的業(yè)務(wù)技能水平。

桑干河流域坡面徑流場(chǎng)的建成對(duì)該流域開(kāi)展水土保持工作具有重大的意義，希望能在此基礎(chǔ)上引入更好的試驗(yàn)項(xiàng)目及先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)施，做好桑干河流域水土保持工作。