劉 燕，周建海

(甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730020)

1 引言

隨著用水壓力與日俱增，雨水資源利用越來越受到人們的重視，特別是在人口快速增長、水資源緊缺的城市，多種雨水資源利用的技術(shù)和方式被開發(fā)和應(yīng)用[1～3]。以徑、集、滲、儲、蓄、凈為一體的海綿城市雨水生態(tài)系統(tǒng)，在很多城市陸續(xù)建成[4～6]。在水土流失非常嚴(yán)重的西北黃土高原區(qū)，雨水資源利用更為重要，有研究表明，通過調(diào)整植被類型，雨水資源可基本滿足植被恢復(fù)耗水需求，這在一定程度上緩解了水資源的供需矛盾[7]。充分利用雨水資源對干旱的西北黃土高原區(qū)具有非常重要的意義[8]，一些學(xué)者對黃土高原區(qū)不同類型的雨水資源利用進(jìn)行了研究，比如，周媚芳對梯田果園集水補(bǔ)灌技術(shù)進(jìn)行試驗研究，可提升果園雨水利用效率9.7%～19.7%[9]。余海龍等[10]在闡述雨水資源利用各階段技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了雨水資源利用對區(qū)域水土保持的意義。高學(xué)睿等[11]利用基于分布式水文模擬技術(shù)的雨水資源潛力模型，對當(dāng)?shù)氐挠晁Y源化潛力進(jìn)行評價，雨水資源可以基本滿足區(qū)域植被恢復(fù)的用水需求。趙旗[12]構(gòu)建SWAT分布式水文模型定量評估研究區(qū)雨水資源化潛力，分析了未來研究區(qū)雨水資源化潛力的時空演變趨勢。一些學(xué)者對棄土場水土保持工程進(jìn)行了研究，比如，楊世君等提出棄土場邊坡柔性生態(tài)修復(fù)技術(shù)，為黃土高原棄土場水土流失治理提供了更多選擇[13]。然而，擋水埂作為棄土場常見的水土保持措施，關(guān)于擋水埂對棄土場雨水資源利用影響的研究，目前還沒有系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識。

鑒于此，本文以“中蘭客專”的3個棄土場為研究對象，每個棄土場選擇一定數(shù)量的樣地，測定雨季前后擋水埂內(nèi)和擋水埂上土壤含水率，分析擋水埂對工程建設(shè)項目棄土場雨水利用的影響，以期為研究區(qū)的棄土場水土流失治理提供參考。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

“中蘭客?！?銀蘭高鐵中衛(wèi)-蘭州段)沿線屬于以中度水力侵蝕為主、兼具輕度風(fēng)力侵蝕的西北黃土高原區(qū)，原地表平均土壤侵蝕模數(shù)約為3000 t/(km2·a)。線路所經(jīng)白銀市的靖遠(yuǎn)縣、蘭州市的西固區(qū)和七里河區(qū)屬于甘青寧黃土丘陵國家級水土流失重點治理區(qū)；白銀市的白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)和蘭州市的皋蘭縣、蘭州新區(qū)、永登縣、西固區(qū)、七里河區(qū)屬甘肅省水土流失重點治理區(qū)。沿線地貌類型主要為中低山丘陵區(qū)，土壤類型主要為黃綿土、灰鈣土和黑爐土[14]。植被類型為溫帶荒漠植被，沿線河流屬于黃河流域[15]。項目區(qū)地處中溫帶干旱和半干旱氣候區(qū)，年平均氣溫7.4～9.5 ℃，年降水量176.5～319.6 mm，年平均蒸發(fā)量1457.7～1974.2 mm；年平均風(fēng)速0.9～2.4 m/s[16]。

2.2 試驗設(shè)計

經(jīng)野外調(diào)研和篩選，在“中蘭客?！毖鼐€選取3個棄土場進(jìn)行土壤含水率的測定，分別是區(qū)間路基52#棄土場、雙廟溝棄土場和白銀南4號棄土場。使用土壤水分速測儀測定擋水埂內(nèi)和擋水埂上0～15 cm土層的土壤含水率，每塊樣地均勻布設(shè)10個采樣點，每個采樣點進(jìn)行3次測量后取平均值，得到每塊樣地的0～15 cm土層的土壤含水率。研究區(qū)的降雨主要集中在6～8月份，分別在2021年4月底和8月底進(jìn)行土壤含水率的測定，得出研究區(qū)雨季前后擋水埂內(nèi)和擋水埂上的0～15 cm土層的土壤含水率。

2.3 數(shù)據(jù)處理

對每塊樣地的10個采樣點實測土壤含水率取平均值，計算雨季后相比雨季前擋水埂內(nèi)0～15 cm土層土壤含水率的增長率。分別計算雨季前后擋水埂內(nèi)相比擋水埂上0～15 cm土層土壤含水率的增長率，分析擋水埂對棄土場土壤含水率的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 雨季前后棄土場土壤含水率變化

3.1.1 區(qū)間路基52#棄土場雨季前后土壤含水率變化

區(qū)間路基52#棄土場的整治時間是2018年11月份到2020年5月份，田塊12 m×12 m，擋水埂寬40 cm，高20 cm。選擇8塊樣地進(jìn)行0～15 cm土層土壤含水率測定，標(biāo)號為樣地A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。使用土壤水分速測儀，每塊樣地均勻布設(shè)10個采樣點，每個采樣點進(jìn)行3次測量后取平均值，分別計算這8塊樣地雨季前后擋水埂內(nèi)0～15 cm土層土壤含水率的增長率，計算結(jié)果如表1所示，區(qū)間路基52#棄土場8塊樣地的土壤含水率均在雨季后大幅增長，增長率在71.96%～125.21%，增長幅度較高。

表1 區(qū)間路基52#棄土場雨季前后0～15 cm土層土壤含水率 %

3.1.2 雙廟溝棄土場雨季前后土壤含水率變化

雙廟溝棄土場的整治時間是2018年11月到2019年10月份，田塊12 m×12 m，擋水埂寬50 cm，高20 cm。選擇4塊樣地進(jìn)行土壤含水率測定，標(biāo)號為樣地B1、B2、B3、B4。使用土壤水分速測儀，每塊樣地均勻布設(shè)10個采樣點，每個采樣點進(jìn)行3次測量后取平均值，分別計算這4塊樣地雨季前后擋水埂內(nèi)0～15 cm土層土壤含水率的增長率，計算結(jié)果如表2所示，雙廟溝棄土場4塊樣地的土壤含水率均在雨季后大幅增長，增長率在88.28%～110.99%，增長幅度較高。

3.1.3 白銀南4#棄土場雨季前后土壤含水率變化

白銀南4號棄土場的整治時間是2019年10月份到2020年6月份，田塊10 m×10 m，擋水埂呈梯形狀，上底寬30 cm，下底寬50 cm，高30 cm。選擇4塊樣地進(jìn)行土壤含水率測定，標(biāo)號為樣地C1、C2、C3、C4。使用土壤水分速測儀，每塊樣地均勻布設(shè)10個采樣點，每個采樣點進(jìn)行3次測量后取平均值，分別計算這4塊樣地雨季前后擋水埂內(nèi)0～15 cm土層土壤含水率的增長率，計算結(jié)果如表3所示，白銀南4#棄土場4塊樣地的土壤含水率均在雨季后大幅增長，增長率在91.92%～128.72%，增長幅度較高。

表2 雙廟溝棄土場雨季前后0～15 cm土層土壤含水率 %

表3 白銀南4#棄土場雨季前后0～15 cm土層土壤含水率 %

以上3個棄土場所有樣地的擋水埂內(nèi)0～15 cm土層土壤含水率均在雨季后大幅增長，說明雨水資源對于研究區(qū)棄土場有非常重要的意義，在干旱的西北黃土高原區(qū)，利用雨水資源對于棄土場水土流失防治是非常必要的，良好的水源涵養(yǎng)能力也為棄土場配套的植物措施提供更好的生長條件。另外，區(qū)間路基52#棄土場和雙廟溝棄土場的田塊規(guī)格和擋水埂高度均相同，只有擋水埂的寬度不同，雨季后土壤含水率的增長率沒有顯著差別，白銀南4#棄土場的田塊規(guī)格和擋水埂形狀均與前述2個不同，但雨季后土壤含水率的增長率亦沒有顯著差別。

3.2 擋水埂對棄土場土壤含水率的影響

3.2.1 擋水埂對區(qū)間路基52#棄土場土壤含水率的影響

選擇的8塊樣地與前述測量擋水埂內(nèi)土壤含水率相同，分別測量這8塊樣地雨季前后擋水埂埂上土壤含水率，并計算雨季前后擋水埂內(nèi)土壤含水率相比擋水埂上土壤含水率的增長率，結(jié)果見表4。雨季前區(qū)間路基52#棄土場擋水埂內(nèi)相比擋水埂上土壤含水率的變化幅度不大，增長率為-5.70%～2.99%，說明雨季前擋水埂內(nèi)和擋水埂上的土壤含水率沒有明顯差異。雨季后區(qū)間路基52#棄土場擋水埂內(nèi)相比擋水埂上土壤含水率的變化幅度較大，增長率為8.07%～13.67%。

表4 區(qū)間路基52#棄土場雨季前后擋水埂上0～15 cm土層土壤含水率 %

3.2.2 擋水埂對雙廟溝棄土場土壤含水率的影響

選擇的4塊樣地與前述測量擋水埂內(nèi)土壤含水率相同，分別測量這4塊樣地雨季前后擋水埂埂上土壤含水率，并計算雨季前后擋水埂內(nèi)土壤含水率相比擋水埂上土壤含水率的增長率，結(jié)果見表5。雨季前雙廟溝棄土場擋水埂內(nèi)相比擋水埂上土壤含水率的變化幅度不大，增長率為-2.60%～4.19%，說明雨季前擋水埂內(nèi)和擋水埂上的土壤含水率沒有明顯差異。雨季后雙廟溝棄土場擋水埂內(nèi)相比擋水埂上土壤含水率的變化幅度較大，增長率為8.70%～12.52%。

表5 雙廟溝棄土場雨季前后擋水埂上0～15 cm土層土壤含水率 %

3.2.3 擋水埂對白銀南4#棄土場土壤含水率的影響

選擇的4塊樣地與前述測量擋水埂內(nèi)土壤含水率相同，分別測量這4塊樣地雨季前后擋水埂埂上土壤含水率，并計算雨季前后擋水埂內(nèi)土壤含水率相比擋水埂上土壤含水率的增長率，結(jié)果見表6。雨季前雙廟溝棄土場擋水埂內(nèi)相比擋水埂上土壤含水率的變化幅度不大，增長率為-1.49%～2.63%，說明雨季前擋水埂內(nèi)和擋水埂上的土壤含水率沒有明顯差異。雨季后雙廟溝棄土場擋水埂內(nèi)相比擋水埂上土壤含水率的變化幅度較大，增長率為9.00%～12.05%。

表6 白銀南4#棄土場雨季前后擋水埂上0～15 cm土層土壤含水率 %

以上3個棄土場所有樣地?fù)跛?nèi)相比擋水埂上的0～15 cm土層土壤含水率，雨季前沒有顯著差異，雨季后增長率較高，說明擋水埂可以有效地利用雨水資源，對防治水土流失有非常重要的意義。另外，擋水埂蓄集雨水為棄土場的植物措施補(bǔ)充水分，有利于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)。擋水埂施工簡便，建設(shè)成本較低，是一種性價比較高的水土保持工程措施。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)所有樣地的擋水埂內(nèi)0～15 cm土層土壤含水率均在雨季后大幅增長，增長幅度高達(dá)71.96%～128.72%，對于干旱半干旱地區(qū)的建設(shè)工程項目棄土場整治，有效地利用雨水資源對于棄土場水土流失防治是非常必要的。

(2)研究區(qū)所有樣地?fù)跛?nèi)相比擋水埂上的0～15 cm土層土壤含水率，雨季前沒有顯著差異，雨季后增長率較高，增幅為8.07%～13.67%，擋水埂對棄土場雨水資源利用具有積極的作用，良好的涵養(yǎng)水源為植被恢復(fù)提供有利條件。

相關(guān)結(jié)果可為西北黃土高原區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項目棄土場水土流失防治提供參考，今后將進(jìn)一步加強(qiáng)不同深度不同季節(jié)的棄土場土壤水分對雨水的響應(yīng)機(jī)制，深化對棄土場水土流失防治技術(shù)的認(rèn)識。