黑龙江省东南部山地小流域侵蚀沟基本特征分析

2018-06-13李志飞单洪伟

中国水土保持 2018年6期

李志飞，单洪伟，杨薇

(黑龙江省水土保持科学研究院，黑龙江哈尔滨 150070)

黑龙江省沟蚀问题严重，沟蚀的危害主要表现为加剧水土流失、损毁耕地、降低机耕效率、损害农业综合生产能力、促发雨洪灾害、威胁村屯安全[1-2]。据全国第一次水利普查成果，黑龙江省规模以上侵蚀沟(100～5 000 m)共有11.55万条，主要分布在中部漫川漫岗区和东南部山地区，其中中部漫川漫岗区和东南部山地区分别有侵蚀沟48 777、39 918条，占侵蚀沟总数的42%和35%。现在侵蚀沟专项治理已经列入《黑龙江省水土保持规划(2015—2030年)》，是今后黑龙江省水土保持工作的重要部分。

近年来，科研人员针对不同区域、不同类型侵蚀沟的分布特征、发生发育机理等进行了大量研究[3-14]。就黑龙江省而言，相关研究主要集中在中部的漫川漫岗黑土区，而对东南部山地区的研究则比较少。研究方法上多采用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)技术等对大区域、大流域尺度进行研究，判别精度有限。基于上述研究现状，本研究在小流域尺度上，以黑龙江省宁安市葡萄沟小流域为研究区，结合Google Earth，利用RTK系统对葡萄沟小流域内的26条侵蚀沟进行精准测量与分析，以分析黑龙江省东南部山地区侵蚀沟基本特征，为黑龙江省侵蚀沟分区分类、规模治理提供基础数据支持，这对于查清黑龙江省沟蚀分布与现状、制定科学决策具有重要的现实意义。

1 研究区概况

研究区位于黑龙江省东南部宁安市宁安镇葡萄沟村，地处牡丹江市、海林市和宁安市交界处，地理位置介于E129°21′21″～129°23′29″、N44°23′53″～44°25′07″，地貌类型为低山丘陵，海拔300～550 m。土壤类型以沙质暗棕壤和白浆土为主，在沿河低洼地存有草甸土。属中温带大陆性气候区，年均气温4.0 ℃，年均日照时数2 675 h，无霜期135 d，≥10 ℃年积温2 646 ℃，年均降水量570 mm，年均径流深200 mm，降雨集中在6—9月，期间降水量占年降水量的70%。林草覆盖率仅为26.7%，水土流失严重，以水力侵蚀为主，主要形式为面蚀和沟蚀。研究区范围和侵蚀沟分布见图1。

图1 研究区范围及侵蚀沟分布

2 研究方法

结合Google Earth影像数据，利用RTK系统，对研究区内侵蚀沟逐条进行测量，包括沟沿线、比降、典型断面尺寸等，获取侵蚀沟长、宽、深、边坡角度、沟壑面积等基础数据。侵蚀沟密度、宽深比、宽长比等参数计算公式分别为：侵蚀沟密度=沟壑长度/小流域面积；宽深比=沟宽/沟深；宽长比=沟宽/沟长。研究区侵蚀沟基本特征见表1。

3 结果与分析

3.1 侵蚀沟分布特征

由图1可以看出，葡萄沟小流域由2个微流域归并而成，总面积为3.75 km2，共有侵蚀沟26条，沟壑占地面积6.86 hm2。按照分水岭划分，有2条主沟，两侧坡面从上而下分别发展出10、14条支沟，呈羽状分布。其中，除2条主沟长在2 000 m以上外，其余多数支沟长度为100～400 m(22条)，只有2条支沟长度为500～1 000 m。

小流域出口处是葡萄沟村村部所在地。侵蚀沟坡降大、植被稀疏，截持水能力远低于坡面，遇强降雨，坡面上大量的侵蚀沟便成为水沙输送通道，加速雨水的汇集作用，加快洪峰形成，加大洪峰流量，容易诱发雨洪灾害，对下游村屯安全造成较大威胁。

表1 研究区侵蚀沟基本特征

3.2 侵蚀沟分级与密度

按照水利部松辽水利委员会制定的东北黑土区侵蚀沟分级标准(表2)，研究区内有小型沟21条、中型沟4条、大型沟1条，小型沟是治理的主体。

表2 侵蚀沟分级标准 hm2

经计算，研究区内侵蚀沟密度为2.71 km/km2。而根据全国第一次水利普查成果，研究区侵蚀沟密度为0.19 km/km2。研究区内的侵蚀沟密度是普查成果的14倍之多，一个重要的原因是研究区以小型沟为主，而全国第一次水利普查时因遥感影像精度有限，对此类小型沟的判别不具可操作性。

3.3 沟道纵比降及沟道边坡坡度

沟道纵比降，即侵蚀沟所在坡面的坡度，是侵蚀沟形成的重要地形因素。在其他因素一致的情况下，纵比降越大，越容易形成侵蚀沟。调查结果显示，研究区多数侵蚀沟纵比降在10%(6°)以上，最大的可达21%(12°)，而东北漫川漫岗区平均沟道纵比降为5.95%[14]，可见相比东北漫川漫岗区，东南部山地区侵蚀沟纵比降更大。

在测量中发现，侵蚀沟断面情况非常复杂，基本没有规则的形状，一条侵蚀沟同时存在V形和U形的断面很常见，边坡坡度值只能是选取典型断面的平均值。结果显示，典型断面边坡坡度介于21°～78°，其中土壤安息角在35°以上的有19条，占侵蚀沟总数的73%，这说明多数侵蚀沟边坡不稳定，有坍塌、滑动的可能。

3.4 侵蚀沟宽长比及宽深比

宽长比，即侵蚀沟宽度与长度的比值。较大的宽长比说明侵蚀沟的两侧来水较大造成岸坡不断地塌陷和扩张；较小的宽长比则说明沟蚀的水流主要来自沟头，而且水流在前进过程中流量变化不大。东北黑土区坡耕地上的侵蚀沟宽长比平均为0.026 9[12]。经计算，研究区内侵蚀沟宽长比平均为0.033 3，说明研究区侵蚀沟两侧来水量较大，除了沟头水流，两侧坡面汇水也是侵蚀沟洪峰流量的重要组成部分。

宽深比，即侵蚀沟宽度与深度的比值，可以表征各类侵蚀沟断面的宽浅和窄深程度。宽深比的概念与文献[4]中的“开析度(K)”的概念一致，反映了侵蚀沟的宏观地形开阔特征。一般来说沟道开析度越大，沟道越开阔，K<0.35为深切型，0.35≤K≤0.65为半开析型，K>0.65为开析型。经计算，研究区内侵蚀沟均宽和均深范围分别为2.86～12.06和1.18～4.14 m，宽深比介于1.79～6.36，均大于0.65，属开析型侵蚀沟，说明研究区侵蚀沟比较开阔，沟道的立地条件较好，开发利用潜力较大。

3.5 侵蚀沟沟头高差

沟头高差即沟头处沟底和沟口沿高程差，是决定沟头防护措施类型和规格的重要因素。调查显示，研究区内有12条侵蚀沟无明显沟头高差，比例接近1/2，其余沟头高差介于1.00～5.00 m。

调查发现，有的侵蚀沟沟头处虽然没有明显的高差，但是在沟中位置却出现一处甚至几处较明显的高差；侵蚀沟与农道交叉处，在农道下方有时也会有明显的高差。这些地方虽然不在沟头，但是也需要修建跌水，以有效防止沟底下切和破坏农道。

4 结论

本次调查结合Google Earth，利用RTK系统在小流域尺度上对侵蚀沟进行精准测量，具有快速、精度高、成本低等优点，可以较好地满足侵蚀沟科研、规划设计需求。

根据葡萄沟小流域调查结果，黑龙江省东南部山地区侵蚀沟以小型沟为主，沟长多为100～400 m，宽长比较大，沟道比较开阔，沟道比降大，沟头高差均小于5.00 m，边坡不稳定，沟壑密度大，大量的侵蚀沟剥蚀耕地资源，威胁村屯安全和群众的生命财产安全。在以后的侵蚀沟治理工作中，应该充分考虑不同区域的侵蚀沟特点，科学决策，采取合理措施，以达到更好的治理效果。

[参考文献]

[1] 李浩,张兴义,刘爽,等.典型黑土区村级尺度侵蚀沟演变[J].中国水土保持科学,2012,10(2):21-28.

[2] 秦伟,左长清,范建荣,等.东北黑土区侵蚀沟治理对策[J].中国水利,2014(20):37-41.

[3] 衣强,张岩,张红峰,等.豫西黄土丘陵区侵蚀沟空间分布特征研究[J].人民黄河,2016,38(11):85-88.

[4] 蒋岩初,张文太,盛建东.天山北坡典型小流域侵蚀沟形态特征及其成因[J].水土保持通报,2017,37(1):304-307.

[5] 闫业超,张树文,岳书平.克拜东部黑土区侵蚀沟遥感分类与空间格局分析[J].地理科学,2007,27(2):193-199.

[6] 闫业超,张树文,岳书平.基于Corona和Spot影像的近40年黑土典型区侵蚀沟动态变化[J].资源科学,2006,28(6):154-160.

[7] 芦贵君,张瑜,许文旭,等.吉林省侵蚀沟区域分布特征研究[J].中国水土保持,2007(2):53-56.

[8] 范海峰,白建宏,王勇.基于高分辨率遥感影像调查侵蚀沟的方法[J].东北水利水电,2009,27(6):56-57.

[9] 唐莉,孟令钦,张锋.黑土区坡耕地侵蚀沟发育机理[J].安徽农业科学,2012,40(2):819-821,827.

[10] 李飞,张树文,李天奇.东北典型黑土区南部侵蚀沟与地形要素之间的空间分布关系[J].土壤与作物,2012,1(3):148-154.

[11] 张旭,顾广贺,范昊明,等.东北黑土区降雨侵蚀力与侵蚀沟发育关系研究[J].沈阳农业大学学报,2014,45(2):249-252.