大別山南坡水土保持策略研究

張 理 華

(安慶師范大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，安徽 安慶 246133)

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大別山南坡水土保持策略研究

張 理 華

(安慶師范大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，安徽 安慶 246133)

摘要：以大別山南坡皖河石牌水文站的徑流量、含沙量與輸沙量作為流域水土流失的相關(guān)性指標(biāo)，研究其水土流失成因和發(fā)生時(shí)間，提出水土保持策略與措施。皖河輸沙量變化與含沙量、徑流量波動(dòng)有正相關(guān)性，表明暴雨型降水是水土流失的根本原因，6-7月暴雨期是水土流失高發(fā)時(shí)段。繼續(xù)做好水土保持，策略與措施直接針對(duì)6-7月份的強(qiáng)降水過程。

關(guān)鍵詞：大別山；水土保持；皖河徑流量；含沙量；輸沙量

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.02.026

亞熱帶季風(fēng)區(qū)中低山地普遍存在比較嚴(yán)重的水土流失，即使森林覆蓋率達(dá)到60%以上也難遏制，相關(guān)的水土保持研究很多[1-9]。安徽省將大別山區(qū)岳西等6縣列為水土流失重點(diǎn)整治區(qū)。以大別山南坡的河流徑流量、含沙量和輸沙量作為流域水土流失的相關(guān)性指標(biāo)，分析其變化特征，結(jié)合實(shí)地調(diào)查研究，探討水土保持策略與措施，對(duì)亞熱帶季風(fēng)區(qū)山地的水土保持有參照意義。

1研究區(qū)域概況

大別山位于安徽、湖北與河南三省交界處，地理位置30°10′-32°30′N，112°40′-117°10′E，呈西北—東南走向，山峰眾多，海拔1 500m左右。地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)是古生代華力西中期的秦嶺大別山褶皺帶，主要由前震旦紀(jì)地層和侵入巖構(gòu)成，以花崗巖、片麻巖等為主，風(fēng)化程度深。坡度多在25°-50°。山間河漫灘和階地平原狹小，是主要農(nóng)耕區(qū)。山區(qū)水庫眾多，大小不等，皖河、淠河等河流的中上游都在山區(qū)。

山地南北兩坡分別屬長江與淮河水系，河流分布呈放射狀。山區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，雨量豐沛，多年平均氣溫16.5 ℃，多年平均降水量1 440mm、蒸發(fā)量894mm、徑流深749mm，降水集中于夏季。上游山區(qū)徑流深超過850mm，徑流系數(shù)偏高。徑流量隨降水波動(dòng)大，坡陡流急，侵蝕力強(qiáng)。

山地森林覆蓋率為50%-70%，建群種以馬尾松、杉、櫟為主，大多是20世紀(jì)70年代以來植樹造林的成果。油桐、油茶、烏桕、漆樹等經(jīng)濟(jì)林木在低山丘陵區(qū)分布廣泛。

水土流失緣起歷史上的亂砍濫伐和盲目開墾，水土保持研究經(jīng)歷30余年，雖經(jīng)長期生態(tài)修復(fù)，大別山區(qū)仍然是水土流失重點(diǎn)區(qū)域。

2研究材料及分析

2.1年徑流量與輸沙量

大別山南坡地勢(shì)由西北向東南下降，河流短小，向東南匯聚入長江，其中皖河中上游水系規(guī)模較大，有代表性。河流輸沙量是反映流域水土流失的主要指標(biāo)。皖河干流出山口后有石牌水文站，提取皖河1965-2010年年徑流量與年輸沙量數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1皖河石牌站1965-2010年年徑流量與輸沙量

河流徑流量(Q)與輸沙量(V)為直線關(guān)系，即V=QS，式中S為含沙量。分析圖1，曲線波動(dòng)特征顯示年徑流量與輸沙量并非簡(jiǎn)單直線關(guān)系，說明含沙量(S)不穩(wěn)定。計(jì)算1965-2010年年徑流量與年輸沙量的皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)為0.687，偏低。追究原因，可能是年際降水量或降水強(qiáng)度的差異，不同年份含沙量有較大的變化，導(dǎo)致徑流量與輸沙量的直線關(guān)系變得復(fù)雜。

圖1反映，1965-2010年輸沙量有明顯下降趨勢(shì)。46年來，平均年輸沙量為55.28×104t/年。年輸沙量變化特征可分兩個(gè)階段，1997年以前輸沙量較大；1997-2010年，輸沙量顯著性下降，意味著水土流失量減少。分析與20世紀(jì)70年代后大規(guī)模植樹造林，森林覆蓋率提高有關(guān)。經(jīng)過20年積累，至1997年后，森林對(duì)水土保持的貢獻(xiàn)開始顯現(xiàn)。

2.2年徑流量與年平均含沙量的相關(guān)性

1965-2010年，皖河平均年徑流量為33.2×108m3。大多數(shù)年份，年徑流量波動(dòng)范圍為20×108-50×108m3，超過此范圍的是洪水年或枯水年，如1969、1978、1893年等年份，年徑流量出現(xiàn)極端值，如圖2所示。

圖2　皖河石牌站(1965-2010)年徑流量與年平均含沙量

圖2中年徑流量曲線與年平均含沙量曲線顯示正相關(guān)，其中20世紀(jì)80年代以前的相關(guān)性顯著；洪水年份和枯水年份的正相關(guān)性顯著。計(jì)算兩者1965-2010年皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)為0.291，并不高。實(shí)際上年徑流量與年平均含沙量并無因果聯(lián)系。曲線顯示的正相關(guān)現(xiàn)象作如下解讀：年徑流量大或洪水年，暴雨多，強(qiáng)降水打擊地表，洪水沖刷河床，導(dǎo)致強(qiáng)侵蝕作用，含沙量升高；而平水年份，暴雨型降水不多的情況下，二者不顯示相關(guān)性；枯水年份，降水量小，暴雨少，侵蝕作用弱，年平均含沙量偏小。

年平均含沙量變化也分兩個(gè)階段。1965-1997年，多數(shù)年份變化幅度為0.18-0.32kg/m3，洪水年有極大值，枯水年出現(xiàn)低值，1969、1978等年份都很典型。1997-2010年，平均含沙量波動(dòng)區(qū)間顯著性下降，基本都在0.18kg/m3以下，反映水土流失量下降，與輸沙量變化特征一致。計(jì)算1965-2010年年平均含沙量與年輸沙量的皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)為0.825，相關(guān)性更顯著。

綜合上述分析推斷，降水多，暴雨多，徑流量大的年份，年平均含沙量大，全年輸沙量大大增加。1969、1978、1893等年份，年降水量差異很大，含沙量相差也很大，二者同時(shí)出現(xiàn)峰、谷，而其年輸沙量相差更大。以圖中數(shù)據(jù)計(jì)算，1969年(洪水年)年徑流量61.98×108m3，輸沙量289.9×104t；1978年(枯水年)年徑流量11.3×108m3，輸沙量12.4×104t；兩年份對(duì)比，徑流量相差4.5倍，而輸沙量竟相差22.3倍。反映洪水年份出現(xiàn)大量水土流失，而枯水年份水土流失量很小。

2.3月平均徑流量與含沙量顯著正相關(guān)

季風(fēng)區(qū)河流月平均徑流量因夏季風(fēng)帶來降水等原因變化很大。皖河石牌站月徑流量波動(dòng)與月平均含沙量變化如圖3所示，呈顯著正相關(guān)。

圖3　皖河石牌站豐水年與枯水年的月平均徑流量與含沙量

1996年(豐水年)徑流量54.44×108m3，集中于6-7月份。7月份平均徑流量1 250m3/s為最大，相當(dāng)于最小月(2月，13.9m3/s)徑流量的90倍。7月份含沙量為0.24kg/m3，而最小月份(8-12及1、2月)為0。月平均徑流量與月平均含沙量的皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)為0.785，呈顯著性正相關(guān)。

枯水年徑流量和含沙量也反映了上述特征。1978年為典型枯水年，徑流量集中于上半年，下半年很小。5-6月份徑流量最大，但也低于100m3/s；含沙量較大，6月為0.16kg/m3；7-12月徑流量很小，含沙量也很小，8、9、10和12月為0。月平均徑流量與月平均含沙量的皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)為0.658，也呈顯著性正相關(guān)。

由此可見，月平均徑流量與月平均含沙量的正相關(guān)性更為顯著。反映降水多的月份，降水強(qiáng)度大，含沙量大，與上述推斷結(jié)果有一致性。表明輸沙量集中于多雨的6-7月，出現(xiàn)大量水土流失，而其他月份水土流失不明顯。

3調(diào)查實(shí)證

調(diào)查皖河流域中上游干、支流長河、皖水和潛水流域的典型水土流失區(qū)，水土流失概況如表1所示。

表1　皖河流域水土流失重點(diǎn)分布區(qū)域

資料來源：安慶市水利局2005年流域規(guī)劃統(tǒng)計(jì)數(shù)整理成果。

大別山區(qū)是長江中下游交界的暴雨中心之一，降水集中在5-9月。多年平均暴雨次數(shù)為5.2次，6-7月份暴雨頻次占全年的81.9%。流域多年平均24h暴雨量為125mm。暴雨與洪水發(fā)生高度一致。相對(duì)應(yīng)的是洪水暴漲暴落，沖刷力強(qiáng)、含沙量大和破壞力大，但歷時(shí)短。

水土流失區(qū)山坡坡度多為30°-40°，最陡達(dá)70°。河谷底部基巖裸露，河岸多見崩塌、滑坡的風(fēng)化層。各支流出山口以上河道洪水過程多以單峰為主，洪水歷時(shí)一般1-3天。

表1中重點(diǎn)區(qū)域土壤侵蝕的成因類型主要為水力侵蝕，陡崖與深切割溝谷伴有重力侵蝕和混合侵蝕。侵蝕形式整體以面蝕為主，也有溝蝕。面蝕伴隨農(nóng)耕、造林、墾荒、建筑材料開采及修筑公路等人為活動(dòng)和生產(chǎn)過程出現(xiàn)，特點(diǎn)是侵蝕總量大，顯見度低，潛在危害大。土層較厚的坡耕地，細(xì)溝侵蝕是面蝕的主要形態(tài)。溝蝕有集中性，偶發(fā)性，顯見度高的特點(diǎn)?；?、崩塌和泥石流常伴隨暴雨洪水發(fā)生。

大別山區(qū)現(xiàn)有森林以針葉林為主，多為單一純林，森林生態(tài)穩(wěn)定性不高，林下灌木、草本少，涵養(yǎng)水源與阻滯徑流的能力有限，急需林相更新和生態(tài)保育。經(jīng)濟(jì)林地的地被覆蓋率為30%-70%，山坡耕地80%以上屬梯田。

4結(jié)論與建議

20世紀(jì)末，大別山區(qū)水土流失現(xiàn)象有顯著改善。中低山地森林覆蓋率達(dá)到較高水平仍然會(huì)發(fā)生水土流失。皖河輸沙量與年平均含沙量呈顯著性正相關(guān)，與年徑流量也呈正相關(guān)。年徑流量與年平均含沙量也呈正相關(guān)，洪水年與枯水年的相關(guān)性顯著。月平均徑流量與月平均含沙量呈顯著性正相關(guān)。說明了暴雨型降水是水土流失的根本原因，坡度陡峻、河谷幽深，巖層風(fēng)化強(qiáng)烈也是重要因素。同時(shí)也表明6-7月暴雨期是水土流失高發(fā)時(shí)段，輸沙量大，尤其是多雨年份，實(shí)地調(diào)查證實(shí)了分析推斷。要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)做好水土保持，主要針對(duì)6-7月份的強(qiáng)降水過程，做好以下工作。

1) 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和農(nóng)田耕作制度。大別山區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)耕制度是兩熟制，夏收后農(nóng)田裸露率高，翻耕、松土都會(huì)導(dǎo)致地表失去植被保護(hù)，對(duì)強(qiáng)降水打擊很敏感，遇暴雨即形成面蝕。拋棄傳統(tǒng)的雙季稻種植，擴(kuò)大山區(qū)特產(chǎn)作物輪作，通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和耕作制度，確保6-7月份農(nóng)田綠色全覆蓋，抵御暴雨和坡面片流對(duì)土壤的侵蝕、沖刷。

2) 限制暴雨多發(fā)期的挖掘性施工。涉及土地挖掘的工程施工和棄渣堆積是水土流失的重要原因之一。修梯田形成的高陡邊坡、棄渣棄土處理不當(dāng)，也會(huì)造成嚴(yán)重的水土流失。在工程建設(shè)集中的城鎮(zhèn)或采礦采石區(qū)、道路建設(shè)施工區(qū)，都是水土流失重點(diǎn)區(qū)。

建議大型工程施工前必須設(shè)計(jì)水保措施，禁止在6-7月間挖掘性施工。

3)建設(shè)水土保持工程。山坡防護(hù)工程通常有梯田、水平溝、水平階、魚鱗坑等。在陡崖與深切割溝谷建設(shè)擋土石墻、石坊、山洪排導(dǎo)溝等。山溝治理工程有溝頭防護(hù)工程、谷坊、攔沙壩、淤地壩等。對(duì)主要河流的水能資源實(shí)施梯級(jí)開發(fā)、綜合開發(fā)，保證防洪、攔沙，控制和穩(wěn)定徑流，減輕河床沖蝕，降低滑坡、崩塌和泥石流的發(fā)生率。

4) 改善森林結(jié)構(gòu)。當(dāng)森林覆蓋率達(dá)到65%以上，再提高已不現(xiàn)實(shí)。水土保持需要做兩方面工作：一是改善森林樹種結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充鄉(xiāng)土樹種、闊葉樹種，提高郁閉度，改變針葉林樹種單一狀況；二是改善植被結(jié)構(gòu)，恢復(fù)林下灌木、草本植被。未成林造林地是重點(diǎn)水土流失區(qū)之一，必須保護(hù)草被。坡地改梯田或新開辟營林造林地必須與植草相結(jié)合。

5) 保護(hù)經(jīng)濟(jì)園林草被。桑、茶、果、中藥材等經(jīng)濟(jì)園林是山區(qū)主要經(jīng)營方式之一，有良好擴(kuò)張前景。當(dāng)前林下草本覆蓋水平普遍低，大多數(shù)園地?fù)嵊c耕地種植相似，山民有園地除草的習(xí)慣，必須調(diào)整園地作業(yè)，禁止6-7月地表裸露，保護(hù)草被，阻滯地表徑流。

參考文獻(xiàn):

[1] 張理華, 張群, 周葆華．安徽資源環(huán)境[M]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[2] 周峰. 東大河小流域綜合治理的實(shí)踐與思考[J] .中國水土保持,2011(2):52-53.

[3] 張文普, 趙小蓉, 王昌全,等．五官小流域綜合治理措施及效益分析[J] . 水土保持通報(bào)，2010 ,30(1)：195-198.

[4] 宋潔. 土石山區(qū)生態(tài)清潔型小流域治理模式研究[J]. 水土保持, 2011(16):54-58.

[5] 張新玉，楊元輝. 我國水土保持小流域綜合治理模式研究[J].中國水利, 2011(12):58-61.

[6] 史志剛.皖西大別山區(qū)水土流失特征及其綜合防治研究[J].水土保持研究, 2012,19(5):39-42.

[7] 晏清洪,原翠萍,雷廷武,等.降雨類型和水土保持對(duì)黃土區(qū)小流域水土流失的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(2)：169-175.

[8] 徐涵秋，何慧，黃紹霖. 福建省長汀縣河田水土流失區(qū)植被覆蓋度變化及其熱環(huán)境效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013,33(10):2954-2962.

[9] 林娜，徐涵秋，何慧. 南方紅壤水土流失區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化——以長汀河田盆地區(qū)為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(10)：2983-2990.

InvestigationandStrategyStudyofSoilandWaterConservationintheSouthofDabieMountains

ZHANGLi-hua

(SchoolofResourcesandEnvironment,AnqingNormalUniversity,Anqing,Anhui246133,China)

Abstract:Therunoff,sedimentconcentrationandsedimentloadofWanRiverhydrologicalstationinsouthDabieMountainwereusedascorrelationindicatorstoinvestigatetheregularityandpossiblecauseofsoilerosionwhichfurtherprovidedthestrategiesandmethodsforsoilandwaterconservation.ThesedimentdischargevariationofWanRiverwaspositivelyrelatedwiththefluctuationofrunoffandsedimentconcentration,indicatingthatrainstorminJuneandJulyisthehightimeofsoilerosionandthestorm-typeofprecipitationistherootcause.ThekeystrategiesforsoilandwaterconservationshouldbedirectlyfocusedontheheavyrainfallinJuneandJuly.

Keywords:DabieMountain;soilandwaterconservation;runoffofWanRiver;sedimentconcentration;sedimentdischarge

* 收稿日期：2015-08-10

基金項(xiàng)目：安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(07021011)。

作者簡(jiǎn)介：張理華，男，安徽宿松人，安慶師范大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)閰^(qū)域資源開發(fā)。 Email: zhanglihua@aqnu.edu.cn

中圖分類號(hào)：S714.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-4260(2016)02-0106-05

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-06-08 12:57網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160608.1257.026.html