金沙江干熱河谷地區(qū)降雨對(duì)水土流失的影響

王 洪 孔祥周 張 瑜 楊興春 李德權(quán)

(1.攀枝花市干溝水利水保綜合試驗(yàn)場(chǎng)，四川 攀枝花，617000；2.攀枝花市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干熱河谷地區(qū)降雨對(duì)水土流失的影響

王 洪1,2孔祥周1張 瑜2楊興春2李德權(quán)1

(1.攀枝花市干溝水利水保綜合試驗(yàn)場(chǎng)，四川 攀枝花，617000；2.攀枝花市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干熱河谷是長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境最脆弱、水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一。在對(duì)攀枝花市2010—2012年降雨觀測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合9個(gè)徑流小區(qū)水土流失量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，剖析金沙江干熱河谷地區(qū)降雨對(duì)水土流失的影響。結(jié)果表明，金沙江干熱河谷地區(qū)6—10月為降雨集中期，6—8月是強(qiáng)降雨集中期，強(qiáng)降雨累計(jì)雨量占全年降雨量的31%～36%；水土流失的發(fā)生一般為強(qiáng)降雨所致，本地區(qū)降雨侵蝕力因子為336.17(J·cm)/(m2·h)；徑流系數(shù)與降雨強(qiáng)度、坡度、農(nóng)作物種類、耕作方式有關(guān)，坡耕地的徑流系數(shù)為0.08～0.12，并隨坡度的增加而增大；坡改梯徑流系數(shù)為0.02～0.04，灌木林(黃連翹)為0.02～0.04，魚鱗坑為0.08，地膜覆蓋(順坡)為0.28。

干熱河谷；強(qiáng)降雨；水土流失；金沙江

金沙江干熱河谷是橫斷山區(qū)干旱河谷的一部分，主要包括金沙江下游沿岸海拔 1 300(陰坡)～1 600 m(陽(yáng)坡 )的河谷地帶, 其面積約1萬(wàn)km2[1-2], 涉及云南省和四川省 20個(gè)縣(市)[3]。金沙江干熱河谷是由于橫斷山脈深切河谷所形成的特殊氣候和地貌類型[4]，該區(qū)光熱資源豐富，氣候炎熱少雨，生態(tài)十分脆弱。在自然和人為的雙重影響下，該區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化[5]，是長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境最脆弱、水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一。四川省攀枝花市位于金沙江干熱河谷的核心區(qū)域，境內(nèi)降雨集中于雨季(6—10月)，尤以夏季(6—8月)最集中，且多大雨和強(qiáng)降雨。水土流失的降雨參數(shù)不但與降雨量和降雨強(qiáng)度有關(guān)，也存在著地域性的差異。本研究根據(jù)攀枝花市干溝水利水保綜合試驗(yàn)場(chǎng)2010—2012年9個(gè)徑流小區(qū)的氣象及水土流失觀測(cè)資料，探討該地區(qū)強(qiáng)降雨與水土流失之間的關(guān)系。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于攀枝花市鹽邊縣紅格鎮(zhèn)昔格達(dá)村“國(guó)家級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)-鹽邊紅格坡面徑流場(chǎng)”內(nèi)，地處東經(jīng)101°56′19″，北緯26°34′55″，為低緯度南亞熱帶季風(fēng)河谷干熱氣候[6]。區(qū)內(nèi)年平均氣溫20.5℃，年日照 2 700 h，空氣相對(duì)濕度59%，四季變化不明顯，干、雨季分明，終年無(wú)雪，霜期短，年均降雨量800～850 mm。該區(qū)土層薄，石礫含量較高，保水性差；土壤pH 7.71，屬于堿性土壤，土壤容重為1.11 g/cm3，含水量為0.1%，堿解氮、速效磷、速效鉀分別為59.86、7.30、32.91 mg/kg，徑流小區(qū)特征值見表1。

表1 徑流小區(qū)特征值

注：1.標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)指坡度為10°(9%)，小區(qū)上沒(méi)有任何植被，完全休閑，無(wú)水土保持措施的徑流小區(qū);2.常規(guī)耕作指無(wú)任何水土保持措施的耕作方式。

2 研究方法

在某次徑流產(chǎn)生后，記錄集流池中徑流水位線，并根據(jù)集流池的規(guī)格推算出徑流小區(qū)的某次地表徑流量和徑流系數(shù)；將集流池中部球閥空用布堵塞，讓球閥微開，使水緩慢流出(水流緩慢，且用布堵塞的情況，流出的是清水，泥沙則沉積在池底)；接著將集流池底部球閥空用布堵塞，讓球閥微開，使水緩慢流出，將底部沉淀的泥沙(含水量較高)風(fēng)干若干小時(shí)后，用口袋全部裝完稱量，用鋁盒在口袋的中間部位取樣，直接烘干后，測(cè)定泥沙量，從而推算出某次降雨產(chǎn)生的水土流失量。根據(jù)自動(dòng)氣象儀，詳細(xì)記錄該次降雨量及降雨歷時(shí)，從而推算出本地區(qū)降雨侵蝕力因子(R)。

3 結(jié)果與分析

3.1 年降雨量

2010—2012年該區(qū)年降雨量分別為830.6、636.7、622.1 mm，呈逐年下降的趨勢(shì)；每年的6—10月份(雨季)的降雨量分別占全年降雨量的94%，89%，100%，各月降雨分布見表2。

3.2 強(qiáng)降雨

攀枝花市強(qiáng)降雨頻繁，1 h降雨量在10 mm以上的次數(shù)為12～16次/年，占全年降雨量的31%～36%，2010—2012年強(qiáng)降雨統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。2010—2012年強(qiáng)降雨累計(jì)發(fā)生41次，均發(fā)生在6—10月，逐月累計(jì)發(fā)生次數(shù)分別為9次，9次，11次，8次，4次，分別占2010—2012年強(qiáng)降雨累計(jì)值的24%，23%，29%，16%，8%，也表明每年的6—8月是強(qiáng)降雨集中期，2010—2012年雨季各月強(qiáng)降雨累計(jì)值見圖1。

表2 2010—2012年各月降雨分布

表3 2010—2012年強(qiáng)降雨統(tǒng)計(jì)

注：強(qiáng)降雨量指1 h降雨量；只統(tǒng)計(jì)>10 mm/h的降雨數(shù)據(jù)及次數(shù)。

3.3 徑流系數(shù)

水土流失發(fā)生一般為降雨強(qiáng)度較大的降雨所致，當(dāng)降雨強(qiáng)度達(dá)到一定值后，降雨量超過(guò)土壤滲透量時(shí)，才能產(chǎn)生地表徑流，而徑流是水土流失的動(dòng)力。徑流系數(shù)說(shuō)明在降水量中有多少水變成了地表徑流，它綜合反映了坡耕地各要素對(duì)徑流的影響。徑流系數(shù)與降雨強(qiáng)度、坡度、農(nóng)作物種類及耕作方式均有關(guān)，不同農(nóng)作物徑流系數(shù)對(duì)比結(jié)果見圖2。

由圖2可知，玉米(Zeamays)地(坡度為10°～20°，常規(guī)耕作)的徑流系數(shù)為0.10～0.12，花生(Arachishypogaea)地為0.08～0.10，黃豆(Glycinemax)地0.09～0.12。同一坡度不同農(nóng)作物地表徑流系數(shù)依次為：玉米>黃豆>花生，這是由于玉米等高稈作物葉片能夠匯集降雨雨滴，將小雨滴積成大水滴，從較高處落下，增加地表徑流量；而花生、黃豆作為矮低稈作物，郁閉度大于玉米等高稈作物的郁閉度，因此，攔截降雨的能力較強(qiáng)，降低了雨強(qiáng)。

坡改梯由于坡度趨于0，水勢(shì)較緩，徑流系數(shù)較小(0.02～0.04)，而灌木林(黃連翹(Fructusforsythiae))形成冠層并完全覆蓋土表，冠層對(duì)雨水動(dòng)能的減緩和收集，使雨水沿著作物稈莖緩流至地表，水勢(shì)降低；且灌木根系發(fā)達(dá)，根系的活動(dòng)使土壤結(jié)構(gòu)較為松散，涵養(yǎng)水源的能力較強(qiáng)，產(chǎn)生地表徑流較少(0.02～0.04)。

魚鱗坑整地為在坡面上等高線自上而下挖半月型坑，呈品字形排列，由于在小范圍內(nèi)減緩了水勢(shì)，徑流系數(shù)為0.08，小于同一坡度常規(guī)耕作的徑流系數(shù)(為0.11)。

地膜覆蓋(順坡)的徑流系數(shù)為0.28，遠(yuǎn)大于同一坡度常規(guī)耕作的徑流系數(shù)(僅為0.11)，這是由于地膜順坡覆蓋時(shí)，需將土壤松動(dòng)后，集中堆放至薄膜下方，高出坡面約10 cm，形成順坡溝壟，溝寬30 cm，溝高10 cm，降雨擊打在薄膜上，大部分順著薄膜流至溝中，由于壟溝是順坡溝，無(wú)任何減緩水勢(shì)的措施，徑流量較大。

3.4 降雨對(duì)土壤侵蝕的影響

以2012年標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)降雨與土壤侵蝕關(guān)系為例，全年產(chǎn)生土壤侵蝕均發(fā)生在降雨較為強(qiáng)烈或者降雨較為頻繁的時(shí)段里，且隨著強(qiáng)度的增大，土壤侵蝕量也增大。如2012年8月17日，1 h最大降雨量為30.4 mm，本次降雨產(chǎn)生的土壤侵蝕量為39.43 kg，占全年土壤侵蝕量(150.65 kg)的26%。充分的前期降雨已使土壤含水量大大增加，甚至處于飽和狀態(tài)，再遇到強(qiáng)度較大的降雨，極易引起嚴(yán)重的土壤侵蝕。如2012年8月13日至20日連續(xù)降雨，24日有少量降雨，使得這一期間的土壤含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，即使在25日降雨量不大的情況下，也產(chǎn)生了嚴(yán)重的土壤侵蝕，達(dá)到44.17 kg，占全年土壤侵蝕量的29%。8月17日和8月25日2次降雨產(chǎn)生的土壤侵蝕量合計(jì)為83.60 kg，占全年土壤侵蝕量的55%，標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)2012年土壤侵蝕模數(shù)為 1 507 t/(km2·a)。

表4 2012年標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)土壤侵蝕量

注：06-24、07-28強(qiáng)降雨量有2個(gè)值，是因?yàn)橐粓?chǎng)降雨中出現(xiàn)了2次大于10 mm/h的強(qiáng)降雨量。

實(shí)際上存在著一個(gè)引起侵蝕的降雨強(qiáng)度, 盡管各種強(qiáng)降雨可能出現(xiàn)一些差異, 但大部分低強(qiáng)度降雨不會(huì)引起侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生。侵蝕總是位于一個(gè)分界雨強(qiáng)以上的降雨時(shí)才出現(xiàn)。

3.5 降雨侵蝕力因子(R)推算

降雨侵蝕力因子是產(chǎn)生水土流失的動(dòng)力指標(biāo)，是土壤流失方程中首要的基礎(chǔ)因子，本文采用EI30法計(jì)算本地區(qū)降雨侵蝕力因子。攀枝花市近3年來(lái)年降雨侵蝕力因子平均值為336.17(J·cm)/(m2·h)，略大于昆明的286.9(J·cm)/(m2·h)，小于成都的393.7(J·cm)/(m2·h)[7]。2010年由于引起水土流失的強(qiáng)降雨量及次數(shù)均大于2011年和2012年，其年降雨侵蝕力因子也遠(yuǎn)大于2011年和2012年。強(qiáng)降雨侵蝕力因子占全年所有降雨侵蝕力因子累計(jì)值的大部分，如2010年6月14日，每小時(shí)最大降雨量為49.4 mm，該次降雨侵蝕力因子達(dá)到167.85(J·cm)/(m2·h)，占到了全年的32%。

表5 降雨侵蝕力因子

注：根據(jù)楊子生對(duì)云南金沙江流域降雨侵蝕力因子的研究[8]，同為干熱河谷氣候且與攀枝花接壤的華坪縣降雨侵蝕力因子為372.6(J·cm)/(m2·h)。

4 結(jié) 論

金沙江干熱河谷地區(qū)干、雨季分明，6—10月為降雨集中期，強(qiáng)降雨均集中在雨季，強(qiáng)降雨累計(jì)雨量占全年降雨量的31%～36%，其中6—8月是強(qiáng)降雨集中期，占強(qiáng)降雨累計(jì)值的76%。水土流失的發(fā)生一般為強(qiáng)降雨所致，金沙江干熱河谷地區(qū)降雨侵蝕力因子為336.17 (J·cm)/(m2·h)。

地表徑流是水力侵蝕的動(dòng)力，該區(qū)坡耕地徑流系數(shù)與降雨強(qiáng)度、坡度、農(nóng)作物種類、耕作方式有關(guān)，坡耕地的徑流系數(shù)為0.08～0.12，并隨坡度的增加而增大；坡改梯徑流系數(shù)為0.02～0.04，灌木林(黃連翹)為0.02～0.04，魚鱗坑為0.08，地膜覆蓋(順坡)為0.28。

[1] 張榮祖.橫斷山區(qū)干旱河谷[M].北京:科學(xué)出版社,1996.

[2] 鐘祥浩.干熱河谷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復(fù)與重建途徑[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2000,9(3):377-378.

[3] 沙毓淪,紀(jì)中華,李建增,等.西南地區(qū)干熱河谷生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,19(S1):312-318.

[4] 費(fèi)世民,王鵬.論干熱河谷植被恢復(fù)過(guò)程中的適度造林技術(shù)[J].四川林業(yè)科技,2003,24(3):10-16.

[5] 張金盈,徐云,蘇春江,等.金沙江干熱河谷植被恢復(fù)研究進(jìn)展[J].水土保持研究,2005,12(6):101-104.

[6] 王克勤,陳奇伯.金沙江干熱河谷人工生態(tài)林的林分環(huán)境分析[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2003,1(1):74-79.

[7] 王萬(wàn)中,焦菊英,郝小品.中國(guó)降雨侵蝕力R值的計(jì)算與分布(Ⅱ)[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào),1996,2(1):29-39.

[8] 楊子生.滇東北山區(qū)坡耕地降雨侵蝕力研究[J].地理科學(xué),1999,19(3):265-270.

(責(zé)任編輯 趙粉俠)

Influence of the Rainfall on Soil and Water Loss in the Dry-Hot Valleys of the Jinsha River

WANG Hong1,2, KONG Xiang-zhou1, ZHANG Yu2, YANG Xing-chun2, LI De-quan1

(1. Water and Soil Conservancy Comprehensive Test Field of Pan Zhihua Gangou, Panzhihua Sichuan 617000, China;2. Soil and Water Conservation and Eco-environment Monitoring of Pan Zhihua, Panzhihua Sichuan 617000, China)

The dry-hot valleys of the Jinsha River are one of the areas with worst ecological environment and most seriously of soil and water loss as well. Basing on the rainfall data in Panzhihua from 2010 to 2012 and combining with monitor data of water and soil loss about 9 runoff plots of slope farmland, the influence of the rainfall on soil and water loss in the dry-hot valleys of the Jinsha River was analyzed. The results showed that the rain falls mainly occurred from June to October and the strong rainfall which accumulation precipitation account for 31%-36% of the annual total occurred from June to August. The soil and water loss were caused by strong rainfall, the erosive factor of rainfall was 336.17(J·cm)/(m2·h) in this area. The runoff coefficient related to rainfall intensity, gradient, crop species and tillage methods, The runoff coefficient of crops on sloping lands was 0.08-0.12 and increased with the increase of intensity. The runoff coefficient in transforming slope into terrace, shrub forests (Fructusforsythiae), fish-scale, plastic film mulching along the slope was respectively: 0.02-0.04, 0.02-0.04, 0.08, 0.28.

dry-hot valleys; strong rainfall; soil and water loss; Jinsha River

2013-11-07

水利部全國(guó)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與公告項(xiàng)目(CJSBJC-0372-1-JCWW-2013-047)資助；攀枝花市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)資金項(xiàng)目資助(2011CY-S-20)

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.04.013

S157

A

2095-1914(2014)04-0070-05

第1作者：王洪(1983—),男，碩士，工程師。研究方向：水土保持監(jiān)測(cè)及治理。Email:158864237@qq.com