堆积土水土流失特征及关键影响因子分析

2018-10-19范世俊章龙飞

水利技术监督 2018年5期

范世俊，章龙飞

(江西省水土保持科学研究院，江西南昌 330029)

江西省水土流失面积约占全省总面积的20%，其中，强度侵蚀以上面积占水土流失面积的1/3，虽然近些年来通过采取各种水土保持措施，其土壤侵蚀的总量在逐渐减少，但局部地区的水土流失现象仍然十分严重，水土保持工作任重而道远[1-2]。

水土流失的研究工作经过多年的发展，已逐步形成了一套相对成熟的研究理论和方法，比如VIC模型与改进通用土壤侵蚀方程相耦合，可实现对水土流失时空分布格局的模拟[3]；WPAPP和物元可拓模型可实现对水土保持措施综合效益的分析评价[4-5]；SEBAL模型则可以对不同水土保持措施下的流域蒸腾蒸发量进行计算[6]；MULSE模型则综合考虑了水文气象因素和研究区下垫面情况，可实现对小流域水土流失较高精度的模拟[7]。不同地区的水土流失情况有很大差异，引起水土流失的原因也是多种多样，必须因地制宜，对区域的水土流失特征和影响因子进行分析和评判，才能有针对性地采取应对方案，保证水土保持工作的效益性[8]。

1 赣江流域水土流失现状

赣江是鄱阳湖流域第一大河，流域面积约为83500km2，水土流失面积约为15523.44km2，占江西省全省水土流失面积的46.38%，且强烈水土流失区占比达到了31.6%，可见，赣江流域水土流失问题是江西省水土流失问题的主要区域，如图1所示。目前，赣江流域的水土流失的特点主要为面积大、范围广，侵蚀类型多样、流失强度大等，这给当地造成土地退化，降低土壤养分；淤塞江河湖库，加剧洪涝风险；影响航运，破坏生态等诸多问题。堆积土是指经过人为扰动过后的松散弃土，是水土流失的重要源地，因此，文章选取该流域某一扰动地堆积土区域进行了现场试验分析，期望能为该流域类似水土流失区的水土保持研究提供理论支撑。

图1 江西省各区域水土流失情况统计

2 堆积土水土流失特征分析

2.1 堆积时间的影响分析

堆积时间对堆积土径流量和泥沙流失的影响规律如图2所示。从图2中可以看到，随着时间的增加，各种堆积土的累计径流量和产沙量呈逐渐升高的趋势，但产沙率随时间呈逐渐降低的特征；相同试验时间下，新弃土(2a以下)的累计径流量和产沙量变化幅度最大，其次为老弃土(2a以上)，最后为自然土。新老弃土的径流量和产沙量明显高于自然土，新弃土由于堆积时间短，还处于比较松散的状态，抗冲蚀能力降低，因而产沙量最大；表明土壤经过人为扰动之后，更易发生水土流失，要对新老弃土进行拦挡和植物固沙措施。

图2 堆积时间对水土流失特征影响

2.2 坡度的影响分析

相同类型堆积土(新弃土)下，不同堆积坡度的径流及泥沙流失特征如图3所示。从图3中可以发现：累计径流量随试验时间呈线性增长，且坡度越大，径流量越大；相同坡度下，累计产沙量变化较为复杂，在低坡度为5°时，累计产沙量增长较慢，20min时，仅为2kg左右；而当坡度大于等于15°时，产沙量增长幅度较快，但随着试验时间的增加，产沙率有所降低，并最终趋于稳定。

2.3 冲刷强度的影响分析

不同冲刷强度下堆积土(新弃土)的径流量及产沙量如图4所示。从图4中可以看到：3种冲刷强度下，累计径流量均近似呈线性增长，冲刷强度越大，累计径流量的增长率越大；累计产沙量随试验时间的增加近似呈幂函数型增长，产沙率呈逐渐减小趋势，最后趋于稳定，冲刷强度越大，产沙量越高，水土流失越严重；冲刷强度小于等于500L/h时，在短时间内，两者的产沙量相差不大，但当时间超过12min后，500L/h冲刷强度下的累计产沙量逐渐大于300L/h冲刷强度的产沙量，冲刷强度达到700L/h后，土壤流失量较大。

图3 坡度对水土流失特征影响

图4 冲刷强度对水土流失特征影响

2.4 覆盖度的影响分析

对试验区域进行了0%、30%、60%以及90%覆盖度下(新弃土)的径流和产沙量分析，如图5所示。从图5中可以清楚地看到：各覆盖度下的累计径流量仍然呈线性增加，且增长斜率大小依次为：无覆盖、30%覆盖、60%覆盖以及90%覆盖，当覆盖度达到60%后，覆盖度对累计径流量已没有明显的影响；无覆盖时，累计产沙量明显大于有覆盖度下的累计产沙量，随着覆盖度的增加，累计产沙量逐渐降低，但覆盖度下的产沙量相差不大，可见植被对堆积土水土流失防控的重要性。

图5 覆盖度对水土流失特征影响

3 关键影响因子分析

关键影响因子是指对种群数据大小变化对目标层影响度(重要性)大小分析。因子分析法模型为：

Zj=aj1F1+aj2F2+…+ajmFm+Uj(j=1，2，3…n，n为原始变量总数)

(1)

式中，Zj—第j个变量的标准化分数值；Fi—共同因素；m—共同因素数量；Uj—Zj的唯一因素；aji—因素的负荷量大小。将试验数据代入式(1)，并建立相应的分析矩阵，通过SPSS软件计算得到的四种因素对径流量和产沙量的特征值大小见表1。从表中1可以看到，覆盖度的平均特征值大小为3.1，冲刷强度为2.8，坡度为2.5，堆积时间为2.0，表明覆盖度和冲刷强度是影响堆积土水土流失特征的关键因素，坡度和堆积时间是次要因素，对人为扰动过后的堆积土区域，应重点进行植被恢复以及疏排水沟的建设。