瓯江流域低丘缓坡地不同水土保持措施的水沙关系对比分析

毛伟华, 孙英军, 刘福瑶

（1.丽水市水文站，浙江 丽水 323002；2.浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

瓯江流域低丘缓坡地不同水土保持措施的水沙关系对比分析

毛伟华1, 孙英军2, 刘福瑶2

（1.丽水市水文站，浙江 丽水 323002；2.浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

通过针对瓯江流域为代表的南方红壤丘陵区低丘缓坡地建设模拟实施多类型水土保持措施(包括工程措施、植物措施、临时措施、综合措施等)，采用径流小区法进行观测、实验以及对比分析实验结果，得出各项措施条件下的水土流失情况、水土保持效果及措施优缺点，对瓯江流域开发建设项目水土保持措施的防治效果进行较为科学、严谨的实验论证，从而为当地开发建设项目水土流失预测及措施设计提供有力支持。

水土流失；低丘缓坡地；径流试验场；定量分析

1 问题的提出

水土流失是土地退化的根本原因，也是导致生态环境恶化的重要因素。就瓯江流域而言，上游红壤丘陵区的地形地貌、土壤植被以及气候等自然条件均容易造成水土流失的发生和发展。近年来，低丘缓坡地上各类生产建设项目的实施更加剧了中度以上侵蚀强度水土流失的发生。受地形地貌限制，此类在低丘缓坡地实施的建设项目，“三通一平”是其产生水土流失的重要环节，工程开挖填筑形成的裸露边坡及临时堆土堆料及弃渣场地等是造成水土流失的重要部位。

现阶段流域内生产建设项目实施的水土保持措施主要分为工程措施、植物措施和临时措施等类型[1]。其中工程措施主要有场地平整、道路及边坡的截排水措施，挖填边坡坡脚的挡墙等拦挡措施及砌石、喷锚支护等护坡措施；植物措施主要有绿化区域的植草、栽植乔灌木等，挖填边坡的植被护坡等措施；临时措施主要有施工期间场地的临时排水沉沙、堆土堆料的临时拦挡、苫盖等措施。

针对上述措施的适用条件、防治效果、优缺点及其改进措施，较少见相关研究报道[2]。针对瓯江流域低丘缓坡开发项目，本文拟通过径流小区模拟实施多类型水土保持措施，通过观测、实验以及对比分析[3]，得出各项措施条件下的水土流失状况、水土保持效果，对瓯江流域低丘缓坡区生产建设项目水土保持措施的防治效果进行较为科学、严谨的实验论证，从而为当地生产建设项目水土流失预测及措施设计提供有力支持。

2 实验场地建设

本实验采用径流小区法进行地面观测[4]。

为更真实地反映低丘缓坡园区生产建设项目水土流失情况，以及各项水土保持措施对园区开发建设水土流失治理所产生的效果，实验径流小区观测场场址选择浙江省丽水市经济开发区内石牛水文站后方的缓坡地带。小区位于山脚坡地，地形坡度约15°，现状土壤为红壤，周边主要为林地；所在地气候特征与丽水市基本一致，多年平均降水量1 474.1 mm，降水主要集中在4 — 9月。径流小区采用瓯江流域丽水地区园区开发建设区域典型土石混合渣作为垫层，共布设5个监测小区（见图1），分别为：

图1 各监测小区平面布置图

对比小区（1#小区）：不采取任何措施，保持坡面裸露。

工程措施小区（2 #小区）：坡面两侧设排水沟，下游坡脚设挡墙进行拦挡。

植物措施小区（3 #小区）：坡面铺植草皮。

临时措施小区（4 #小区）：坡面两侧及下游坡脚设填土草包围拦，坡面两侧填土草包外侧开挖土质临时排水沟。

综合措施小区（5 #小区）：坡面两侧设填土草包围挡，填土草包外侧设排水沟，下游坡脚设挡墙，坡面铺植草皮。

各小区垂直投影长20 m，宽5 m，坡度15°，小区下方设置采用矩形结构的砖砌集流池，每个小区集流池自左至右设置3个长为120 cm，宽为100 cm，深为100 cm的小水池。小区内草皮选择狗牙根；排水沟采用C15混凝土结构，底宽10 cm，衬砌厚度5 cm；临时排水沟采用土质结构，底宽10 cm。

3 观测内容与方法

本次实验主要观测内容为不同水土保持措施条件下各径流小区内的土壤流失量、水的流失量以及各项水土保持措施运行情况。

实验过程中，当次降水发生产流或日降水量大于10 mm时按照要求进行观测。一般降水观测时间为当日08∶00至次日08∶00，若遇暴雨等特殊情况，根据实际需要进行观测。

本次实验观测历时自2011年8月至2012年6月，观测期间总降水量1 257.8 mm，共获取43组观测数据。

4 实验数据分析

根据定性分析，持续降水对土壤侵蚀和水的流失具有显著促进作用，从而弱化了日降水量与土壤侵蚀、水的流失的相关性。故在对观测结果进行定量分析时，采用次降水量进行分析。

对于连续降雨，按逐日累加的方式分别计算次降水量（即：若某次降水持续n天，日降水量分别为t1，t2，…，tn，则该次降水量为

相应地，对土壤流失量和水的流失量作相同处理。

为尽可能排除下垫面含水率对土壤流失量和水的流失量观测结果的影响，根据降水日期对观测数据系列进行筛选，选取距上次降水间隔10 d以上的数据系列作为定性分析的数据系列，尽可能使下垫面含水率基本一致。

4.1 土壤流失实验结果分析

各小区土壤流失量与降水量之间的线性回归分析结果汇总见表1和图2。

表1 各小区土壤流失量与降水量线性回归分析结果汇总表

图2 各小区土壤流失量与降水量线性回归关系分析汇总图

从表1和图2可以看出，对比小区（1#）、临时措施小区（4#）和综合措施小区（5#）的土壤流失量和降水量之间均有较好的相关性；工程措施小区（2#）相关性较差，决定系数R2= 0.320 3；植物措施小区（3#）未检出明显的土壤流失。

根据各小区降水量与土壤流失量的线性回归定量分析，各措施小区的保土效果依次为：植物措施小区（3#）＞工程措施小区（2#）＞综合措施小区（5#）＞临时措施小区（4#），其中植物措施小区（3#）、工程措施小区（2#）和综合措施小区（5#）的保土效果为正效应，临时措施小区（4#）的保土效果为负效应。

根据实验结果，结合水土保持措施机理分析，综合措施小区与临时措施小区的保土效果实验结果较理论上的规律存在偏离。经现场查勘及分析，临时措施小区（4#）由于填土草包风化，以及临时排水沟抗冲蚀能力较差，措施的不足一定程度增加水土流失量，故监测数据呈现保土效果为负效应。综合措施小区受临时措施的负效应影响，其保土效应也较工程、植物措施略差。

4.2 水的流失实验结果分析

各小区水的流失量与降水量之间的线性回归分析结果汇总见表2和图3。

表2 各小区水的流失量与降水量线性回归分析结果汇总表

图3 各小区水的流失量与降水量线性回归关系分析汇总图

从表2和图3可以看出，对比小区（1#）、植物措施小区（3#）、临时措施小区（4#）和综合措施小区（5#）的水的流失量和降水量之间的相关性较好，决定系数R2在0.600 0 ～ 0.700 0；而工程措施小区（2#）相关性较差，决定系数R2= 0.335 9。

根据线性回归分析结果，各措施小区的保水效果依次为：植物措施小区（3#）＞工程措施小区（2#）＞综合措施小区（5#）＞临时措施小区（4#），其中植物措施小区（3#）、工程措施小区（2#）和综合措施小区（5#）的保水效果为正效应，而临时措施的保水效果为负效应。综合措施小区与临时措施小区的保水效果实验结果偏离原因同4.1节。

与保土效果分析结果比较，各措施小区保水效果与保土效果规律基本一致。

5 结论及建议

通过瓯江流域园区建设项目水土流失控制与应用研究，得出以下结论：

（1）一般情况下，降水量与土壤流失量成显著的正相关关系，即降水越大，侵蚀量越大。

（2）土壤流失量、水的流失量与下垫面含水率直接相关。持续性降水导致下垫面含水率较高甚至接近饱和后，则后续降水以形成地表径流流失为主，大量冲刷坡面，导致相对较大的土壤流失量和水的流失量。

（3）临时措施小区由于措施的缺陷，保水保土作用均不明显，一定程度上呈负效应。

（4）通过定量分析，各措施小区的保土保水效果依次为：植物措施小区＞工程措施小区＞综合措施小区＞临时措施小区，其中临时措施小区由于建设措施较低呈现为负效应，其余为正效应。

（5）本文5个小区，共计43组数据，实验观测历时及数据系列偏短，所统计的结果受异常结果影响较大，因此，基于本文观测的数据只进行了简单分析，其结论尚需在大量观测数据的基础上进一步论证。

通过对各小区不同水土保持措施对防治水土流失的效果观测分析，结合当地气象、水文、土壤等条件，对瓯江流域低丘缓坡地各类生产建设项目水土流失控制措施提出以下建议[6-7]：

（1）截排水沟及挡墙等工程措施可以快速、有效地拦挡松散堆积体，排导坡面汇水，降低降水对坡面的冲刷，减少土壤流失量，具有较好的保土效果；同时拦挡措施可以一定程度上拦截坡面径流和壤中流，迫使其入渗，具有一定的保水作用。因此，在开发区建设过程中，应在坡面形成之初，及时实施截排水沟及挡墙拦挡等工程措施。

（2）铺植草皮等植物措施可以通过植物对降水的阻截，减少对坡面的冲刷，增加降水入渗量，快速降低坡面的径流系数，从而快速有效地减少水土流失，具有良好的保水保土作用。因此，在工程建设过程中应根据工程各部位实际条件，及时实施植物措施。

（3）填土草包、土质临时排水沟等临时措施存在诸如填土草包材料易风化、临时排水沟抗冲蚀能力较差等不足，一定程度上可能增加水土流失量。因此，在实施各项临时措施时应特别注意材质、结构的选择，提高临时措施的水土保持效果。

（4）在对临时措施进行优化后，综合实施工程、植物和临时措施可起到更佳的保水保土作用。

[1] 许晓鸿，常晓东，刘艳军，等．开发建设项目水土保持监测方法探讨[J]．水土保持研究，2007，14(3)：57 - 58．

[2]张茨林，谢颂华，陈文波，等．面状开发建设项目水土流失监测研究[J]．水土保持通报，2007，27(4)：71 - 74．

[3] 张茨林，谢颂华，曾建玲．江西省人为水土流失现状调查与防治研究[J]．农业工程学报，2008， 24(8)：54 - 57．

[4] 江涛，楼琦，李海林．浙江省开发建设项目水保方案执行情况综评[J]．水土保持应用技术，2008 (3)：35 - 37．

[5] 牛俊文，张锦娟．浙江省园区开发水土流失防治模式[J]．水土保持应用技术，2010(2)：30 - 32．

[5] 张茨林，谢颂华，曾建玲．江西省人为水土流失现状调查与防治研究[J]．农业工程学报，2008，24(8)：54 - 57．

[6] 廖承彬，张锦娟，李 钢．低丘缓坡居住小区建设水土流失防治初探[J]．浙江水利科技，2014(3)：15 - 16，22．

[7] 陈茂青，黄小燕，李世锋．浙江省小流域水土流失综合治理措施浅析 — 以临安市桃源溪小流域为例[J]．浙江水利科技，2013(1)：58 - 59，62．

（责任编辑 郎忘忧）

Comparative Analysis on Water and Sediment Relationship under Different Soil and Water Conservation Measures at Low Hills and Gentle Slopes in Oujiang Watershed

MAO Wei - hua1，SUN Ying - jun2，LIU Fu - yao2
(1. Hydrological Station of Lishui，Lishui 323002，Zhejiang，China；2. Hydrological Bureau of Zhejiang Province，Hangzhou 310009，Zhejiang，China)

Various soil and water conservation measures such as engineering measures，plant measures，temporary measures and comprehensive measures were simulated in Oujiang Watershed，a typical red soil region with low hills and gentle slopes. Runoff plot method was adopted to observe，test and comparatively analyze the experimental results. Soil and water loss situation，conservation effects，strengths and drawbacks of respective measures were concluded to conduct a scientif i c and rigorous argument on the prevention and control effects of soil and water conservation measures taken for development projects in Oujiang Watershed.This study can greatly help the soil and water loss prediction and measure design for local development and construction projects.

soil and water loss；low hills and gentle slopes；runoff plot；quantitative analysis

S157

A

1008 - 701X(2017)04 - 0004 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.002

2016-02-06

浙江省科学技术厅科技计划项目(2012F2004)；浙江省水利厅科技计划项目( RB0918 )。

毛伟华(1968 - )，男，工程师，大学本科，主要从事水文水资源管理工作。E - mail：1047787994@qq.com