土石山区径流小区水土流失规律分析

吕爱霞 ，马 良

（1.莱芜市水土保持办公室，山东 莱芜 271100；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250013）

山东省属全国六大水土保持分区中“北方土石山区”片，由于山多坡陡、表土层疏松、土壤粗骨化和石砾化发育，加之降雨集中且强度大，在山丘区极易形成较大的地表径流，产生较强的径流冲刷力，从而使水土流失不断发展。本研究通过长期布设在山东省土石山区径流小区的实测资料，分析降雨、坡长、坡度等因子对不同径流小区所产生的径流量和侵蚀量的影响，阐明各因子影响下的水土流失变化规律，为土石山区坡耕地整治和坡地资源合理开发利用提供理论依据和实践指导，对土石山区小流域水土流失防治和清洁型小流域建设具有积极的作用。研究试验区径流小区布设在莱芜市栖龙湾水土保持科技示范园内，地处莱芜市北部山区、黄河流域大汶河支流嬴汶河中上游。园区气候属温带半湿润大陆性季风型，多年平均降水量760 mm，多年平均气温11.2℃；岩石以片麻岩为主，土壤以山地棕壤为主；植被为温带落叶阔叶林，主要农作物有小麦、花生和玉米等。

1 试验材料与观测方法

1.1 试验材料和径流小区布设

试验区设于 10°、15°、20°、25°、30°等 5 个坡度，每个坡度设5个径流小区，小区宽5 m，长10 m，水平投影面积50 m2。每个坡度都设置了裸地小区，用以对照，其他4个小区布置了当地常用的水土保持措施。此外，试验区内布设气象站、自计雨量筒各1个，试验仪器设备1套。

1.2 观测方法

1）降雨量和降雨强度观测：径流小区内布设自计雨量筒自动记录降雨过程，据此计算降雨量（P）和降雨强度（I）。2）径流量和侵蚀量观测：使用集水池测量径流小区的径流量（Q）；用取样桶采集泥沙样品，将水沙充分搅拌均匀后取样混合、过滤、烘干称量，测量侵蚀量（Ms）。3）降雨分级：分别按雨量和降雨雨强对降雨进行分级，其中雨量分6级，即0～9.9、10.0～24.9、25.0～49.9、50.0～99.9 和>100.0 mm； 降雨雨强分 7 级，即 0～5、5～10、10～20、20～30、30～40、40～50 和>50 mm/h。4）数据处理：运用 SPSS 11.5、EXCEL 2003软件进行相关分析、方程拟合等计算，建立影响因子与径流量、侵蚀量的回归方程。

2 结果分析

2.1 不同降雨等级对径流量、侵蚀量的影响

通过2008—2010年对第1组径流小区径流量和侵蚀量的观测（详见表1、表2），得到随雨量或雨强的增加，各小区径流量、侵蚀量均呈现不同程度增加的规律。这表明，尽管土壤入渗和植被截留等对降雨起始阶段下小区的产流和产沙有一定降低作用，但随降雨雨量或雨强的增加，雨滴的汇集及剥蚀的作用大于被入渗及截留的程度，从而产生地表径流，并随雨量或雨强的增加而加大，在地表造成土壤颗粒搬运、迁移、堆积等形式的侵蚀也不断发展。

2.2 不同措施对径流量、侵蚀量的影响

通过第4组坡度25°狗牙根草、黄荆、刺槐、赤松及裸地（对照）5种径流小区的雨量、雨强与径流量、侵蚀量之间的相关分析（详见表3），雨量、雨强与径流量、侵蚀量的相关程度均达到极显著水平，且降雨要素与侵蚀量的相关程度高于降雨与径流量的程度。研究中还采用回归模型来拟合降雨要素与径流量、侵蚀量的关系，以相关系数最高为指标筛选出精度最高的回归模型，结果如图1～图4。可见，雨量与径流量、侵蚀量均呈y=ax+b直线相关关系，而雨强与径流量、侵蚀量呈三次函数y=b0+b1x+b2x2+b3x3关系。同时，尽管增加程度不同，但各小区的径流量和侵蚀量均随雨量、雨强的增加而不断增大。

表1 不同雨量下径流小区的平均径流量、侵蚀量

表2 不同雨强下径流小区的平均径流量、侵蚀量

表3 不同措施降雨因子与径流量、侵蚀量的相关系数

在相同坡度、降雨下，随降雨雨量和雨强的不断增加，不同措施小区的径流量和侵蚀量的变化幅度呈现不同程度的增加，依次为裸地>赤松>刺槐>黄荆>草地。这是因为赤松、刺槐是高大乔木，叶片截留的降雨又落入地表，形成林间雨，对土壤造成一定程度的击溅侵蚀，所产生的径流量及泥沙量相对较大。而灌木、草本是低矮植被，叶片可紧贴地表，因此黄荆、草地的径流小区径流量和侵蚀量较小。

2.3 不同坡度对径流量、侵蚀量的影响

选取坡长同为 10 m，坡度 10°、15°、20°的 3 个坡度均顺坡种植花生径流小区的径流量、侵蚀量数据进行分析，比较结果见图5～图6。

相同措施下，小区产生的径流量和侵蚀量均随坡度增加而增加。这是由于坡度增加的影响，相同坡长的情况下水流用较短的时间就能流出，因此当土壤入渗速度相同时，由于入渗时间短、入渗量小，而增大了径流量，增加的径流对表层土壤的冲刷力也加大，造成侵蚀量的增加。

由于在山丘区进行花生种植等农艺生产时，不可避免对径流小区进行播种、翻耕等人为活动，导致地表疏松，而疏松的地表土壤又易被击溅流失，造成坡耕地上的水土流失愈加严重。因此，建议对坡耕地进行整治，顺坡种植方式改为土坎梯田种植，可减轻水土流失的程度。

3 结论

通过对山东省土石山区径流小区多年观测数据的分析，得到以下主要结论：1）随降雨雨量和雨强的增大，各径流小区的径流量和侵蚀量均存在不同程度的增加。2）不同措施径流小区内的径流量、侵蚀量随降雨要素增加而增加的程度各不相同，其中乔本小区增加程度明显高于灌草小区。通过回归分析和方程拟合，得到雨量与径流量、侵蚀量均呈y=ax+b线性关系，而雨强与径流量、侵蚀量呈多项式y=b0+函数关系。3）不同坡度下，顺坡种植花生小区的径流量、侵蚀量都随坡度的增加而增加。建议坡度较大的坡耕地进行整治，避免顺坡耕作，推荐梯田种植方式。

［1］王礼先.小流域综合治理的概念与原则［J］．中国水土保持，2006（2）．

［2］姜德文.小流域综合治理持续发展的重大技术问题［J］．中国水土保持科学，2005，3（2）．

［3］水建国，叶元林，王建红，等.中国红壤丘陵区水土流失规律与土壤允许侵蚀量的研究［J］.水土保持学报，2003，36（2）:179-83．