關(guān)鍵詞：土壤侵蝕；徑流場(chǎng)；降雨類(lèi)型；徑流系數(shù)；土壤侵蝕模數(shù)；黃丘一副區(qū)；黃土高原

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｓ１５７．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０２４

引用格式：侯芳，李平，馬三保．黃丘一副區(qū)水土流失對(duì)不同雨型的響應(yīng)［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：１１９－１２２．

黃河是我國(guó)泥沙含量最高的河流，其水沙來(lái)源及變化一直是研究熱點(diǎn)［１－２］ 。進(jìn)入２１ 世紀(jì)以來(lái)，黃河水沙量銳減，進(jìn)一步引起了廣泛關(guān)注和深入研究［３－６］ 。許多水土流失規(guī)律研究是基于實(shí)驗(yàn)室人工模擬降雨和單一地形進(jìn)行的，但人工模擬降雨不能完全代表自然狀態(tài)下的降雨、單一地形很難反映復(fù)雜的下墊面條件，而基于野外自然條件下不同尺度小區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)的研究較少。本文基于黃土高原黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)黃丘一副區(qū)）橋溝小流域不同尺度的徑流泥沙觀測(cè)站和大型坡面徑流場(chǎng)長(zhǎng)序列（１９９０—２００９ 年）監(jiān)測(cè)資料，分析了不同空間尺度坡面和小流域水土流失對(duì)不同雨型的響應(yīng)情況，以期為該區(qū)水土流失治理措施配置及相關(guān)研究提供參考。

１研究區(qū)及徑流場(chǎng)布設(shè)概況

１．１研究區(qū)概況

黃丘一副區(qū)地形破碎、溝壑密度大，是黃土高原嚴(yán)重水土流失區(qū)。橋溝小流域位于陜西省綏德縣，屬無(wú)定河左岸裴家峁流域，是黃丘一副區(qū)的一條典型小流域，流域面積０．４５ ｋｍ^２，主溝道長(zhǎng)１．４ ｋｍ、平均比降為１．１１％，流域平均寬０．３２ ｋｍ，不對(duì)稱(chēng)系數(shù)０．２３，溝壑密度５．４ ｋｍ／ ｋｍ^２，海拔８２０～１ １８０ ｍ。流域內(nèi)多年平均降水量為５００ ｍｍ 左右，降水量年際變化較大、年內(nèi)分配不均（主要集中在６—９ 月，且多以暴雨形式出現(xiàn)）。

２００２ 年以前，流域內(nèi)延續(xù)農(nóng)耕傳統(tǒng)，在各地貌類(lèi)型開(kāi)展適宜的農(nóng)作物種植，梁峁坡以耕地為主，溝坡溝道為荒地；２００３ 年以后，隨著退耕還林還草工程的實(shí)施，土地利用發(fā)生較大變化（見(jiàn)表１），梁峁坡及部分溝床變?yōu)閱坦嗄玖只蛉斯げ莸?，流域植被覆蓋度提升，土壤侵蝕得到有效控制。本文根據(jù)收集的徑流泥沙數(shù)據(jù)序列（１９９０—２００９ 年）和流域植被覆蓋度變化情況等，將研究時(shí)段分為１９９０—２００２ 年（稱(chēng)為自然侵蝕期）和２００３—２００９ 年（稱(chēng)為植被恢復(fù)期）兩個(gè)時(shí)期。

１．２水土流失觀測(cè)設(shè)施布設(shè)概況

橋溝小流域內(nèi)有一支溝、二支溝兩條支溝（流域面積分別為６．９、９．３ ｈｍ^２），黃委綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站自１９８６ 年開(kāi)始把該流域作為野外原型試驗(yàn)流域，在橋溝、一支溝、二支溝溝口分別設(shè)置了徑流泥沙觀測(cè)站，在主溝道左岸山坡集中平行布置了８ 個(gè)大型徑流場(chǎng)（見(jiàn)圖１），徑流場(chǎng)之間用混凝土預(yù)制板相隔，每個(gè)徑流場(chǎng)的出口建分水箱和徑流池用于測(cè)量徑流量和產(chǎn)沙量。各徑流場(chǎng)峁邊線以上坡面在自然侵蝕期以坡耕地為主、在植被恢復(fù)期以草灌為主，其他情況見(jiàn)表２。此外，流域內(nèi)還設(shè)置有４ 個(gè)雨量站，其中４＃雨量站分布在徑流場(chǎng)南側(cè)附近，采用自記雨量計(jì)＋遙測(cè)雨量計(jì)對(duì)照觀測(cè)的方法，在１９９０—２００９ 年共取得１ ３７８ 次降雨數(shù)據(jù)。

２降雨聚類(lèi)分析

采用泰森多邊形法計(jì)算流域平均降雨量，采用Ｋ－均值聚類(lèi)法和ＳＰＳＳ１３．０ 軟件對(duì)降雨進(jìn)行分類(lèi)，把方差具有顯著差異（顯著性水平＜０．０５）的分類(lèi)數(shù)據(jù)作為合理分類(lèi)結(jié)果。降雨侵蝕力Ｒ 表征降雨造成土壤侵蝕的潛在能力［７］ ，最大１０、３０、６０ ｍｉｎ 雨強(qiáng)中最大３０ ｍｉｎ雨強(qiáng)Ｉ_３０與土壤侵蝕量的相關(guān)性最強(qiáng)［８］ ，因此依據(jù)這２個(gè)指標(biāo)和降雨量Ｐ、降雨歷時(shí)Ｔ 進(jìn)行降雨聚類(lèi)分析，以徑流場(chǎng)附近的４＃雨量站自動(dòng)觀測(cè)的降雨數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行降雨分類(lèi)，把１ ３７８ 次降雨分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型３類(lèi)（見(jiàn)表３），其中：Ⅰ型降雨為大雨量、大雨強(qiáng)、低頻率、歷時(shí)中等的降雨，Ⅱ型降雨為小雨量、小雨強(qiáng)、高頻率、短歷時(shí)降雨，Ⅲ型降雨為中等雨量、中等雨強(qiáng)、中等頻率、長(zhǎng)歷時(shí)降雨。不同時(shí)期各類(lèi)降雨特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表４。

由表３、表４ 可知，Ⅰ型降雨侵蝕力遠(yuǎn)大于Ⅱ型和Ⅲ型的［其最大值出現(xiàn)在１９９４ 年，為８ １１４．７４ ＭＪ·ｍｍ／ （ｈｍ^２·ｈ）］，Ⅰ型降雨最大３０ ｍｉｎ 雨強(qiáng)也遠(yuǎn)大于Ⅱ型和Ⅲ型的（其最大值出現(xiàn)在１９９４ 年，為６６．７ ｍｍ／ ｈ）。

３土壤侵蝕對(duì)不同雨型的響應(yīng)

３．１不同時(shí)期的泥沙輸移比

泥沙輸移比反映流域土壤侵蝕過(guò)程中泥沙輸移情況，指某一斷面實(shí)測(cè)輸沙量與該斷面以上流域總侵蝕量之比。筆者提取了研究時(shí)段（１９９０—２００９ 年）橋溝小流域全面產(chǎn)流（各徑流場(chǎng)和各監(jiān)測(cè)斷面均發(fā)生洪水）的次降雨洪水觀測(cè)成果（其中１９９４ 年８ 月４ 日降雨為研究時(shí)段內(nèi)Ｐ、Ｉ_３０、Ｒ 均最大的Ⅰ型降雨，造成除橋溝、一支溝和６ 號(hào)徑流場(chǎng)測(cè)流設(shè)備完好外其他徑流場(chǎng)和二支溝測(cè)流設(shè)備被沖毀，因此本文未統(tǒng)計(jì)該年度８ 月４ 日以后的降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)）。依據(jù)全坡長(zhǎng)徑流場(chǎng)（６ 號(hào)徑流場(chǎng)）徑流泥沙觀測(cè)資料推算的土壤侵蝕模數(shù)和各監(jiān)測(cè)斷面（一支溝、二支溝、橋溝）控制流域面積，計(jì)算各監(jiān)測(cè)斷面控制流域的次降雨土壤侵蝕量，進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)的次降雨洪水泥沙輸移比：

Ｓ ＝ Ｙ ／ Ｄ

式中：Ｓ 為次降雨洪水泥沙輸移比；Ｙ 為流域出口斷面實(shí)測(cè)次降雨洪水輸沙量；Ｄ 為計(jì)算的次降雨土壤侵蝕量。

１９９０—２００９年觀測(cè)到橋溝全流域發(fā)生土壤侵蝕的泥沙輸移過(guò)程６０ 次，年均３ 次，其中：自然侵蝕期５５ 次，年均４．２ 次；植被恢復(fù)期５ 次，年均０．７ 次。按照上述方法計(jì)算的一支溝、二支溝、橋溝不同時(shí)期的泥沙輸移比見(jiàn)表５。自然侵蝕期３ 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面控制流域的泥沙輸移比分別為０．９９２、０．９９９、０．９７０，與龔時(shí)旸等［９－１０］ 研究所得天然下墊面小流域泥沙輸移比接近１的結(jié)論相符。植被恢復(fù)期３ 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面控制流域的泥沙輸移比分別為０．５４２、０．１０５、０．３６０，較自然侵蝕期明顯減小，尤其二支溝減幅達(dá)８９．５％，原因是退耕還林還草工程建設(shè)使橋溝小流域林草覆蓋率整體上由自然侵蝕期１０％提高到植被恢復(fù)期７０％，二支溝因梁峁坡（以耕地為主）占比較橋溝小流域其他區(qū)域高而退耕還林（草）后植被覆蓋度達(dá)９０％，有效控制了土壤侵蝕，但土壤侵蝕量仍以溝坡占比較大的全坡長(zhǎng)徑流場(chǎng)（６ 號(hào)徑流場(chǎng)，梁峁坡在前后２ 個(gè)時(shí)期均為耕地）裸露下墊面為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果比實(shí)際土壤侵蝕量大，因而計(jì)算的泥沙輸移比明顯減小，這也反映出二支溝退耕還林（草）等措施的減沙效益顯著。

３．２各類(lèi)徑流場(chǎng)水土流失對(duì)不同雨型的響應(yīng)

基于１９９０—２００９ 年降雨、徑流、泥沙觀測(cè)資料計(jì)算的各徑流場(chǎng)（支溝）在３ 種雨型情況下的平均徑流系數(shù)和土壤侵蝕模數(shù)見(jiàn)表６。

由表６ 可知：各徑流場(chǎng)（支溝）Ⅰ型降雨的徑流系數(shù)顯著大于Ⅱ型降雨和Ⅲ型降雨的，其中６ 號(hào)徑流場(chǎng)Ⅰ型降雨的平均徑流系數(shù)達(dá)５４．２％，空間尺度相對(duì)較大且含各級(jí)溝道的一支溝、二支溝、橋溝發(fā)生３ 種雨型的徑流系數(shù)較８ 個(gè)坡面徑流場(chǎng)（空間尺度相對(duì)較小，除侵蝕溝外不含各級(jí)溝道）的徑流系數(shù)小得多，表明徑流主要產(chǎn)生于坡面。

同一空間尺度（徑流場(chǎng)或支溝）Ⅰ型降雨的土壤侵蝕模數(shù)顯著大于Ⅱ型降雨和Ⅲ型降雨的，Ⅱ型降雨與Ⅲ型降雨的土壤侵蝕模數(shù)相差較??；含峁邊線以下溝坡的橋溝、一支溝、二支溝、６～８ 號(hào)徑流場(chǎng)發(fā)生Ⅰ型降雨的土壤侵蝕模數(shù)顯著大于Ⅱ型和Ⅲ型降雨的，而峁邊線以上的１～５ 號(hào)徑流場(chǎng)發(fā)生３ 種雨型的土壤侵蝕模數(shù)均相對(duì)較小，表明峁邊線以下溝坡土壤侵蝕模數(shù)顯著大于峁邊線以上梁峁坡土壤侵蝕模數(shù)、Ⅰ型降雨是造成嚴(yán)重水土流失的主要雨型，即防治水土流失的重點(diǎn)是控制發(fā)生Ⅰ型降雨時(shí)峁邊線以下溝坡和溝道土壤侵蝕。

４結(jié)論

（１）退耕還林（草）等水土保持措施，使黃丘一副區(qū)植被覆蓋率顯著提高、坡面土壤侵蝕模數(shù)顯著減小。

（２）Ⅰ型降雨的徑流系數(shù)顯著大于Ⅱ型降雨和Ⅲ型降雨的，黃丘一副區(qū)降雨徑流主要產(chǎn)生于梁峁坡。

（３）Ⅰ型降雨土壤侵蝕模數(shù)顯著大于Ⅱ型降雨和Ⅲ型降雨的，峁邊線以下溝坡溝道土壤侵蝕模數(shù)顯著大于峁邊線以上梁峁坡土壤侵蝕模數(shù)，即防治水土流失的重點(diǎn)是控制發(fā)生Ⅰ型降雨時(shí)峁邊線以下溝坡溝道土壤侵蝕。

【責(zé)任編輯 張智民】