紅壤區(qū)生態(tài)公益林不同類型林分降雨及產流與產沙量研究

楊 楠，田育新，李錫泉，牛艷東，姚 敏

(湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004)

紅壤區(qū)生態(tài)公益林不同類型林分降雨及產流與產沙量研究

楊 楠，田育新，李錫泉，牛艷東，姚 敏

(湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004)

通過對湘中丘陵紅壤區(qū)不同類型林分的定位觀測，對林地不同年份因降雨量差異而產生的徑流量、泥沙含量的差異進行對比分析。結果表明：降雨量較大的2010年林地的徑流量、泥沙含量、徑流系數均大于相對干旱的2009年；徑流量、泥沙含量的大小與大雨量降雨的次數和降雨量密切相關。

降雨量；徑流量；泥沙含量；徑流系數

湘中紅壤區(qū)是中國南方面積最大、墾殖指數最高、水土流失最為嚴重的紅壤區(qū)域，曾一度成為“南方紅色沙漠”區(qū)。自1990年長江防護林工程開始啟動以來，通過人工造林和封山育林等措施，使該區(qū)大面積的植被得到恢復[1-2]，生態(tài)環(huán)境日漸好轉。我們對湘中紅壤區(qū)長江防護林降水量的變化對林地徑流的影響進行研究，以期從多角度綜合考慮林地的水土保持效益。

1 監(jiān)測站概況

2 研究方法

2.1試驗設計

在小流域內坡面上分5個典型林分類型共設置了15個5 m×20 m 的100 m2的徑流小區(qū)(每個典型林分類型設3個重復)，在小流域具代表性的區(qū)域設標準小氣候觀測站一個。

2.2研究方法

(1)測定內容包括降雨量、徑流量、泥沙量等水文要素。

(2) 測定方法。通過雨量筒和自記雨量計獲取降水量、降水歷時、降水過程等資料；每次降水產流后，在集水池內測量徑流量；每次降水后，將集水池中的水攪拌均勻，用量筒取500mL水樣，通過過濾、烘干測定泥沙含量[3-4]。

(3)測定時間為每天早上8：00[5-6]。

3 結果與分析

3.12009年降雨量

兩組老年高血壓患者在性別、年齡、平均動脈壓等方面比較，差異無統計學意義（P＞0.05），與非H型高血壓組患者相比，老年H型高血壓組患者血漿Hcy水平顯著增高，差異無統計學意義（P＜0.05），見表1。

由表1、表4、圖1可知，2009年全年降雨量為929.4 mm，比多年平均降雨少約31.2%；2009年全年每月都有降雨，主要集中在3—7月，降雨量順序為7月>4月>6月>3月>5月>11月>2月。產流降雨分布在2—7月及11月，產流降雨量順序為4月>7月>6月>3月>5月>2月>11月。

表1 1951—2007年衡陽市平均降雨量Tab.1 TheaveragerainofHengyangCityin1951-2007月份降水量(mm)月份降水量(mm)172.6798.1299.08114.63144.7954.84177.61080.85206.81172.56176.21252.5全年1350.2 資料來源:中央氣象臺http://www.nmc.gov.cn/publisn/fore-cast/AHN/hengyangshi.html。

圖1 2009年降雨量及產流降雨量分布圖Fig.1 The rainfall and runoff rainfall distribution in 2009

2009年產流降雨量為492.3mm。根據氣象學中對雨量大小的劃分，即10.0～24.9mm/次為中雨，25.0～49.9mm/次為大雨，50.0～100.0mm/次為暴雨。2009年產流降雨中，中雨和大雨次數為17次，累計降雨量434.3mm，暴雨1次，累計降雨量58.0mm。

3.22009年產流、產沙量

CK(荒山)小區(qū)總徑流量(表2-Ⅰ)為8.585m3，總泥沙含量為1.454377kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為2m3，徑流池已產生外溢，泥沙含量為2.604kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的41.71%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為6.585m3，泥沙含量為1.10521kg/m3。

濕地松林小區(qū)總徑流量(表2-Ⅱ)為1.5205 m3，總泥沙含量為0.015487kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為1m3，3個重復的小區(qū)徑流池都產生外溢，泥沙含量為0.0213333kg/ m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的90.60%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為0.5205m3，泥沙含量為0.00425kg/m3。

混交林小區(qū)總徑流量(表2-Ⅲ)為0.95737m3，總泥沙含量為0.018379kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為0.58767m3，3個重復的小區(qū)徑流池中有1個產生外溢，泥沙含量為0.0257629kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的86.05%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為0.3697m3，泥沙含量為0.00664kg/m3。

油茶小區(qū)總徑流量(表2-Ⅳ)為0.27277m3，總泥沙含量為0.005095kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為0.16667m3，徑流池未產生外溢，泥沙含量為0.006kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的71.97%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為0.1061m3，泥沙含量為0.00367kg/m3。

杉木林小區(qū)總徑流量(表2-Ⅴ)為1.33763m3，總泥沙含量為0.005088kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為0.66833m3，3個重復的小區(qū)徑流池中有2個產生外溢，泥沙含量為0.005995kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的58.87%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為0.6693m3，泥沙含量為0.00418kg/m3。

3.32010年降雨量

由表1、表5、圖2可知，2010年全年降雨量為1334mm，與多年平均降雨持平。2010年降雨主要集中在3—6月及12月，降雨量順序為4月>5月>3月>12月>6月>9月>8月，產流降雨分布在2—6月及12月，產流降雨量順序為4月>5月>3月>12月>6月>8月>9月。2010年7月較為干旱，其降雨量約為多年平均降雨量的21%左右，12月有較大降水量，約為多年平均降水量的3倍。

產流降雨量為805.7mm，中雨和大雨次數為15次，累計降雨525.7mm，暴雨5次，累計降雨280.0mm。產流降雨分布在2—6月及12月，其中4月產流降雨量最大。

圖2 2010年降雨量及產流降雨量分布圖Fig.2 The rainfall and runoff rainfall distribution in 2010

3.42010年產流與產沙量

CK(荒山)小區(qū)總徑流量(表2-Ⅰ)為18.61m3，總泥沙含量為3.519033kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為7.82m3，徑流池在5月8日(降雨量56mm)和8月26日(降雨量50.4mm)的降雨中產生外溢，泥沙含量為5.0694629kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的60.53%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為10.79m3，泥沙含量為2.39537kg/m3。

濕地松林小區(qū)總徑流量(表2-Ⅱ)為5.55017m3，總泥沙含量為0.101593kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為3.337m3，3個重復的小區(qū)徑流池在3月24日(降雨量58.6mm)、5月7日和8月26日的降雨中都產生外溢，泥沙含量為0.1151154 kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的68.13%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為2.21316667m3，泥沙含量為0.0812kg/m3。

混交林小區(qū)總徑流量(表2-Ⅲ)為3.32517m3，總泥沙含量為0.1217kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為2.17533m3，3個重復的小區(qū)徑流池在5月7日和8月26日的降雨中分別有1個產生外溢，泥沙含量為0.1219859kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的65.57%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為1.14983333 m3，泥沙含量為0.12116kg/m3。

油茶小區(qū)總徑流量(表2-Ⅳ)為1.2847m3，總泥沙含量為0.072011kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為0.833m3，徑流池未產生外溢，泥沙含量為0.0751341 kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的67.65%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為0.4517m3，泥沙含量為0.06625kg/m3。

杉木林小區(qū)總徑流量(表2-Ⅴ)為4.72577m3，總泥沙含量為0.050611kg/m3。其中由于暴雨產生的徑流量為2.58633m3，3個重復的小區(qū)徑流池在3月24日(降雨量58.6mm)、5月7日和8月26日的降雨中分別有2個產生外溢，泥沙含量為0.0617528kg/m3，暴雨所產生的泥沙占全部泥沙量的66.78%；暴雨以下的降雨產生的徑流量為2.13943333m3，泥沙含量為0.03714 kg/m3。

表2 2009—2010年不同林分小區(qū)的徑流及泥沙含量Tab.2 TherunoffandsedimentyieldofCK(wasteland),slashpineplantation,mixedplantation,oil-teaplantation,Chinesefirplantationin2009—2010小區(qū)年份徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)總量暴雨產生暴雨以下降雨產生總量暴雨產生暴雨以下降雨產生Ⅰ.CK(荒地)20098.585 2 6.585 1.4543772.604 1.10521201018.617.8210.793.5190335.06946292.39537Ⅱ.濕地松林20091.520510.52050.0154870.02133330.0042520105.550173.3372.213166670.1015930.11511540.0812Ⅲ.混交林20090.957370.587670.36970.0183790.02576290.0066420103.325172.175331.149833330.12170.12198590.12116Ⅳ.油茶林20090.272770.166670.10610.0050950.0060.0036720101.28470.8330.45170.0720110.07513410.06625Ⅴ.杉木林20091.337630.668330.66930.0050880.0059950.0041820104.725772.586332.139433330.0506110.06175280.03714 注:2009年總降雨量929.4mm,產流降雨量492.3mm;2010年總降雨量1334mm,產流降雨量805.7mm。

3.52009年與2010年降雨量以及產流與產沙量比較

2009年降雨量比2010年少約30%，同時50mm以上的暴雨次數也遠遠少于2010年。由圖3、表1、表4、表5可以看出：2009年雖然降雨較少，但7月降雨豐富，本月累計降雨量達189.8mm，為7月多年平均降雨量的2倍，本年度唯一的1次暴雨產生也在7月；2010年4月降雨較為突出，其降雨量比4月多年平均降雨量多約57.7%，同時在降雨應當較少的冬季(12月)，由于降雨和降雪產生了較大的降水量，其降雨量約為同期多年平均降雨量的3倍。2010年7月的降水則極為稀少，僅為多年平均降雨量的21.4%，為2009年7月降雨量的11%。

2009年因降雨而產流的次數為17次，與2010年的20次相差不大，但2009產流降雨量僅為2010年的61.1%。2009年暴雨僅為1次，降雨量為58mm，占產流降雨量的11.8%；2010年暴雨5次，累計降雨量達280mm，占產流降雨量的34.8%，暴雨降雨量約為2009年的4.8倍。

2009年雖然僅有1次暴雨，但由暴雨產生的徑流在除CK以外的各個小區(qū)中均占有很大的份量，在濕地松林、混交林和油茶林小區(qū)中暴雨產生的徑流占總徑流的60%以上，杉木林小區(qū)中暴雨產生的徑流也超過總徑流的50%。

2009年由于降雨量小，暴雨次數少，導致2009年各小區(qū)的徑流量、泥沙含量等均小于2010年，各小區(qū)的總徑流量不到2010年的30%，總泥沙含量不到2010年的20%；各小區(qū)2009年的徑流系數都比2010年小(見表3)。這可能是由于2010年降雨相對比較集中，每1次產流降雨之前均有小雨或非產流的中雨發(fā)生，土壤含水率較高，在產流降雨發(fā)生時土壤極易達到持水飽和狀態(tài)，因此容易產生較大的徑流量。2009年的產流降雨相對比較分散，降雨量也相對較小，降雨后土壤吸收的雨水較多，因此徑流量較小?？梢姡瑥搅飨禂挡粌H與植被覆蓋率有關[7]，同時也與降雨量密切相關。

圖3 2009—2010年各月份降雨量與多年平均降雨量對比圖Fig.3 The contrast diagram of monthly rainfall and average yearly rainfall in2009—2010

表3 各徑流小區(qū)徑流系數對比Tab.3 Thecontrastofcoefficientofrunoffofdifferentrunoffarea年份CK松混油茶杉20090.009237140.001640.001030.000293490.00143920100.013950520.004160.002490.000963040.003543

由表4、表5還可以看出，2009年和2010年各小區(qū)的徑流量與當月總降雨量或當月產流總降雨量并無直接相關。徑流量與當月暴雨次數及暴雨量關系最密切。如2009年7月產流降雨量比4月要低，由于7月發(fā)生1次暴雨，各小區(qū)的徑流量和泥沙含量均高于4月；2010年5月產流降雨量比2010年4月要低，但5月的3次降雨中有1次為暴雨，另外2次降雨量分別為47mm和49.6mm，接近暴雨雨量，導致5月份的相關數據幾乎全部為全年最高。

表4 2009年各月降雨量及產流產沙量表Tab.4 Therainfall,runoffandsedimentyieldin2009月份降雨量(mm)產流雨量(mm)CK徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)246.4170.7 0.22 3124.786.71.320.9847734168.5146.32.061.035534596.223.20.0750.236125.387.81.571.7349817189.8117.22.762.23013115716.30.10.024全年929.4492.38.5851.45437松混徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)0.00850.0032160.0055 0.002 0.04650.0038570.0261670.0042420.07450.0032530.0595670.0050520.0206670.0020.0146670.0029090.21550.0052170.2471670.007741.150.0190610.59730.0254290.0048330.0026210.0070.0041.52050.0154870.95740.01838油茶杉徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)0.0013330.002750.0095 0.002 0.01250.0027470.0294670.0039620.02910.0035120.1151670.0031060.0130.0027690.0198330.0020.0310.0052260.3256670.0049720.1842330.005680.830.0055780.00160.0031670.0080.0028750.272770.0050951.33760.005088

表5 2010年各月降雨量及產流產沙量表Tab.5 Therainfall,runoffandsedimentyieldin2010月份降雨量(mm)產流雨量(mm)CK徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)3 166.7129.82.763.4942754280.6175.22.370.7788195202.6152.65.483.852926152.81051.683.444524894.276.92.375.753755910840.21.253.7412164.41262.73.254444全年1334805.718.613.519033松混徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)1.2360.095070.5588330.1287380.2813330.044550.2001670.0588012.2533330.1253551.2416670.1634310.2818330.0692960.2603330.0514081.0230.1047180.6016670.1289970.1066670.053750.1180.0727680.3680.0515220.34450.0535565.5501670.1015933.3251670.1217油茶杉徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)徑流量(m3)泥沙含量(kg/m3)0.20650.0921070.7418330.0775960.0465670.0397850.30160.0335940.5433330.0803681.8940.0435110.1019670.0823140.38850.0324150.2211670.051650.69150.0728560.0330.040.2073330.0399360.1321670.0517280.5010.0355621.28470.0720114.7257670.050611

4 結論與討論

(1)由于2010年降雨量大，降雨比較集中，同時單次降雨雨量較大，導致2010年各監(jiān)測小區(qū)的徑流量和泥沙含量都比2009年的大，2010年各小區(qū)的徑流小區(qū)系數也要大于2009年。

(2)徑流量和泥沙量與大雨量降雨的次數密切相關，大雨量的降雨次數越多，徑流量和泥沙含量越大。

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Studyontherainfallofrunoffandsedimentyieldindifferenttypesforeststandofecologicalforestinredsoilregions

YANG Nan, TIAN Yuxin, LI Xiquan, NIU Yandong, YAO Min

(Hunan Academy of Foresty, Changsha 410004, China)

Based on the data of the orientation observation of different forest area types in the red soil regions of hill area in South Hunan, the difference of runoff and sediment yield were comparative analyzed between drought and rainy years. The results showed that the runoff, sediment yield and coefficient of runoff of the rainy year (2010) were bigger than the drought year (2009). The magnitudes of runoff and sediment yield were closely related to the frequency and rainfall values of large rainfall events.

rainfall; runoff；sediment yield；coefficient of runoff

2011-10-04

2011-10-13

S 157.1

A

1003-5710(2011)05-0039-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 05. 010

(文字編校：唐效蓉，龔玉子)