红壤区生态公益林不同类型林分降雨及产流与产沙量研究

杨 楠，田育新，李锡泉，牛艳东，姚 敏

(湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004)

红壤区生态公益林不同类型林分降雨及产流与产沙量研究

杨 楠，田育新，李锡泉，牛艳东，姚 敏

(湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004)

通过对湘中丘陵红壤区不同类型林分的定位观测，对林地不同年份因降雨量差异而产生的径流量、泥沙含量的差异进行对比分析。结果表明：降雨量较大的2010年林地的径流量、泥沙含量、径流系数均大于相对干旱的2009年；径流量、泥沙含量的大小与大雨量降雨的次数和降雨量密切相关。

降雨量；径流量；泥沙含量；径流系数

湘中红壤区是中国南方面积最大、垦殖指数最高、水土流失最为严重的红壤区域，曾一度成为“南方红色沙漠”区。自1990年长江防护林工程开始启动以来，通过人工造林和封山育林等措施，使该区大面积的植被得到恢复[1-2]，生态环境日渐好转。我们对湘中红壤区长江防护林降水量的变化对林地径流的影响进行研究，以期从多角度综合考虑林地的水土保持效益。

1 监测站概况

2 研究方法

2.1试验设计

在小流域内坡面上分5个典型林分类型共设置了15个5 m×20 m 的100 m2的径流小区(每个典型林分类型设3个重复)，在小流域具代表性的区域设标准小气候观测站一个。

2.2研究方法

(1)测定内容包括降雨量、径流量、泥沙量等水文要素。

(2) 测定方法。通过雨量筒和自记雨量计获取降水量、降水历时、降水过程等资料；每次降水产流后，在集水池内测量径流量；每次降水后，将集水池中的水搅拌均匀，用量筒取500mL水样，通过过滤、烘干测定泥沙含量[3-4]。

(3)测定时间为每天早上8：00[5-6]。

3 结果与分析

3.12009年降雨量

两组老年高血压患者在性别、年龄、平均动脉压等方面比较，差异无统计学意义（P＞0.05），与非H型高血压组患者相比，老年H型高血压组患者血浆Hcy水平显著增高，差异无统计学意义（P＜0.05），见表1。

由表1、表4、图1可知，2009年全年降雨量为929.4 mm，比多年平均降雨少约31.2%；2009年全年每月都有降雨，主要集中在3—7月，降雨量顺序为7月>4月>6月>3月>5月>11月>2月。产流降雨分布在2—7月及11月，产流降雨量顺序为4月>7月>6月>3月>5月>2月>11月。

表1 1951—2007年衡阳市平均降雨量Tab.1 TheaveragerainofHengyangCityin1951-2007月份降水量(mm)月份降水量(mm)172.6798.1299.08114.63144.7954.84177.61080.85206.81172.56176.21252.5全年1350.2 资料来源:中央气象台http://www.nmc.gov.cn/publisn/fore-cast/AHN/hengyangshi.html。

图1 2009年降雨量及产流降雨量分布图Fig.1 The rainfall and runoff rainfall distribution in 2009

2009年产流降雨量为492.3mm。根据气象学中对雨量大小的划分，即10.0～24.9mm/次为中雨，25.0～49.9mm/次为大雨，50.0～100.0mm/次为暴雨。2009年产流降雨中，中雨和大雨次数为17次，累计降雨量434.3mm，暴雨1次，累计降雨量58.0mm。

3.22009年产流、产沙量

CK(荒山)小区总径流量(表2-Ⅰ)为8.585m3，总泥沙含量为1.454377kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为2m3，径流池已产生外溢，泥沙含量为2.604kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的41.71%；暴雨以下的降雨产生的径流量为6.585m3，泥沙含量为1.10521kg/m3。

湿地松林小区总径流量(表2-Ⅱ)为1.5205 m3，总泥沙含量为0.015487kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为1m3，3个重复的小区径流池都产生外溢，泥沙含量为0.0213333kg/ m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的90.60%；暴雨以下的降雨产生的径流量为0.5205m3，泥沙含量为0.00425kg/m3。

混交林小区总径流量(表2-Ⅲ)为0.95737m3，总泥沙含量为0.018379kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为0.58767m3，3个重复的小区径流池中有1个产生外溢，泥沙含量为0.0257629kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的86.05%；暴雨以下的降雨产生的径流量为0.3697m3，泥沙含量为0.00664kg/m3。

油茶小区总径流量(表2-Ⅳ)为0.27277m3，总泥沙含量为0.005095kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为0.16667m3，径流池未产生外溢，泥沙含量为0.006kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的71.97%；暴雨以下的降雨产生的径流量为0.1061m3，泥沙含量为0.00367kg/m3。

杉木林小区总径流量(表2-Ⅴ)为1.33763m3，总泥沙含量为0.005088kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为0.66833m3，3个重复的小区径流池中有2个产生外溢，泥沙含量为0.005995kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的58.87%；暴雨以下的降雨产生的径流量为0.6693m3，泥沙含量为0.00418kg/m3。

3.32010年降雨量

由表1、表5、图2可知，2010年全年降雨量为1334mm，与多年平均降雨持平。2010年降雨主要集中在3—6月及12月，降雨量顺序为4月>5月>3月>12月>6月>9月>8月，产流降雨分布在2—6月及12月，产流降雨量顺序为4月>5月>3月>12月>6月>8月>9月。2010年7月较为干旱，其降雨量约为多年平均降雨量的21%左右，12月有较大降水量，约为多年平均降水量的3倍。

产流降雨量为805.7mm，中雨和大雨次数为15次，累计降雨525.7mm，暴雨5次，累计降雨280.0mm。产流降雨分布在2—6月及12月，其中4月产流降雨量最大。

图2 2010年降雨量及产流降雨量分布图Fig.2 The rainfall and runoff rainfall distribution in 2010

3.42010年产流与产沙量

CK(荒山)小区总径流量(表2-Ⅰ)为18.61m3，总泥沙含量为3.519033kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为7.82m3，径流池在5月8日(降雨量56mm)和8月26日(降雨量50.4mm)的降雨中产生外溢，泥沙含量为5.0694629kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的60.53%；暴雨以下的降雨产生的径流量为10.79m3，泥沙含量为2.39537kg/m3。

湿地松林小区总径流量(表2-Ⅱ)为5.55017m3，总泥沙含量为0.101593kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为3.337m3，3个重复的小区径流池在3月24日(降雨量58.6mm)、5月7日和8月26日的降雨中都产生外溢，泥沙含量为0.1151154 kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的68.13%；暴雨以下的降雨产生的径流量为2.21316667m3，泥沙含量为0.0812kg/m3。

混交林小区总径流量(表2-Ⅲ)为3.32517m3，总泥沙含量为0.1217kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为2.17533m3，3个重复的小区径流池在5月7日和8月26日的降雨中分别有1个产生外溢，泥沙含量为0.1219859kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的65.57%；暴雨以下的降雨产生的径流量为1.14983333 m3，泥沙含量为0.12116kg/m3。

油茶小区总径流量(表2-Ⅳ)为1.2847m3，总泥沙含量为0.072011kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为0.833m3，径流池未产生外溢，泥沙含量为0.0751341 kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的67.65%；暴雨以下的降雨产生的径流量为0.4517m3，泥沙含量为0.06625kg/m3。

杉木林小区总径流量(表2-Ⅴ)为4.72577m3，总泥沙含量为0.050611kg/m3。其中由于暴雨产生的径流量为2.58633m3，3个重复的小区径流池在3月24日(降雨量58.6mm)、5月7日和8月26日的降雨中分别有2个产生外溢，泥沙含量为0.0617528kg/m3，暴雨所产生的泥沙占全部泥沙量的66.78%；暴雨以下的降雨产生的径流量为2.13943333m3，泥沙含量为0.03714 kg/m3。

表2 2009—2010年不同林分小区的径流及泥沙含量Tab.2 TherunoffandsedimentyieldofCK(wasteland),slashpineplantation,mixedplantation,oil-teaplantation,Chinesefirplantationin2009—2010小区年份径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)总量暴雨产生暴雨以下降雨产生总量暴雨产生暴雨以下降雨产生Ⅰ.CK(荒地)20098.585 2 6.585 1.4543772.604 1.10521201018.617.8210.793.5190335.06946292.39537Ⅱ.湿地松林20091.520510.52050.0154870.02133330.0042520105.550173.3372.213166670.1015930.11511540.0812Ⅲ.混交林20090.957370.587670.36970.0183790.02576290.0066420103.325172.175331.149833330.12170.12198590.12116Ⅳ.油茶林20090.272770.166670.10610.0050950.0060.0036720101.28470.8330.45170.0720110.07513410.06625Ⅴ.杉木林20091.337630.668330.66930.0050880.0059950.0041820104.725772.586332.139433330.0506110.06175280.03714 注:2009年总降雨量929.4mm,产流降雨量492.3mm;2010年总降雨量1334mm,产流降雨量805.7mm。

3.52009年与2010年降雨量以及产流与产沙量比较

2009年降雨量比2010年少约30%，同时50mm以上的暴雨次数也远远少于2010年。由图3、表1、表4、表5可以看出：2009年虽然降雨较少，但7月降雨丰富，本月累计降雨量达189.8mm，为7月多年平均降雨量的2倍，本年度唯一的1次暴雨产生也在7月；2010年4月降雨较为突出，其降雨量比4月多年平均降雨量多约57.7%，同时在降雨应当较少的冬季(12月)，由于降雨和降雪产生了较大的降水量，其降雨量约为同期多年平均降雨量的3倍。2010年7月的降水则极为稀少，仅为多年平均降雨量的21.4%，为2009年7月降雨量的11%。

2009年因降雨而产流的次数为17次，与2010年的20次相差不大，但2009产流降雨量仅为2010年的61.1%。2009年暴雨仅为1次，降雨量为58mm，占产流降雨量的11.8%；2010年暴雨5次，累计降雨量达280mm，占产流降雨量的34.8%，暴雨降雨量约为2009年的4.8倍。

2009年虽然仅有1次暴雨，但由暴雨产生的径流在除CK以外的各个小区中均占有很大的份量，在湿地松林、混交林和油茶林小区中暴雨产生的径流占总径流的60%以上，杉木林小区中暴雨产生的径流也超过总径流的50%。

2009年由于降雨量小，暴雨次数少，导致2009年各小区的径流量、泥沙含量等均小于2010年，各小区的总径流量不到2010年的30%，总泥沙含量不到2010年的20%；各小区2009年的径流系数都比2010年小(见表3)。这可能是由于2010年降雨相对比较集中，每1次产流降雨之前均有小雨或非产流的中雨发生，土壤含水率较高，在产流降雨发生时土壤极易达到持水饱和状态，因此容易产生较大的径流量。2009年的产流降雨相对比较分散，降雨量也相对较小，降雨后土壤吸收的雨水较多，因此径流量较小。可见，径流系数不仅与植被覆盖率有关[7]，同时也与降雨量密切相关。

图3 2009—2010年各月份降雨量与多年平均降雨量对比图Fig.3 The contrast diagram of monthly rainfall and average yearly rainfall in2009—2010

表3 各径流小区径流系数对比Tab.3 Thecontrastofcoefficientofrunoffofdifferentrunoffarea年份CK松混油茶杉20090.009237140.001640.001030.000293490.00143920100.013950520.004160.002490.000963040.003543

由表4、表5还可以看出，2009年和2010年各小区的径流量与当月总降雨量或当月产流总降雨量并无直接相关。径流量与当月暴雨次数及暴雨量关系最密切。如2009年7月产流降雨量比4月要低，由于7月发生1次暴雨，各小区的径流量和泥沙含量均高于4月；2010年5月产流降雨量比2010年4月要低，但5月的3次降雨中有1次为暴雨，另外2次降雨量分别为47mm和49.6mm，接近暴雨雨量，导致5月份的相关数据几乎全部为全年最高。

表4 2009年各月降雨量及产流产沙量表Tab.4 Therainfall,runoffandsedimentyieldin2009月份降雨量(mm)产流雨量(mm)CK径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)246.4170.7 0.22 3124.786.71.320.9847734168.5146.32.061.035534596.223.20.0750.236125.387.81.571.7349817189.8117.22.762.23013115716.30.10.024全年929.4492.38.5851.45437松混径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)0.00850.0032160.0055 0.002 0.04650.0038570.0261670.0042420.07450.0032530.0595670.0050520.0206670.0020.0146670.0029090.21550.0052170.2471670.007741.150.0190610.59730.0254290.0048330.0026210.0070.0041.52050.0154870.95740.01838油茶杉径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)0.0013330.002750.0095 0.002 0.01250.0027470.0294670.0039620.02910.0035120.1151670.0031060.0130.0027690.0198330.0020.0310.0052260.3256670.0049720.1842330.005680.830.0055780.00160.0031670.0080.0028750.272770.0050951.33760.005088

表5 2010年各月降雨量及产流产沙量表Tab.5 Therainfall,runoffandsedimentyieldin2010月份降雨量(mm)产流雨量(mm)CK径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)3 166.7129.82.763.4942754280.6175.22.370.7788195202.6152.65.483.852926152.81051.683.444524894.276.92.375.753755910840.21.253.7412164.41262.73.254444全年1334805.718.613.519033松混径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)1.2360.095070.5588330.1287380.2813330.044550.2001670.0588012.2533330.1253551.2416670.1634310.2818330.0692960.2603330.0514081.0230.1047180.6016670.1289970.1066670.053750.1180.0727680.3680.0515220.34450.0535565.5501670.1015933.3251670.1217油茶杉径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)径流量(m3)泥沙含量(kg/m3)0.20650.0921070.7418330.0775960.0465670.0397850.30160.0335940.5433330.0803681.8940.0435110.1019670.0823140.38850.0324150.2211670.051650.69150.0728560.0330.040.2073330.0399360.1321670.0517280.5010.0355621.28470.0720114.7257670.050611

4 结论与讨论

(1)由于2010年降雨量大，降雨比较集中，同时单次降雨雨量较大，导致2010年各监测小区的径流量和泥沙含量都比2009年的大，2010年各小区的径流小区系数也要大于2009年。

(2)径流量和泥沙量与大雨量降雨的次数密切相关，大雨量的降雨次数越多，径流量和泥沙含量越大。

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[2] 田育新，李锡泉，袁正科，等. 湘南红壤区不同林分类型涵水保土效益研究[J]. 水土保持研究，2002，9(4)：80-82.

[3] 赵人俊. 流域水文模型—新安江模型与陕北模型[M]. 北京：水利电力出版社，1984：32-33.

[4] 马雪华. 森林水文学[M]. 北京：中国林业出版社，1993.

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Studyontherainfallofrunoffandsedimentyieldindifferenttypesforeststandofecologicalforestinredsoilregions

YANG Nan, TIAN Yuxin, LI Xiquan, NIU Yandong, YAO Min

(Hunan Academy of Foresty, Changsha 410004, China)

Based on the data of the orientation observation of different forest area types in the red soil regions of hill area in South Hunan, the difference of runoff and sediment yield were comparative analyzed between drought and rainy years. The results showed that the runoff, sediment yield and coefficient of runoff of the rainy year (2010) were bigger than the drought year (2009). The magnitudes of runoff and sediment yield were closely related to the frequency and rainfall values of large rainfall events.

rainfall; runoff；sediment yield；coefficient of runoff

2011-10-04

2011-10-13

S 157.1

A

1003-5710(2011)05-0039-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 05. 010

(文字编校：唐效蓉，龚玉子)