黄土丘陵沟壑区小流域综合治理对产流规律的影响

贾 芳

(山西省水土保持科学研究所)

晋西黄土丘陵沟壑区是全省水土流失最为严重的区域，为了研究小流域的水土流失规律和水土保持综合治理效益，我所在20世纪50年代就选择了离石县王家沟小流域作为试验区。该流域总面积9.1 km2，地处黄河一级支流三川河流域的北川河东岸，沟壑纵横，地形破碎，属典型的黄土丘陵沟壑地貌。在研究方法上，选取王家沟小流域流向一致、地形差别不大、面积基本相同的2条一级小支沟—羊道沟和插财主沟，前者不治理，后者综合治理，分别在沟口设置测流堰，进行径流、泥沙对比观测研究。

1 2条小支沟基本情况

1.1 羊道沟

羊道沟是王家沟流域主沟左岸的一条支沟，集水面积 0.206 km2。主沟长 752 m，平均比降12.7%，平均坡度 31°，高差 173.5 m。中上部狭窄陡峻，比降28.5%，是土壤侵蚀最为严重的地带;下部沟道较缓，比降2.3%。土壤侵蚀类型主要为水蚀，在沟间地上以细沟、浅沟侵蚀为主。在黄土质沟坡，以冲沟、陷穴、滑塌、崩塌等侵蚀为主。沟底为第三纪红土出露区，除水力侵蚀外，存在较严重的泻溜侵蚀。据观测，40°以上的红土陡坡，年泻溜侵蚀模数为48 600 t/km2。由于不治理，地形地貌与土地利用基本保持自然状态，水土流失的发生与发展顺其自然规律。

1.2 插财主沟

插财主沟与羊道沟毗邻，流向一致，自然条件基本相同。集水面积0.193 km2，主沟长776 m，平均比降11.9%，平均坡度 31°，高差167.0 m。中上部狭窄陡峻，比降 32.9%;下部沟道较缓，比降2.33%。治理前，土壤侵蚀形式、强度与羊道沟基本相同。该支沟的水土保持综合治理从1956年开始，主要采取坡耕地人工修梯田、种草及造林绿化等措施，至1970年底治理面积达0.151 km2，占总面积78.3%。特别是占总面积 65.2%的坡耕地，有90.8%被修成了梯田。由于“集中、综合、连续”治理以及采取封禁措施，荒坡植被得以恢复，控制水土流失的作用明显。

2 水土保持综合治理对产流特征的影响

小流域一般由坡面和沟道等不同的地形地貌所组成，径流起始于坡面，从上到下，从坡到沟运行。按此水土流失规律，从坡面到沟道，层层设防对径流进行拦截和调控，就遏制住了源头，抓住了解决问题的根本，是控制整个小流域水土流失的正确途径。历史的教训值得警觉，只强调或顾及某一方面，是不能成功治理水土流失的。插财主沟坡面由于经过水土保持综合治理，增大了地面糙率，截短了径流流线，加之植被覆盖率提高，降雨入渗时间、产流和汇流时间相应延长，土壤的入渗量大大增加，坡面形成的径流量大为减少，故集水区出口的产流次数减少，相应的集水区径流深、洪峰流量亦减小，洪峰出现时间延长。下面从产流次数、径流深、洪峰流量及洪峰出现时间等方面，对采取了综合治理措施的插财主沟和未采取任何措施的羊道沟，进行产流特征参数对比分析。

2.1 综合治理减少了沟道的产流次数

根据1956－1970年的观测资料，羊道沟与插财主沟的产流次数明显不同(见图1)。从图1可以看出，除干旱严重的1961年和1965年仅发生1次产流外，其余年份的产流次数为2－17次。15年间，羊道沟共发生产流117次，年最多产流次数为17次，年均产流次数为7.8次;插财主沟共发生产流99次，年最多产流次数为16次，年均产流次数为6.6次。从年均产流次数看，插财主沟比羊道沟少1.2 次，减少比率为15.4%。

2.2 综合治理减小了径流深

图1 两条沟道产流次数对比图

根据1956－1970年的观测资料，在同样降雨条件下，无论年浑水径流深还是清水径流深，羊道沟均比插财主沟要大很多(见图2)。15年间，羊道沟总的浑水径流深为549.6 mm，年最大浑水径流深为94.9 mm，年最小浑水径流深为0.8 mm，年均浑水径流深为36.6 mm;插财主沟总的浑水径流深为243.7 mm，年最大浑水径流深为 52.5 mm，年最小浑水径流深为 0.3 mm，年均浑水径流深为16.2 mm;从年均浑水径流深看，插财主沟比羊道沟减少了20.4 mm，减少比率为55.7%。

图2 两条沟道径流深对比图

2.3 综合治理减小了洪峰流量，推后了洪峰出现时间

为了分析水土保持综合治理对洪峰流量、洪峰出现时间的影响，选择了6次典型降雨的特征值(见表1)。从表1可以看出，在次平均产流降雨量为73.8 mm，平均历时为 587 min，平均雨强为0.165 mm/min情况下，羊道沟的平均产流时间为496 min，而插财主沟的平均产流时间为453 min，二者相比产流时间推迟了43 min;羊道沟的最大洪峰流量为1.39 －4.08 m3/s，平均值为2.58 m3/s，而插财主沟的最大洪峰流量为0.28－2.75 m3/s，平均值为1.33 m3/s，二者相比最大洪峰流量平均值降低了1.25 m3/s，降低率达48.44%。为了进一步分析水土保持综合治理与不治理对小流域洪水的影响，选择了1958年7月29日和1970年8月29日2次雨量接近的产流降水，其径流量对比过程线见图3。从图3可以看出，插财主沟和羊道沟相比，时段径流峰值差异很大，洪峰流量减少，洪峰出现时间推后，1970年8月29日降雨产流时间推迟30 min以上。

表1 典型降雨特征值

图3 两条沟道2次暴雨径流过程线对比图

3 结论

从上述定位观测资料分析，可以得出以下结论:在水土流失治理程度78.3%的情况下，小流域综合治理对产流的影响很大，相对不治理:年均产流次数减少1.2次，减少率15.4%;年均浑水径流深减小20.4 mm，降少率55.7%。在次均产流降雨量、平均降雨历时和平均雨强相同情况下，治理小流域比不治理小流域，产流时间可推迟43 min，最大洪峰流量平均值可降低48.44%。小流域水土保持综合治理对产流影响的机理，主要是因为增大了地面糙率，截短了径流流线，提高了植被覆盖率，土壤的入渗量大大增加，从而使降雨的产流、汇流时间相应延长，产流次数减少，洪峰流量减小，洪峰出现时间延长。由此可见，实行小流域水土保持综合治理，建立层层拦蓄防线，是控制水土流失的可靠途径。