水土保持植物措施對流域侵蝕模數(shù)的影響分析

文慧芳

【摘要】通過對邢臺市西部山區(qū)兩個徑流實驗站的不同時期降雨徑流及泥沙情況監(jiān)測，分析了流域植被對年輸沙模數(shù)、地表徑流含沙量以及次暴雨對輸沙模數(shù)的影響等，提出了搞好水土保持、增加流域植被的覆蓋率對涵養(yǎng)水源、控制土壤侵蝕具有重大意義。

【關(guān)鍵詞】水土保持植物措施；降水量；土壤侵蝕模數(shù)；含沙量

1. 研究區(qū)基本概況與植被情況

1.1研究區(qū)地理位置與基本概況。邢臺市位于河北省南部，東經(jīng)113°45ˊ至115 ° 50ˊ，北緯36 ° 45ˊ至37 ° 48ˊ之間。西靠太行山與山西接壤，東以衛(wèi)運(yùn)河為界與山東省毗鄰。北與石家莊、衡水、南與邯鄲市相連。本區(qū)地勢西高東低，以京廣線為界，西部為山區(qū)丘陵，東部為平原。西部山丘區(qū)面積3508Km2，約占全市總面積的28%，高程多在千米以下，平均坡度1/100左右，丘陵與平原間地形變化急劇，沒有明顯的緩沖地帶。

1.2研究區(qū)地質(zhì)地貌、土壤植被情況。

（1）中低山區(qū)巖性主要包括太古界古老變質(zhì)巖系，元古界淺變質(zhì)巖系和震旦紀(jì)石英砂巖系。丘陵和山前臺地區(qū)主要為下古界寒武系奧陶石灰?guī)r和上古界石碳二疊巖系，中生界三疊系、白堊系地層有零星分布。

（2）中低山區(qū)面積為2015.8Km2，海拔一般在500～1000m，最高山峰海拔為1820m。山脈連綿，河流蜿蜒。較大山川有沙河市渡口川；邢臺縣路羅川、漿水川、將軍墓川和宋家莊川；內(nèi)丘縣獐獏川；臨城縣郝莊川。該區(qū)土壤主要是片麻巖、花崗巖、頁巖、石灰?guī)r、坡積物和洪積物及黃土性母質(zhì)等。土壤類型為：山地生草甸棕壤土、褐土及草甸土，分布在邢臺縣、內(nèi)丘縣和臨城縣與山西省交界的高山區(qū)；山地褐土，沙河、邢臺、內(nèi)丘、臨城均有分布，在海拔1000m以下的黃土坡積物和洪積物上，土層明顯，保水保土能力較強(qiáng)。中低山區(qū)有林地598.7Km2，森林覆蓋率達(dá)29.9%，雜草茂密，植被率達(dá)60%～70%。

（3）丘陵區(qū)總面積為1313.8Km2，海拔為150～500m，地面起伏，沿河川兩岸分布有帶狀和裙?fàn)钜?、二級階地，沖溝較發(fā)育，水土流失嚴(yán)重。丘陵區(qū)土壤多發(fā)育在黃土性母質(zhì)上。土壤類型有：碳酸鹽褐土，此類土分布最廣，以內(nèi)丘縣、臨城縣覆蓋面積最大；淋溶褐土，分布在沙河市、邢臺縣的丘陵區(qū)。整個丘陵區(qū)的植被覆蓋較差，林草覆蓋率約為45%。

1.3流域降水特性分析。

（1）利用1956～2000年山區(qū)降雨量資料系列分析計算，邢臺市西部山區(qū)多年平均降水量594.5mm。對年降雨量系列進(jìn)行頻率計算，頻率曲線采用皮爾遜Ⅲ型曲線，頻率計算采用適線法。對于變差系數(shù)Cv值的確定，在適線中，對系列中出現(xiàn)的特大特小值，一般不做處理，由于年降水量相對穩(wěn)定。偏差系數(shù)Cs的取值一般用Cv/Cs值來反映。邢臺市西部山區(qū)不同頻率年降水量計算成果見表1。

（2）邢臺市西部山區(qū)降水量年際變化很大，且常有連續(xù)幾年降水量偏多或連續(xù)幾年降水量偏少的現(xiàn)象。以歷年年降水量最大值與最小值之間的比值K來表示年際變化，西部山區(qū)各雨量站監(jiān)測的年降雨量資料分析，各站極值比大都在4.0以上，其中，獐貘、侯家莊兩個雨量站變化幅度最大，極值比分別為9.4和9.2。

（3）邢臺市西部山區(qū)降水量具有年內(nèi)非常集中的特點，全年降水量的80%左右集中在汛期（6～9月），而汛期降水又集中在在7、8月份，按多年平均計算，7、8月份降水量占全年降水量的60%，6～9月份降水量占全年降水量的78.3%。特別是一些大水年份，降雨更加集中。非汛期8個月期間的降水量僅占全年降水量的21.7%。

1.4泥沙監(jiān)測情況。項目區(qū)有邢臺縣坡底小流域?qū)嶒炚竞团R城縣西臺峪小流域?qū)嶒炚緝商?。兩站均檢測單樣含沙量和懸移質(zhì)輸沙率檢測項目。單沙測次的年內(nèi)分布及要求，應(yīng)能控制沙量變化的過程。洪水期，每次較大洪水，取樣不得小于3次，洪峰重迭，水沙峰不一致或含沙量變化劇烈時，應(yīng)增加測次。汛期的平水期，在水位定時觀測時取樣一次，非汛期含沙量變化平緩時，每5～10日取樣一次。年內(nèi)懸移質(zhì)輸沙率的測次及要求，應(yīng)主要分布在洪水期，每次較大洪水不得小于3次，平水期每月測3～5次，以控制年內(nèi)含沙量的變化過程。本次分析計算采用1991年～2005年泥沙監(jiān)測資料。

2. 研究區(qū)土壤侵蝕形式分析

研究區(qū)土壤侵蝕以降水和地表徑流作為侵蝕的直接動力，即以水力侵蝕為主，其主要侵蝕形態(tài)有面蝕和溝蝕。水力侵蝕的強(qiáng)度決定于土壤或土體的特性、地面坡度、植被情況、降水特征及水流沖刷力的大小等，其中降水是最重要的動力因素，尤其是暴雨對土壤的分散、破壞作用最大，同時增強(qiáng)地面徑流的沖刷力和搬運(yùn)能力，加大土壤侵蝕量。少數(shù)幾次大暴雨引起的侵蝕量，往往占年侵蝕量的主要部分。植被對地面的覆蓋是減少水力侵蝕的關(guān)鍵因素，嚴(yán)重的水力侵蝕一般發(fā)生在植被遭到嚴(yán)重破壞的地區(qū)。坡度與坡長即影響徑流速度，也影響滲透量和徑流量。

2.1面蝕情況分析。根據(jù)邢臺市水土保持規(guī)劃調(diào)查情況，上述兩個小流域在次暴雨面雨量小于50mm時，土壤侵蝕以面蝕為主。在西臺峪流域的土石山區(qū)，由于土層淺薄，土壤含砂礫較多，在面蝕過程中，細(xì)土粒被地表徑流帶走，使土壤表層的細(xì)土粒不斷減少，砂礫逐漸增多，最后導(dǎo)致棄耕，這種砂礫化面蝕是造成該流域水土流失的一個重要因素。

2.2溝蝕情況分析。根據(jù)溝蝕發(fā)生的形態(tài)和演變過程，可分為淺溝侵蝕、切溝侵蝕、沖溝侵蝕、干溝侵蝕、河溝侵蝕等。溝蝕所形成的各種溝道，從上至下互相連接，形成自然排水系統(tǒng)的組成部分。淺溝侵蝕是溝蝕的開始階段，進(jìn)一步發(fā)展則形成切溝侵蝕和沖溝侵蝕。溝蝕上部與面蝕地段呈犬牙狀交錯連接，其下部與河道相通。河道是地表徑流的自然通路，主要由凹地、旱溪和河川三個環(huán)節(jié)組成。當(dāng)?shù)孛鎻搅骷杏谙鄬ΚM長的河道后，水流逐漸變大，對土壤的侵蝕作用以下切河道底部和沖淘河道邊岸為主。該區(qū)域面雨量在50～150mm時，面蝕、溝蝕兩種侵蝕形式均對土壤產(chǎn)生侵蝕作用，而以溝蝕侵蝕為主。endprint

2.3山洪侵蝕。在山區(qū)、丘陵區(qū)富含泥沙的地表徑流，經(jīng)過侵蝕溝網(wǎng)的集中，形成突發(fā)洪水，沖出溝道向河道匯集，山區(qū)河流洪水對溝道堤岸的沖淘、對河床的沖刷或淤積過程稱之為山洪侵蝕。如1996年8月份的一場暴雨，坡底流域次暴雨面雨量為326.1mm，土壤侵蝕模數(shù)為5830t/Km2，該次降水過程對土壤侵蝕量為165萬t；西臺峪流域次暴雨面雨量為468.9mm，土壤侵蝕模數(shù)為5140t/Km2，對土壤侵蝕量為65.3萬t。該研究區(qū)在1996年、2000年發(fā)生特大暴雨洪水，上述流域均發(fā)生山洪侵蝕，對農(nóng)田、河流、道路等損毀嚴(yán)重，給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活造成很大損失。

3. 流域植被對土壤侵蝕作用的實驗分析

植被的根系可以固結(jié)土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)團(tuán)粒的黏結(jié)性，可以增加土壤孔隙度，增強(qiáng)土壤滲透力。根系發(fā)達(dá)的木本植物，具有強(qiáng)大的主根和支根體系，其作用更強(qiáng)；主根型的草本植物，對于雨水向下移動有良好的作用；須根系的草本植物可以牢固地固結(jié)土壤，死亡后為土壤增加有機(jī)質(zhì)。枯枝落葉層對于攔截坡面徑流，減緩徑流速度和徑流強(qiáng)度，增加土壤入滲的作用很顯著。良好而深厚的枯枝落葉層，在植物保護(hù)土壤免遭侵蝕中可起到60%～70%的作用。沒有枯枝落葉層和灌叢的林地，盡管郁閉度高，仍然產(chǎn)生強(qiáng)烈的坡面徑流，并導(dǎo)致嚴(yán)重的溝蝕。如坡底流域內(nèi)24.04%森林植被，坡面的枯枝落葉和灌草的覆蓋層很厚，它們具有很大的容水量，能吸收比自身干重2～5倍的水分，對減少徑流量和徑流強(qiáng)度起重要作用。

3.1流域植被對土壤年侵蝕模數(shù)的影響。

（1）泥沙的搬運(yùn)形式可分為推移和懸移兩大類。這兩種形式運(yùn)動的泥沙分別稱為推移質(zhì)及懸移質(zhì)，它們各自遵循不同的規(guī)律。

（2）水流挾沙力應(yīng)該包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)的全部沙量。由于推移質(zhì)運(yùn)動要比懸移質(zhì)運(yùn)動復(fù)雜得多，當(dāng)前的測驗工作僅限于懸移質(zhì)方面，對于推移質(zhì)測驗還有不少困難，并且在天然河流中，懸移質(zhì)一般成了全部運(yùn)動泥沙的主體，因此，對于一般河流來說，常以懸移質(zhì)輸沙率代替水流的全部挾沙力。根據(jù)1991～2005年泥沙監(jiān)測資料，分析比較坡底、西臺峪兩個流域輸沙模數(shù)等情況，流域輸沙模數(shù)、平均輸沙率統(tǒng)計結(jié)果見表2。

通過對坡底、西臺峪兩個小面積實驗站年輸沙模數(shù)與年平均輸沙率進(jìn)行分析計算，坡底站流域輸沙模數(shù)為504.39 t/（Km2·a），西臺峪站為849.86 t/（Km2·a）。西臺峪站輸沙模數(shù)比坡地站高41%。通過計算還可以看出，流域植被對土壤侵蝕的影響主要與植被有關(guān)，但也和降雨強(qiáng)度和降雨歷時及降水量有關(guān)。endprint

2.3山洪侵蝕。在山區(qū)、丘陵區(qū)富含泥沙的地表徑流，經(jīng)過侵蝕溝網(wǎng)的集中，形成突發(fā)洪水，沖出溝道向河道匯集，山區(qū)河流洪水對溝道堤岸的沖淘、對河床的沖刷或淤積過程稱之為山洪侵蝕。如1996年8月份的一場暴雨，坡底流域次暴雨面雨量為326.1mm，土壤侵蝕模數(shù)為5830t/Km2，該次降水過程對土壤侵蝕量為165萬t；西臺峪流域次暴雨面雨量為468.9mm，土壤侵蝕模數(shù)為5140t/Km2，對土壤侵蝕量為65.3萬t。該研究區(qū)在1996年、2000年發(fā)生特大暴雨洪水，上述流域均發(fā)生山洪侵蝕，對農(nóng)田、河流、道路等損毀嚴(yán)重，給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活造成很大損失。

3. 流域植被對土壤侵蝕作用的實驗分析

植被的根系可以固結(jié)土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)團(tuán)粒的黏結(jié)性，可以增加土壤孔隙度，增強(qiáng)土壤滲透力。根系發(fā)達(dá)的木本植物，具有強(qiáng)大的主根和支根體系，其作用更強(qiáng)；主根型的草本植物，對于雨水向下移動有良好的作用；須根系的草本植物可以牢固地固結(jié)土壤，死亡后為土壤增加有機(jī)質(zhì)?？葜β淙~層對于攔截坡面徑流，減緩徑流速度和徑流強(qiáng)度，增加土壤入滲的作用很顯著。良好而深厚的枯枝落葉層，在植物保護(hù)土壤免遭侵蝕中可起到60%～70%的作用。沒有枯枝落葉層和灌叢的林地，盡管郁閉度高，仍然產(chǎn)生強(qiáng)烈的坡面徑流，并導(dǎo)致嚴(yán)重的溝蝕。如坡底流域內(nèi)24.04%森林植被，坡面的枯枝落葉和灌草的覆蓋層很厚，它們具有很大的容水量，能吸收比自身干重2～5倍的水分，對減少徑流量和徑流強(qiáng)度起重要作用。

3.1流域植被對土壤年侵蝕模數(shù)的影響。

（1）泥沙的搬運(yùn)形式可分為推移和懸移兩大類。這兩種形式運(yùn)動的泥沙分別稱為推移質(zhì)及懸移質(zhì)，它們各自遵循不同的規(guī)律。

（2）水流挾沙力應(yīng)該包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)的全部沙量。由于推移質(zhì)運(yùn)動要比懸移質(zhì)運(yùn)動復(fù)雜得多，當(dāng)前的測驗工作僅限于懸移質(zhì)方面，對于推移質(zhì)測驗還有不少困難，并且在天然河流中，懸移質(zhì)一般成了全部運(yùn)動泥沙的主體，因此，對于一般河流來說，常以懸移質(zhì)輸沙率代替水流的全部挾沙力。根據(jù)1991～2005年泥沙監(jiān)測資料，分析比較坡底、西臺峪兩個流域輸沙模數(shù)等情況，流域輸沙模數(shù)、平均輸沙率統(tǒng)計結(jié)果見表2。

通過對坡底、西臺峪兩個小面積實驗站年輸沙模數(shù)與年平均輸沙率進(jìn)行分析計算，坡底站流域輸沙模數(shù)為504.39 t/（Km2·a），西臺峪站為849.86 t/（Km2·a）。西臺峪站輸沙模數(shù)比坡地站高41%。通過計算還可以看出，流域植被對土壤侵蝕的影響主要與植被有關(guān)，但也和降雨強(qiáng)度和降雨歷時及降水量有關(guān)。endprint

2.3山洪侵蝕。在山區(qū)、丘陵區(qū)富含泥沙的地表徑流，經(jīng)過侵蝕溝網(wǎng)的集中，形成突發(fā)洪水，沖出溝道向河道匯集，山區(qū)河流洪水對溝道堤岸的沖淘、對河床的沖刷或淤積過程稱之為山洪侵蝕。如1996年8月份的一場暴雨，坡底流域次暴雨面雨量為326.1mm，土壤侵蝕模數(shù)為5830t/Km2，該次降水過程對土壤侵蝕量為165萬t；西臺峪流域次暴雨面雨量為468.9mm，土壤侵蝕模數(shù)為5140t/Km2，對土壤侵蝕量為65.3萬t。該研究區(qū)在1996年、2000年發(fā)生特大暴雨洪水，上述流域均發(fā)生山洪侵蝕，對農(nóng)田、河流、道路等損毀嚴(yán)重，給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活造成很大損失。

3. 流域植被對土壤侵蝕作用的實驗分析

植被的根系可以固結(jié)土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)團(tuán)粒的黏結(jié)性，可以增加土壤孔隙度，增強(qiáng)土壤滲透力。根系發(fā)達(dá)的木本植物，具有強(qiáng)大的主根和支根體系，其作用更強(qiáng)；主根型的草本植物，對于雨水向下移動有良好的作用；須根系的草本植物可以牢固地固結(jié)土壤，死亡后為土壤增加有機(jī)質(zhì)?？葜β淙~層對于攔截坡面徑流，減緩徑流速度和徑流強(qiáng)度，增加土壤入滲的作用很顯著。良好而深厚的枯枝落葉層，在植物保護(hù)土壤免遭侵蝕中可起到60%～70%的作用。沒有枯枝落葉層和灌叢的林地，盡管郁閉度高，仍然產(chǎn)生強(qiáng)烈的坡面徑流，并導(dǎo)致嚴(yán)重的溝蝕。如坡底流域內(nèi)24.04%森林植被，坡面的枯枝落葉和灌草的覆蓋層很厚，它們具有很大的容水量，能吸收比自身干重2～5倍的水分，對減少徑流量和徑流強(qiáng)度起重要作用。

3.1流域植被對土壤年侵蝕模數(shù)的影響。

（1）泥沙的搬運(yùn)形式可分為推移和懸移兩大類。這兩種形式運(yùn)動的泥沙分別稱為推移質(zhì)及懸移質(zhì)，它們各自遵循不同的規(guī)律。

（2）水流挾沙力應(yīng)該包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)的全部沙量。由于推移質(zhì)運(yùn)動要比懸移質(zhì)運(yùn)動復(fù)雜得多，當(dāng)前的測驗工作僅限于懸移質(zhì)方面，對于推移質(zhì)測驗還有不少困難，并且在天然河流中，懸移質(zhì)一般成了全部運(yùn)動泥沙的主體，因此，對于一般河流來說，常以懸移質(zhì)輸沙率代替水流的全部挾沙力。根據(jù)1991～2005年泥沙監(jiān)測資料，分析比較坡底、西臺峪兩個流域輸沙模數(shù)等情況，流域輸沙模數(shù)、平均輸沙率統(tǒng)計結(jié)果見表2。

通過對坡底、西臺峪兩個小面積實驗站年輸沙模數(shù)與年平均輸沙率進(jìn)行分析計算，坡底站流域輸沙模數(shù)為504.39 t/（Km2·a），西臺峪站為849.86 t/（Km2·a）。西臺峪站輸沙模數(shù)比坡地站高41%。通過計算還可以看出，流域植被對土壤侵蝕的影響主要與植被有關(guān)，但也和降雨強(qiáng)度和降雨歷時及降水量有關(guān)。endprint