黃土丘陵溝壑區(qū)小流域綜合治理對產(chǎn)流規(guī)律的影響

賈 芳

(山西省水土保持科學研究所)

晉西黃土丘陵溝壑區(qū)是全省水土流失最為嚴重的區(qū)域，為了研究小流域的水土流失規(guī)律和水土保持綜合治理效益，我所在20世紀50年代就選擇了離石縣王家溝小流域作為試驗區(qū)。該流域總面積9.1 km2，地處黃河一級支流三川河流域的北川河東岸，溝壑縱橫，地形破碎，屬典型的黃土丘陵溝壑地貌。在研究方法上，選取王家溝小流域流向一致、地形差別不大、面積基本相同的2條一級小支溝—羊道溝和插財主溝，前者不治理，后者綜合治理，分別在溝口設置測流堰，進行徑流、泥沙對比觀測研究。

1 2條小支溝基本情況

1.1 羊道溝

羊道溝是王家溝流域主溝左岸的一條支溝，集水面積 0.206 km2。主溝長 752 m，平均比降12.7%，平均坡度 31°，高差 173.5 m。中上部狹窄陡峻，比降28.5%，是土壤侵蝕最為嚴重的地帶;下部溝道較緩，比降2.3%。土壤侵蝕類型主要為水蝕，在溝間地上以細溝、淺溝侵蝕為主。在黃土質(zhì)溝坡，以沖溝、陷穴、滑塌、崩塌等侵蝕為主。溝底為第三紀紅土出露區(qū)，除水力侵蝕外，存在較嚴重的瀉溜侵蝕。據(jù)觀測，40°以上的紅土陡坡，年瀉溜侵蝕模數(shù)為48 600 t/km2。由于不治理，地形地貌與土地利用基本保持自然狀態(tài)，水土流失的發(fā)生與發(fā)展順其自然規(guī)律。

1.2 插財主溝

插財主溝與羊道溝毗鄰，流向一致，自然條件基本相同。集水面積0.193 km2，主溝長776 m，平均比降11.9%，平均坡度 31°，高差167.0 m。中上部狹窄陡峻，比降 32.9%;下部溝道較緩，比降2.33%。治理前，土壤侵蝕形式、強度與羊道溝基本相同。該支溝的水土保持綜合治理從1956年開始，主要采取坡耕地人工修梯田、種草及造林綠化等措施，至1970年底治理面積達0.151 km2，占總面積78.3%。特別是占總面積 65.2%的坡耕地，有90.8%被修成了梯田。由于“集中、綜合、連續(xù)”治理以及采取封禁措施，荒坡植被得以恢復，控制水土流失的作用明顯。

2 水土保持綜合治理對產(chǎn)流特征的影響

小流域一般由坡面和溝道等不同的地形地貌所組成，徑流起始于坡面，從上到下，從坡到溝運行。按此水土流失規(guī)律，從坡面到溝道，層層設防對徑流進行攔截和調(diào)控，就遏制住了源頭，抓住了解決問題的根本，是控制整個小流域水土流失的正確途徑。歷史的教訓值得警覺，只強調(diào)或顧及某一方面，是不能成功治理水土流失的。插財主溝坡面由于經(jīng)過水土保持綜合治理，增大了地面糙率，截短了徑流流線，加之植被覆蓋率提高，降雨入滲時間、產(chǎn)流和匯流時間相應延長，土壤的入滲量大大增加，坡面形成的徑流量大為減少，故集水區(qū)出口的產(chǎn)流次數(shù)減少，相應的集水區(qū)徑流深、洪峰流量亦減小，洪峰出現(xiàn)時間延長。下面從產(chǎn)流次數(shù)、徑流深、洪峰流量及洪峰出現(xiàn)時間等方面，對采取了綜合治理措施的插財主溝和未采取任何措施的羊道溝，進行產(chǎn)流特征參數(shù)對比分析。

2.1 綜合治理減少了溝道的產(chǎn)流次數(shù)

根據(jù)1956－1970年的觀測資料，羊道溝與插財主溝的產(chǎn)流次數(shù)明顯不同(見圖1)。從圖1可以看出，除干旱嚴重的1961年和1965年僅發(fā)生1次產(chǎn)流外，其余年份的產(chǎn)流次數(shù)為2－17次。15年間，羊道溝共發(fā)生產(chǎn)流117次，年最多產(chǎn)流次數(shù)為17次，年均產(chǎn)流次數(shù)為7.8次;插財主溝共發(fā)生產(chǎn)流99次，年最多產(chǎn)流次數(shù)為16次，年均產(chǎn)流次數(shù)為6.6次。從年均產(chǎn)流次數(shù)看，插財主溝比羊道溝少1.2 次，減少比率為15.4%。

2.2 綜合治理減小了徑流深

圖1 兩條溝道產(chǎn)流次數(shù)對比圖

根據(jù)1956－1970年的觀測資料，在同樣降雨條件下，無論年渾水徑流深還是清水徑流深，羊道溝均比插財主溝要大很多(見圖2)。15年間，羊道溝總的渾水徑流深為549.6 mm，年最大渾水徑流深為94.9 mm，年最小渾水徑流深為0.8 mm，年均渾水徑流深為36.6 mm;插財主溝總的渾水徑流深為243.7 mm，年最大渾水徑流深為 52.5 mm，年最小渾水徑流深為 0.3 mm，年均渾水徑流深為16.2 mm;從年均渾水徑流深看，插財主溝比羊道溝減少了20.4 mm，減少比率為55.7%。

圖2 兩條溝道徑流深對比圖

2.3 綜合治理減小了洪峰流量，推后了洪峰出現(xiàn)時間

為了分析水土保持綜合治理對洪峰流量、洪峰出現(xiàn)時間的影響，選擇了6次典型降雨的特征值(見表1)。從表1可以看出，在次平均產(chǎn)流降雨量為73.8 mm，平均歷時為 587 min，平均雨強為0.165 mm/min情況下，羊道溝的平均產(chǎn)流時間為496 min，而插財主溝的平均產(chǎn)流時間為453 min，二者相比產(chǎn)流時間推遲了43 min;羊道溝的最大洪峰流量為1.39 －4.08 m3/s，平均值為2.58 m3/s，而插財主溝的最大洪峰流量為0.28－2.75 m3/s，平均值為1.33 m3/s，二者相比最大洪峰流量平均值降低了1.25 m3/s，降低率達48.44%。為了進一步分析水土保持綜合治理與不治理對小流域洪水的影響，選擇了1958年7月29日和1970年8月29日2次雨量接近的產(chǎn)流降水，其徑流量對比過程線見圖3。從圖3可以看出，插財主溝和羊道溝相比，時段徑流峰值差異很大，洪峰流量減少，洪峰出現(xiàn)時間推后，1970年8月29日降雨產(chǎn)流時間推遲30 min以上。

表1 典型降雨特征值

圖3 兩條溝道2次暴雨徑流過程線對比圖

3 結論

從上述定位觀測資料分析，可以得出以下結論:在水土流失治理程度78.3%的情況下，小流域綜合治理對產(chǎn)流的影響很大，相對不治理:年均產(chǎn)流次數(shù)減少1.2次，減少率15.4%;年均渾水徑流深減小20.4 mm，降少率55.7%。在次均產(chǎn)流降雨量、平均降雨歷時和平均雨強相同情況下，治理小流域比不治理小流域，產(chǎn)流時間可推遲43 min，最大洪峰流量平均值可降低48.44%。小流域水土保持綜合治理對產(chǎn)流影響的機理，主要是因為增大了地面糙率，截短了徑流流線，提高了植被覆蓋率，土壤的入滲量大大增加，從而使降雨的產(chǎn)流、匯流時間相應延長，產(chǎn)流次數(shù)減少，洪峰流量減小，洪峰出現(xiàn)時間延長。由此可見，實行小流域水土保持綜合治理，建立層層攔蓄防線，是控制水土流失的可靠途徑。