降雨類型和水土保持對黃土區(qū)小流域水土流失的影響

　　摘要:對黃土區(qū)橋子東溝流域的143場次洪水事件水文泥沙數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并利用K均值分類法劃分降雨類型，比較不同降雨類型條件下流域水土流失特征，探討水土保持治理對不同降雨類型下流域產(chǎn)流輸沙的影響。結果表明，次降雨量和最大30min雨強是影響流域產(chǎn)流輸沙的主要降雨特征。降雨事件劃分為4種類型:I型(小雨量、小雨強)、II型(大雨量、大雨強)、III型(大雨量、小雨強)和IV型(小雨量、大雨強)。4種降雨類型下次洪水事件的產(chǎn)流能力和洪峰流量由大到小依次為II型、IV型、III型和I型。頻次最少的II型降雨次洪水事件的輸沙量最多，I型、III型和IV型降雨條件下次洪水事件輸沙量的差異不顯著，輸沙量均較少。水土保持綜合治理顯著減少了流域徑流量和輸沙量，其中II型降雨次洪水事件減水量和減沙量最多，I型最少。

　　關鍵詞:黃土區(qū)小流域水土流失降雨類型水土保持

　　引言

　　降雨是引起黃土地區(qū)水土流失的一個最重要的因素［1］。降雨量、降雨強度及降雨歷時等降雨特征對降雨徑流輸沙的形成有重要影響［2－3］。降雨類型與水土流失的程度、分布規(guī)律、發(fā)生頻率等特征都存在著極為密切的關系［4－9］。研究黃土地區(qū)降雨類型與水土流失的關系是水土保持科學研究工作中的一個重要內容，可為流域水土保持治理方案制定提供科學依據(jù)。

　　1研究區(qū)概況

　　1.1土壤、地形和水文條件

　　橋子東溝流域位于甘肅省天水市北郊(N34°36'23′′，E105°42'28′′)，屬于黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)，是渭河二級流域羅玉溝內的一級支溝。橋子東溝流域面積1.36km2，主溝長2.00km，平均比降20.75%，溝壑密度5.13km/km2。流域土壤以黃土質黑褐土分布最廣，占流域面積60%左右，其次為紅色黃土質黑褐土型粗骨土。橋子溝流域降水年際變化大，多年平均、最大及最小年降水量分別為542.5、933.7及366.8mm。降水年內分配不均，汛期降水量占全年降水量的72%。年蒸發(fā)量1293.3mm，干燥度為1.3。年平均氣溫10.7°C，1月份平均氣溫－2.3°C，7月份平均氣溫22.6°C，極端最高氣溫38.2°C，極端最低氣溫－19.2°C。汛期降雨多以暴雨形式出現(xiàn)，土壤侵蝕嚴重。

　　1.2土地利用和水土保持現(xiàn)狀

　　橋子東溝流域在1987年開始實施水土保持綜合治理，治理措施主要包括植被措施和溝道工程措施。治理前期以坡面治理措施為主，包括坡改梯、種樹和種草等，2006年在流域內建設了19座淤地壩，如圖1所示。由表1可知［12］，橋子東溝流域通過多年的水土保持綜合治理，流域土地利用情況發(fā)生顯著變化:與1986年相比，橋子東溝流域2004年坡耕地和裸地面積分別減少了45.89%和4.26%，而梯田和林地面積分別增加了35.25%和15.19%，其他土地利用類型無顯著變化。

　　2數(shù)據(jù)來源與研究方法

　　橋子東溝流域1987—2010年水文泥沙數(shù)據(jù)來源于黃河水利委員會天水水土保持科學試驗站。橋子東溝流域內布設了3個雨量站，以泰森多邊形法計算流域平均降雨量。在橋子東溝流域出口設立了徑流泥沙測站(圖1)，測流建筑物為三角形測流槽，徑流測定在小水時用接流筒按體積法測定，洪水時用率定水位流量關系曲線和浮標法測速計算流量，2種方法同步進行，對照檢查。沙樣采用置換法處理。

　　3結果與討論

　　3.1流域水沙變化特征

　　對橋子東溝流域143場次洪水事件的降雨、徑流和泥沙變量進行了描述統(tǒng)計分析(表2)，主要降雨、徑流和輸沙特征如下:

　　流域最小降雨量3.0mm，發(fā)生在2008年6月29日，最大降雨量達到97.0mm，發(fā)生在2006年8月27日，次降雨量超過50mm的洪水事件共17次，占所有事件的11.9%，超過平均值38.8mm的洪水事件占所有事件的35.7%。次洪水事件的降雨歷時變化范圍為43～2399min，平均降雨歷時為628min，降雨歷時超過1000min的洪水事件有21場，占14.7%，降雨歷時小于480min的洪水事件有59場，占41.3%。次降雨平均雨強的最小值為0.5mm/h，發(fā)生在1987年6月26日，降雨量為12.3mm，但降雨歷時較長，達到1570min;平均雨強的最大值達到32.7mm/h，發(fā)生在2001年6月23日，降雨量為23.4mm，但降雨歷時最短，只有43min。平均雨強超過10mm/h的洪水事件僅有10場，占7.0%，小于5mm/h的洪水事件113場，占79.0%。前期降雨量的變化范圍較大，前1d、3d、5d和7d降雨量序列的變異系數(shù)分別為2.18、1.35、1.14和1.05。

　　3.2降雨-徑流-輸沙關系

　　構建了降雨、徑流和輸沙變量的皮爾遜相關矩陣(表3)。由表3可知，P與H、Ms、Qmax在p＜0.01水平顯著相關，與ＲC和Cmax在p＜0.05水平顯著相關。D與徑流和輸沙都不具有顯著相關。I僅與ＲC在p＜0.01水平顯著相關，與Cmax在p＜0.05水平上具有顯著相關性。I30max對流域次洪水事件的徑流和輸沙具有顯著影響，與H、Ms、ＲC、C和Cmax都具有顯著相關性(p＜0.01)，表明I30max是橋子東溝流域產(chǎn)流輸沙的重要影響因素。表3表明前期降雨量與流域的產(chǎn)流量和輸沙量不具有顯著相關性，但P3d與ＲC在p＜0.05水平顯著相關、P5d和P7d與ＲC在p＜0.01水平顯著相關，這表明前期降雨量對黃土丘陵溝壑區(qū)降雨產(chǎn)流能力具有顯著影響。

　　4結論

　　(1)P和I30max是影響橋子東溝流域產(chǎn)流輸沙的主要降雨特征，流域降雨事件可劃分為4種類型降雨:I型，小雨量、小雨強、頻次最多;II型，大雨量、大雨強、頻次最少;III型，大雨量、小雨強;IV型，小雨量、大雨強。

　　(2)不同降雨類型條件下橋子東溝的產(chǎn)流輸沙特征不同。II型降雨下次洪水事件的產(chǎn)流能力和洪峰流量最大，IV型次之，I型和III型最小;II型降雨下次洪水事件的輸沙量最多，I型、III型和IV型降雨條件下次洪水事件的輸沙量差異不顯著。II型降雨的產(chǎn)流量和輸沙量占流域產(chǎn)流輸沙總量的比例最大，分別達到了39.93%和43.46%。

　　參考文獻

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　　3李廣，黃高寶．雨強和土地利用方式對黃土丘陵區(qū)水土流失的影響［J］．農業(yè)工程學報，2009，25(11):85－90．LiGuang，HuangGaobao．Effectsofrainfallintensityandlanduseonsoilandwaterlossinloesshillyregion［J］．TransactionsoftheCSAE，2009，25(11):85－90．(inChinese)

　　晏清洪1原翠萍2雷廷武1雷啟祥3張滿良3蘇廣旭3

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