安家沟流域坡沟系统坡面径流泥沙特征的研究

曲富荣

摘 要：该文以黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区安家沟流域为研究对象，采用1986—2011年坡沟系统地表径流和产沙量指标数据，研究不同土地利用条件下地表产流产沙特性，并分析了时间尺度上地表径流与产沙变化特征。结果表明：不同土地利用类型条件下径流量、产沙量的均值存在差异，且呈现规律性，即在同等降雨条件下灌木小区径流量和产沙量均最小，坡耕地径流量和产沙量均最大；不同土地利用类型小区产流、产沙次数均为坡耕地>人工草地>乔木林地>荒草地>灌木林地；模拟研究时间段内径流量变化趋势结果表明，在时间尺度上，径流量和产沙量变化均呈现y=ax+b（a<0）线性关系，尤其灌木林地的斜率最大。

关键词：径流量；产沙量；土地利用类型；黄土丘陵沟壑区；安家沟流域

中图分类号 S157.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）10-0148-03

Abstract：Taking the hill-gully Loess PlateauⅤ deputy district as the object， using runoff and sediment yield index data of 1986-2011 in slope gully system，this paper have studied surface characteristic of the runoff and sediment yield in different vegetation conditions. And it analyzed changes the surface runoff and sediment yield changes on time scale. The results are as follows.F test value of the runoff and sediment yield were greater than 1， the value of significance level is less than 0.05. The maximum times of production sand is 130 times for farmland，artificial grass is less.The minimum scrubland is only 35 times. Runoff and sediment yield of the slope are less than 0（a<0）， especially the shrub land slope is the largest.

Key words：Surface runoff；Sediment yield；Vegetation types；The hill-gully Loess Plateau；Anjiagou River Basin

黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区地表植被稀疏，降水分配不均，黄土质地疏松且垂直节理发育，地质、气候、植被条件导致坡沟系统成为侵蚀产沙的主要源地。因此，对沟坡侵蚀现象与规律的探究是黄土高原地区生态环境治理的重要课题，尤其是对坡沟系统坡面径流及产沙特征的研究，可以为调整土地利用结构、制定沟道治理措施、控制流域水土流失等提供参考依据[1]。但是，目前關于黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区坡沟系统侵蚀规律的研究多集中于一年内不同植被类型[2]、模拟降水[2-3]、施肥水平[4]、耕作措施[5]等的坡面产流产沙试验，而对长时间序列的不同土地利用类型坡面径流泥沙特征的文献成果较少。鉴于上述情况，本研究以定西市安家沟流域为例，根据1986—2011年该流域试验小区坡面产流产沙数据，探讨土地利用类型对坡面产流产沙量的影响及其时间尺度演变特征，以期为黄土高原地区植被恢复和水土流失治理提供参考。

1 试验小区布设

选择位于黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区的定西市凤翔镇安家沟流域作为试验样区。安家沟流域是黄河流域祖厉河水系关川河的一条小支沟，地理位置介于E104°38′13″～104°40′25″、N35°33′02″～35°35′29″，流域面积98.56km2，海拔1900～2250m，平均坡降86‰，属中温带半干旱气候区，年均气温6.3℃，年均降水量427mm，降水量少且年际年内分布不均，60%以上的降水出现在7—9月份，且多以暴雨形式出现，土壤类型以黄绵土和沟道盐渍土为主，土质疏松，湿陷性强，垂直节理发育，极易发生水土流失。

目前，在安家沟流域建有定西市水土保持科学研究所科学研究基地。该基地布设的流域综合典型监测站由控制站、气象园、径流小区3个部分组成，即在流域出口处设控制断面1处，在流域中心地带建有常规观测气象园1处、径流小区15个。径流小区有5种土地利用类型、3个坡度，各小区特征值见表1。

2 试验数据

利用地面气象观测站、自记雨量计和人工雨量计测定降雨量和降雨过程。降雨后测定各径流小区径流、泥沙量。降雨产流后，先在集水池中用体积法求得径流量。之后，将集水池中的水和泥沙充分搅匀，取一定体积的水样带回实验室，静置、过滤、烘干、称量，测定泥沙量。采用SPSS 16.0统计软件进行数据分析，用EXCEL 2010进行数据统计。本研究所需1986—2011年各径流小区水沙观测资料及小流域卡口站径流观测资料均由定西市水土保持科学研究所提供。

3 结果与分析

3.1 不同土地利用类型的小区产流产沙量 根据观测结果，不同土地利用类型条件下，坡面平均径流量与平均含沙量变化依次为坡耕地>人工草地>荒草地>乔木林地>灌木林地（表1）。利用SPSS16.0，结合试验数据，对不同土地利用类型下的产流量、产沙量进行单因素方差分析：土地利用类型与径流量、产沙量的F检验值均大于1，说明组间方差大于组内方差；显著性水平P值小于0.05，即认为不同土地利用类型条件下径流量、产沙量的均值存在差异。

3.2 不同土地利用类型小区产流产沙次数 对各小区产流、产沙次数进行统计分析（图1）。统计结果显示，1986—2011年不同土地利用类型的小区累计产流、产沙次数存在一定差异，但排序均为坡耕地>人工草地>乔木林地>荒草地>灌木林地。坡耕地、人工草地、乔木林地平均产流次数较多，依次为154、136、121次，高于灌木林地（65次）和荒草地（103次）；坡耕地平均产沙次数量最多，为130次，之后为乔木林地和荒草地，分别为87次和71次，灌木林地平均产沙次数最少，仅为35次。上述结果表明，小流域缓坡范围内不同土地利用类型径流小区水土保持效果差异显著，适生灌木和天然植被有利于保持水土，而人工种植的一年生草本植物因阶段性扰动地表，加剧了季节性土壤侵蚀[2-3，6]，造成了大量的水土流失。

3.3 不同土地利用類型小区多年产流量、产沙量 1986—2011年不同土地利用类型小区径流总量和年平均径流量、产沙总量和年平均产沙量大小排序均为坡耕地>人工草地>乔木林地>荒草地>灌木林地（表2），即坡耕地最大、灌木林地最小。不同土地利用类型中灌木林地的减流效果最为明显，较同期坡耕地径流总量减少了71.2%；荒草地次之，较同期坡耕地减少了47.3%，乔木林地和人工草地减流效果不太明显，仅较同期坡耕地减少了19.7%和7.6%。与坡耕地相比，灌木林地、荒草地、乔木林地、人工草地土壤产沙总量分别减少了93.8%、89.1%、72.1%、42.2%，减沙幅度大于减流幅度，尤其灌木林地减蚀效果最为明显（表2）。针对不同土地利用类型，模拟研究时间段内径流量变化趋势。随着时间推移，径流量和产沙量变化均呈y=ax+b（a<0）线性关系，其中灌木林地的斜率最大（表3）。结果表明，在黄土丘陵沟壑区第五副区生态建设过程中把坡耕地退耕为林地或草地有助于恢复脆弱的生态植被、减少土壤侵蚀。

4 结论

对位于黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区的定西市凤翔镇安家沟流域不同土地利用类型径流小区产流产沙量的试验结果表明：（1）不同土地利用类型小区径流量、产沙量存在明显差异，且呈现规律性，即在同等降雨条件下灌木小区径流量和产沙量均最小，坡耕地径流量和产沙量均最大。（2）不同土地利用类型小区产流、产沙次数均为坡耕地>人工草地>乔木林地>荒草地>灌木林地。（3）为研究各小区多年产流产沙量，对比1986—2011年不同土地利用类型的小区径流总量和年平均径流量、产沙总量和年平均产沙量，均为坡耕地>人工草地>乔木林地>荒草地>灌木林地。模拟研究时间段内径流量变化趋势结果表明，径流量和产沙量变化均呈y=ax+b（a<0）线性关系，尤其灌木林地的斜率最大。在黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区水土流失防治中需要加大土地利用结构的调整，尤其针对灌木林地水土流失防治效益突出的特点，加大坡耕地退耕向林地或草地的转换，利用适生灌木和天然恢复当地生态环境。

参考文献

[1]信忠保，许炯心，余新晓.近50年黄土高原水土流失的时空变化[J].生态学报，2009，29（3）：1130-1139.

[2]罗娅，杨胜天，刘晓燕，等.黄土高原次降雨径流产沙变化及其与雨强和植被盖度变化的相关性[J].干旱区研究，2015，32（4）：698-709.

[3]李广，黄高宝.雨强和土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响[J].农业工程学报，2009，25（11）：85-90.

[4]唐佐芯，王建文，王克勤.不同施肥水平下植草对坡地径流氮素流失的调控作用[J].水土保持学报，2012，26（1）：12-16.

[5]王海斌.不同水土保持措施下径流小区降雨与产流产沙关系研究[J].水土保持研究，2011，18（5）：63-66.

[6]艾宁，魏天兴，朱清科.陕北黄土高原不同植被类型下降雨对坡面径流侵蚀产沙的影响[J].水土保持学报，2013，27（2）：26-30.

（责编：张宏民）