平顺县白马小流域综合观测站径流小区监测结果分析

2023-11-30贾俊杰

山西水土保持科技 2023年2期

贾俊杰

（山西水资源研究所有限公司，山西太原 030001）

水土保持监测工作是建设水利工程项目的基础保障，采取有效治理措施防治水土流失是全面落实水土保持规划及法律法规的必要手段。运用适宜的技术手段监测水土流失动态数据，可为科学研究水土流失变化趋势和规律提供数据支撑，同时为有关行政部门提供防治水土流失的信息支持。本文基于近5 a 白马小流域综合观测站水土流失监测数据，分析了植被措施及工程措施的蓄水保土效果，研究成果可为我省水土流失防治工作提供理论及数据参考。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究区概况

平顺县白马小流域综合观测站在水土保持区划上属于北方土石山区一级区中的太行山山地丘陵二级区，三级区划为太行山西南部山地丘陵保土水源涵养区，属于太行山国家级水土流失重点治理区，行政区划属平顺县青羊镇白马村，监测点码CF1421534130。流域为典型北方土石山区，属海河流域浊漳河水系，暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量628.9 mm，多年平均气温9.1℃，大于10℃积温3 177.5℃，多年平均蒸发量1 631.6 mm，平均风速2.3 m/s，无霜期125 d。土壤侵蚀类型以水蚀为主。按照径流场监测技术要求，依据流域地形地貌特点，选择自然坡面中部坡位以上的半阳坡坡段，地质构成主要为奥陶系，基岩为石灰岩，土壤类型为石灰性褐土，土层厚度0～50 cm，坡面植被主要为天然灌草和人工侧柏林。径流小区由一期措施小区和二期坡长小区组成。

1.2 径流小区情况

一期共布设10 个径流小区，水平投影5×20 m，坡度均为18°20'，坡向210°。其中，植物措施小区5 个，工程措施小区5 个。小区上部设截水沟，以防外界径流侵入，下部设集流槽和输水管，边界由混凝土预制板围成，两侧设1.2 m 隔离带。设立二级分水量水桶，按20 a 一遇洪水标准设计集流槽、输水管、分（集）水筒断面。筒体用0.7 mm 厚铁皮卷制而成，圆柱形结构，直径400 mm，高600 mm，筒内设有活动铁丝网，起平波消能作用。筒体前方设计1 排9 个Φ20 mm 分流孔，分流孔高度400 mm，集流槽及分水箱顶部加盖处理，筒体依次编号。各小区分流桶和集流桶编号依次为A1、A2、A3，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3，E1、E2、E3，F1、F2、F3，G1、G2、G3，H1、H2、H3，I1、I2、I3，J1、J2、J3。

植物措施小区：设立1 个裸地小区（A）（无植被覆盖），植被盖度为0%；生物措施小区4 个：（B）自然荒坡（自然植被），植被盖度为45%；（C）人工种草（白羊草），植被盖度为35%；（D）灌木（黄刺梅），植被盖度为86%；（E）乔木（山桃），植被盖度为21%；

工程措施小区：（F）鱼鳞坑（侧柏），植被盖度为33%；（G）水平沟（侧柏），植被盖度为33%；（H）水平阶（侧柏），植被盖度为24%；（I）隔坡梯田（侧柏），植被盖度为34%；（J）石坎梯田（侧柏），植被盖度为54%。

1.3 监测内容与方法

1.3.1 降雨

降雨观测主要是日降雨量、次降雨量、降雨过程等。主要监测指标有：历时、平均降雨强度、最大I30分钟、I60分钟雨强、降雨侵蚀力等；

采用翻斗式自记雨量计观测，每日8 时为日界，准时观测，记录降雨过程，监测降水量、降雨历时、平均降雨强度，最大30 min 雨强、最大60 min 雨强、降雨侵蚀力等指标。

1.3.2 径流和泥沙

径流监测小区主要观测指标有：降雨、径流、泥沙、植被覆盖度（郁闭度）、植被平均高度、土壤含水量等。

径流泥沙观测主要包括径流量和土壤流失量，主要监测指标有小区径流量、径流深、径流系数、含沙量、土壤流失量等。

径流量：每次降雨产流结束后，对各产流监测小区分流桶和集流桶的水位进行测量，计算小区次降雨径流总量。

含沙量：每次降雨产流结束后，对各产流监测小区分流桶和集流桶进行泥沙取样。泥沙采样时，将分（集）流桶浑水充分搅匀，根据径流量多少，每桶取1～3 个样，对所采样品进行编号、测量、静置、烘干和称重，然后计算平均含沙量；集流槽内泥沙烘干后称重，计入小区总的泥沙重。

1.3.3 土壤含水量

土壤含水量：采用TDR 法进行土壤含水量的测定，每测次在小区上、下部位10～15 cm 深度进行测定。

1.3.4 田间管理

每年3 月对小区坡面进行平整（尽可能减少坡面扰动），部分小区杂草杂灌进行药除，对隔离带、集流槽、导流管等进行杂物清理，对小区边界墙进行检修维护，整修工程措施小区的工程措施，检查维修小区坡面上游截流槽、小区外围铁丝围栏等，观测房屋修缮，小区边界和监测区内道路维修。6-7 月对裸地小区A 杂草进行药除，对措施小区树木出露边界部分进行修剪，填堵小区鼠兔洞窝；8-9 月检修因降雨可能造成的措施损坏，10 月底-11 月初测量本年度小区植物生长量情况，对分（集）流桶、集流槽及盖板进行维护修缮。

2 监测成果

2.1 降雨分析

2017-2021 年，降水日数，降雨次数，导致产流的降雨次数，侵蚀性降雨次数，侵蚀性降雨量，最大日降雨，最大降雨侵蚀力，年降水总量，年降雨侵蚀力汇总情况见表1。

表1 2017-2021 年降水特征统计表

根据表1，2021 年产流降雨次数最多，侵蚀性降雨次数、侵蚀性降雨量、年降雨侵蚀力也均为5 a 中最大。与2017-2021 年5 a 的均值相比，降水日数增加15 d，增幅26%，降雨次数增加9 次，增幅20%，导致产流的降雨次数增加3 次，增幅29%，侵蚀性降雨次数增加5 次，增幅30%，侵蚀性降雨量增加542.2 mm，增幅111%，最大日降雨增加20.2 mm，增幅26%，最大降雨侵蚀力增加252.6 MJ·mm/ha·h，增幅37%，年降雨总量增加539.2 mm，增幅84%，年降雨侵蚀力增加3 290.4 MJ·mm/ha·h，增幅124%。侵蚀性降雨量从大到小排列年份为2021 年，2018 年，2020 年，2019 年，2017 年。

2.2 产流产沙分析

各径流小区2017-2021 年径流深和土壤流失量见表2 和表3。

表2 各径流小区2017-2021 年径流深单位：mm

表3 各径流小区2017～2021 年土壤流失量单位：（t/hm2）

从表2 可知，A 小区（无植被，植被盖度为0%）历年径流深在10 个小区中均为最大且远大于其他小区径流深。5 a 中，其他小区年度径流深接近，说明降雨量对裸地小区径流深影响大于其他有水保措施的小区。植物处理小区中，C 处理径流深最大，其次为D 处理、E 处理，B 处理径流深最小。形成径流方面，自然植被效果优于乔木，灌木，草类效果最差。工程措施小区中，径流深排序为：I 处理＞F 处理＞J 处理＞G 处理＞H 处理。由此可以看出，形成径流方面，水平阶效果优于水平沟，其次为石坎梯田，再次为鱼鳞坑，最后为隔坡梯田。

由表3 可以看出，A 小区（无植被，植被盖度为0%）土壤流失量最大，且远大于植物措施和工程措施处理径流小区的土壤流失量。

对比B、C、D、E 4 种植物措施处理，C 处理（白羊草，植被盖度为35%）土壤流失量大于B、D、E 处理，B、D、E 3 种处理的土壤流失量接近。说明在保土方面，自然植被、乔木、灌木的效果要优于白羊草。

对比F、G、H、I、J 工程措施处理结果，F 和I 处理接近，G、H、J 处理接近，F 和I 处理结果大于G、H、J 处理。说明在保土方面，水平沟、水平阶、石坎梯田处理优于鱼鳞坑和隔坡梯田。

结合2017-2021 年降雨量分析认为，径流深和土壤流失量与降雨量成正比例关系。2021 年降雨量大，各径流小区径流深、土壤流失量均较大。