邢台市西部山区水土流失现状分析

邢台市西部山区水土流失现状【摘要】本文分析了流域泥沙与降雨特性的关系、流域植被对产输沙的影响以及地形因子、土壤因子等的影响。结果明，在不同类型流域，流域输沙模数与降雨侵蚀力之间存在着相当好的线性正相关关系；在土壤因子、坡度因子比较相近的情况下，植被和地貌发育程度等下垫面环境因素对流域产输沙量起着十分重要的控制作用。【关键词】流域产输沙规律；气候因素；植被因素；地形因素；土壤因素；太行山区1.研究区基本概况1.1研究区地理位置与基本概况。邢台市位于河北省南部，东经113°45ˊ至115°50ˊ，北纬36°45ˊ至37°48ˊ之间。西靠太行山与山西接壤，东以卫运河为界与山东省毗邻。北与石家庄、衡水、南与邯郸市相连。本区地势西高东低，以京广线为界，西部为山区丘陵，东部为平原。西部山丘区面积3508Km2，约占全市总面积的28%，高程多在千米以下，平均坡度1/100左右，丘陵与平原间地形变化急剧，没有明显的缓冲地带。平原面积8911Km2，占全市总面积的72%。1.2流域降水特性分析。（1）利用1956～2000年山区降雨量资料系列分析计算，邢台市西部山区多年平均降水量594.5mm。对年降雨量系列进行频率计算，频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，频率计算采用适线法。对于变差系数Cv值的确定，在适线中，对系列中出现的特大特小值，一般不做处理，由于年降水量相对稳定。偏差系数Cs的取值一般用Cv/Cs值来反映。邢台市西部山区不同频率年降水量计算成果见表1。（2）邢台市西部山区降水量年际变化很大，且常有连续几年降水量偏多或连续几年降水量偏少的现象。以历年年降水量最大值与最小值之间的比值K来表示年际变化，西部山区各雨量站监测的年降雨量资料分析，各站极值比大都在4.0以上，其中，獐貘、侯家庄两个雨量站变化幅度最大，极值比分别为9.4和9.2。（3）邢台市西部山区降水量具有年内非常集中的特点，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，按多年平均计算，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%。特别是一些大水年份，降雨更加集中。非汛期8个月期间的降水量仅占全年降水量的21.7%。2.水土流失影响因子分析流域土壤侵蚀，主要受气候因素（降雨量、季节分配特点、降雨强度、降雨类型）和流域耕种管理因子（植被类型、覆盖度、作物耕作方式等）外，还受地形、地质和土壤因素和水土保持因素的影响。2.1气候因素。2.1.1所有的气候因子都从不同方面，在不同程度上影响水土流失。大体上可分为两种情况：一种是直接的，如降水和风对土壤的破坏作用，一般来说，暴雨是造成严重水土流失的直接动力；另一种是间接的，如降水、温度、日照等的变化对于植物的生长、植被类型、岩石风化、成土过程和土壤性质等的影响，进而间接影响水土流失发生和发展的过程。2.1.2在北方山区，影响水土流失的气象因子主要是降水。降水包括降雨和降雪，是气象因子与水土流失关系最密切的一个因子。充分的前期降雨是导致暴雨形成径流和严重冲刷的重要条件之一。这是因为充分的前期降雨已使土壤含水量增大，再遇到易于形成径流所致。如华北地区，汛期降水量占全年降水量的70%以上。降水量的高度集中，形成明显的干、湿季节。雨季土壤经常处于湿润状态，这就为强大暴雨的剧烈侵蚀活动打下了基础，也使得水土流失的季节相对集中。2.1.3目前，国内外提出的土壤侵蚀模型很多，其中由wischmeier和smith根据美国8000多个实验小区土壤侵蚀资料分析，于1957年提出的通用土壤侵蚀方程应用最为广泛，它是建立在土壤侵蚀理论和大量实地观测数据统计分析的基础上的一个经验模型，在我国也得到广泛应用，对于一年的降雨来说，降雨侵蚀力可采用经验公式为[3]：式中：R为暴雨对土壤的侵蚀力；P为年降水量，mm；Pi为各月平均降水量，mm。2.1.4暴雨是造成严重水力侵蚀的主要气候因子。因为只有当单位时间内的降雨量达到一定强度，并超过土壤的渗透能力时，才会产生径流，而径流是水力侵蚀的动力；暴雨由于雨滴大，动能也大，雨滴的击溅侵蚀作用也强，因此少数强大的暴雨往往造成巨量的水土流失。一般说来，暴雨强度越大，水土流失量也越大。上述两个流域相邻，降雨强度、年降水量相似，降雨影响因子对于两个小流域也相近。2.2地形因子。2.2.1地形是影响水土流失的重要因子之一。地形的坡面大小、坡长、坡形、分水岭与谷底及河面的相对高程以及沟壑密度等对水土流失有很大影响。坡长因子，当其他条件相同时，水力侵蚀的强度是依据坡的长度来决定。坡面越长，汇聚的流量也越大，因而其侵蚀力就越强。坡面坡度是决定径流冲刷能力的基本因素之一。径流所具有的能量是径流的质量与流速的函数，而流速的大小主要决定于径流深度与坡面坡度。2.2.2地形因子对土壤侵蚀过程的影响，一般用坡长因子（L）和坡度因子（S）的乘积表示，可用下式计算。LS=L221m×（65.41sin2α+4.56sinα+0.065）（2）式中：L为开始发生径流的一点到坡度下降至泥沙开始沉积或径流进入水道，期间的长度，m；α为坡角，度；m为坡长指数，计算公式为：sinα>0.05时，m=0.5；sinα=0.05时，m=0.4；sinα=0.035时，m=0.3；sinα<0.01，m=0.1。2.2.3根据地形因子分析计算，坡底流域L=468m，sina=0.0369，m=0.3，按公式（2）计算出地形因子为0.40；西台峪流域L=265m，sina=0.0342，m=0.3，计算出地形因子为0.31，坡底流域地形因子对土壤侵蚀力大于西台峪流域。2.3土壤因子。（1）土壤可侵蚀因子反映了土壤对侵蚀敏感性，取决于土壤结构、粘粒含量、有机质含量等。土壤是侵蚀作用的主要对象，因此它的特性，尤其是透水性、抗蚀性、抗冲性对水土流失有很大影响。（2）土壤可侵蚀因子也称土壤抗蚀度，是指土壤抵抗径流对它们的分散和悬浮的能力。其大小主要取决于土粒和水的亲和力。亲和力越大，土壤越容易分散悬浮，团粒结构也越容易受到破坏而解体，同时还引起土壤的透水性变小和土壤表层的泥泞。在这种情况下，即使径流速度很小，机械破坏力不大，也会由于悬移作用而发生侵蚀。土壤中比较稳固的团聚体的形成，既要求有一定数量的胶结物质，又要求这种物质一经胶结以后在水中就不再分散，或分散性很小、抗蚀性较大。腐殖质能够胶结土粒，形成较好的团聚体和土壤结构。由于腐殖质中吸收性复合体为不同阳离子所饱和，使土壤具有不同的分散性。2.4植被因素。（1）通过对两个小流域土地利用情况调查，西台峪流域内农田面积占流域总面积的23.12%，而坡底流域的农田面积占总面积的7.67%，西台峪流域内农业开发程度较高。坡底流域内林地面积占总流域面积的24.04%，而西台峪流域内林地面积仅占总流域面积的7.50%。流域植被覆盖率按林地面积、天然草场、荒坡灌木丛和果园面积统计，则坡底流域植被覆盖率占流域面积的86.30%，西台峪的植被覆盖率占总流域面积的68.58%。如下表2为两个小流域植被及土地利用情况调查结果。（2）根据1991～2005年泥沙监测资料，选择有代表性的降水过程和泥沙过程资料，对面雨量在不同范围的次降水产沙资料进行分析，通过分析可以看出，在流域面雨量为10～50mm范围时，坡底流域平均产沙模数为4.39t/Km2，西台峪则为44.30t/Km2，平均产沙模数增大了10倍；在流域面雨量为50～100mm范围时，坡底流域平均产沙模数为6.19t/Km2，西台峪则为76.98t/Km2，平均产沙模数增大了12倍；在流域面雨量为100～150mm范围时，坡底流域平均产沙模数为28.92t/Km2，西台峪则为406.76t/Km2，平均产沙模数增大了14倍，侵蚀模数随降水量和雨强的增加而增加。（3）通过对坡底、西台峪两个小面积实验站年输沙模数与年平均输沙率进行分析计算，坡底站流域输沙模数为504.39t/（Km2·a），西台峪站为849.86t/（Km2·a）。西台峪站输沙模数比坡底站高41%。坡底站多年平均含沙量1.268Kg/m3，西台峪则为3.686Kg/m3，西台峪站多年平均含沙量是坡底站的3倍左右。（4）通过计算还可以看出，流域植被对土壤侵蚀的影响主要与植被有关，但也和降雨强度和降雨历时及降水量有关。如1996年，该流域发生较大洪水，两站输沙模数相差很小，坡底站年输沙模数为5870t/（Km2·a），西台峪年输沙模数为5250t/（Km2·a），而且坡底流域大于西台峪，说明流域植被对土壤侵蚀的影响也是有一定限度的。一旦发生特大洪水，流域遭到山洪侵蚀，侵蚀模数是正常年份的几百倍，甚至上千倍。3.结语（1）暴雨是造成严重水力侵蚀的主要气候因子，通过对坡底、西台峪两个小面积实验站年输沙模数与降雨侵蚀力相关分析，坡底小流域相关系数为0.84，西台峪为0.94。降雨侵蚀力反映该流域的降水量，降水季节分布和降水强度等综合指标，也是造成水土流失的原动力。根据年侵蚀膜数与降水侵蚀力的相关关系，利用年、月降水量对流域年侵蚀膜数进行计算，适用于该区域无实测泥沙资料地区的水利工程设计中的沙量计算。（2）流域植被对改变水量循环有密切关系，对天然降水量起水量再分配、调节、储蓄和改变水分循环系统的作用。同时也改变了径流的分配形式，不仅对调节水量起重要作用，对减少土壤侵蚀也起到重要作用。通过对不同降水范围情况调查分析，在不同流域内，随着次降水的流域面雨量增加，流域植被对水土流失的控制作用愈加明显。通过对不同时段降水量分析，两个流域次暴雨产沙模数相差很大，西台峪流域比坡底高10倍以上。说明流域植被不仅减少洪峰流量，延缓洪峰时间，增大对地下水的入渗量和入渗时间，而且减少地表径流对土壤的侵蚀也发挥重要作用。（3）上述两个小流域在地形因子、土壤因子、气候因子等比较接近的情况下，流域植被就成为影响流域产沙的主要因子。植被覆盖率高的流域，土壤侵蚀量就少。根据15年泥沙系列资料计算，对两个小面积实验站年输沙模数进行分析计算，坡底站流域年输沙模数为504.39t/（Km2·a），西台峪站为849.86t/（Km2·a）。坡底站平均含沙量1.268Kg/m3，西台峪则为3.686Kg/m3，坡底站流域植被覆盖率比西台峪高17.72%，植被对土壤侵蚀量控制减少345.47t/（Km2·a）。搞好流域植被建设，是减少和减缓流域水土流失的重要措施。参考文献[1]乔光建，张均铃，刘春广.流域植被对水质的影响分析[J].水资源保护，2004，20（4）：28～30.[2]张钧玲，乔光建.山丘区塑料大棚集水、节水栽培技术[J].水资源保护，2008，24（2）：92～94.[3]张广军，赵晓光.水土流失及荒漠化监测与评价[M].北京：中国水利水电出版社，2005.[4]王万忠，焦菊英.黄土高原降雨侵蚀产沙与黄河输沙[M].科学出版社，1996.