杭州市余杭區(qū)小流域場(chǎng)次降雨泥沙流失監(jiān)測(cè)方法研究

顧妍平，李 鋼，陸芳春

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

杭州市余杭區(qū)小流域場(chǎng)次降雨泥沙流失監(jiān)測(cè)方法研究

顧妍平1，李 鋼2，陸芳春1

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

以杭州市余杭區(qū)百丈溪小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，在流域出口設(shè)置卡口站，連續(xù)4 a （2012 — 2015年）對(duì)河道中的懸移質(zhì)含沙量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，在場(chǎng)次降雨過程中取樣1次/h。結(jié)果表明，合理的采樣時(shí)機(jī)獲得的懸移質(zhì)含沙量數(shù)據(jù)可以用來估算流域場(chǎng)次降雨泥沙流失量。

余杭區(qū)小流域；泥沙流失；監(jiān)測(cè)

1 問題的提出

杭州市余杭區(qū)位于浙江省東北部，多年平均降水量1 390 mm，雨量豐沛。區(qū)域地勢(shì)由西北向東南傾斜，西部為山地丘陵區(qū)，分布有多條小流域。小流域河道坡陡流急，由于流域河道坡陡流急，降雨強(qiáng)度大，一旦發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，其徑流攜帶的泥沙將會(huì)隨徑流匯入苕溪，進(jìn)入平原河網(wǎng)，對(duì)下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成較嚴(yán)重影響。為計(jì)算降雨時(shí)產(chǎn)生的泥沙流失量，在小流域出口設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，連續(xù)4 a（2012 — 2015年）對(duì)水體中的懸移質(zhì)含沙量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過流域典型監(jiān)測(cè)過程，估算流域全年泥沙流失量，可為流域泥沙流失程度分析和水土流失治理提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

百丈溪小流域位于余杭區(qū)的西北部，發(fā)源于百丈鎮(zhèn)北麓，由西北向東南流，與鸕鳥溪匯合后匯入黃湖溪，最終匯入北苕溪。百丈溪監(jiān)測(cè)斷面以上流域河長(zhǎng)6.3 km，比降0.31‰，集雨面積17.29 km2，地貌以山區(qū)丘陵為主，山勢(shì)較高，土壤以黃壤、紅壤和水稻土為主，含沙量較高。流域內(nèi)土地類型包括耕地、園地、林地等，林地以竹林為主。流域內(nèi)人口密度為195人/ km2。

3 監(jiān)測(cè)頻次和方法

余杭區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，汛期是產(chǎn)生泥沙流失的主要時(shí)段，因此是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)時(shí)段，在非汛期進(jìn)行本底值采樣用于對(duì)照分析。

浙江省的降雨以3日降雨為主，產(chǎn)匯流方式為蓄滿產(chǎn)流，考慮到產(chǎn)流初損以及后損，參考浙江省水利河口研究院對(duì)錢塘江流域降雨侵蝕的研究成果[1]， 3日降雨量達(dá)到40 mm及以上時(shí)開展水土流失監(jiān)測(cè)為宜。

根據(jù)余杭區(qū)境內(nèi)余杭、百丈、橫湖、瓶窯、塘棲和臨平6個(gè)雨量站1979 — 2008年長(zhǎng)系列降雨資料，統(tǒng)計(jì)分析6個(gè)雨量站的降雨區(qū)間分布（見表1）。

表1 余杭區(qū)降雨區(qū)間分布表

綜合考慮流域降雨特性及監(jiān)測(cè)結(jié)果的代表性，確定監(jiān)測(cè)頻次為3次/a。

百丈溪流域有百丈雨量站，降雨量直接采用百丈站雨量成果。水樣采集為人工現(xiàn)場(chǎng)采樣，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，在降雨之前到達(dá)采樣現(xiàn)場(chǎng)，采樣1次/h。

4 結(jié)果與分析

4.1 懸移質(zhì)含沙量變化情況

百丈溪小流域15場(chǎng)降雨產(chǎn)生的懸移質(zhì)含沙量繪圖分析見圖1 ～ 2。

圖1 懸移質(zhì)含沙量和降雨關(guān)系示意圖

圖2 懸移質(zhì)含沙量和降雨關(guān)系示意圖

由圖1 ～ 2可見，懸移質(zhì)含沙量大致上隨著降雨量的變化而變化，二者之間沒有相關(guān)性。降雨初期，由于降雨對(duì)土壤的散濺和搬運(yùn)作用，降雨量增大，大量泥沙隨降雨入河，含沙量監(jiān)測(cè)值會(huì)迅速變大；降雨中后期，降雨量增加，水體含沙量監(jiān)測(cè)值趨于穩(wěn)定，在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)上下波動(dòng)。通常情況下，水體含沙量的變化要滯后于降雨量變化，滯后時(shí)間的長(zhǎng)短主要受降雨匯集到流域出口需要的匯流時(shí)間決定。

4.2 泥沙流失量計(jì)算與分析

根據(jù)流域內(nèi)每場(chǎng)降雨的降雨過程和典型監(jiān)測(cè)斷面處的泥沙含量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算典型流域場(chǎng)次降雨所產(chǎn)生的懸移質(zhì)泥沙總量，計(jì)算公式如下：

式中：W為監(jiān)測(cè)斷面水土流失量，t；Ci為每個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段監(jiān)測(cè)到的斷面泥沙含量，mg/L；Qi為監(jiān)測(cè)時(shí)刻通過斷面的徑流量，m3/s；i為第i個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為1 h；n為監(jiān)測(cè)總時(shí)間，h；F為流域面積，km2；K為輸移比系數(shù)，采用長(zhǎng)江以南的泥沙輸移比代替，取0.4。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 場(chǎng)次降雨流域泥沙流失量成果表

4.3 懸移質(zhì)含沙量均值

流域的懸移質(zhì)含沙量均值Ca可以在一定程度上表征場(chǎng)次降雨產(chǎn)生的泥沙流失量的大小，可以用于泥沙流失量計(jì)算。根據(jù)公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Ca為懸移質(zhì)含沙量均值，mg/L；Ci為每個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段監(jiān)測(cè)到的斷面懸移質(zhì)含沙量，mg/L；Qi為監(jiān)測(cè)時(shí)刻通過斷面的徑流量，m3/s；i為第i個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度為1 h；n為監(jiān)測(cè)總時(shí)間，h；Q為場(chǎng)次降雨通過監(jiān)測(cè)斷面的徑流總量，萬m3。

表2給出了懸移質(zhì)含沙量均值Ca的計(jì)算結(jié)果，對(duì)照?qǐng)D1 ～ 2可以發(fā)現(xiàn)：

4.3.1 出現(xiàn)時(shí)機(jī)多變

懸移質(zhì)含沙量均值Ca在場(chǎng)次降雨過程中可能出現(xiàn)1次或者多次，出現(xiàn)的時(shí)機(jī)不固定，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過程的中間時(shí)刻出現(xiàn)的幾率比較大。

4.3.2 受雨型影響明顯

如果場(chǎng)次降雨過程比較集中，雨強(qiáng)較大，通常懸移質(zhì)含沙量均值Ca會(huì)在一個(gè)較大的小時(shí)降雨后的幾小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)；如果一場(chǎng)降雨的雨量分布比較均勻，通常懸移質(zhì)含沙量均值Ca會(huì)在監(jiān)測(cè)過程中多次出現(xiàn)，雨量分布越均勻，出現(xiàn)次數(shù)相對(duì)越多，出現(xiàn)的時(shí)間間隔相對(duì)比較穩(wěn)定。

在實(shí)測(cè)過程中，為了得到相對(duì)準(zhǔn)確的Ca值，可根據(jù)實(shí)際降雨情況，在一個(gè)過程中多次采樣，重點(diǎn)是較大的小時(shí)降雨后和監(jiān)測(cè)的中間時(shí)刻。

5 結(jié) 語

（1）懸移質(zhì)含沙量的監(jiān)測(cè)結(jié)果大致隨著降雨量的變化而變化。

（2）懸移質(zhì)含沙量均值Ca值出現(xiàn)時(shí)機(jī)不固定且受雨型的影響，為了得到相對(duì)準(zhǔn)確的Ca值，在一個(gè)過程中多次采樣，重點(diǎn)是較大的小時(shí)降雨后和監(jiān)測(cè)的中間時(shí)刻。

目前，全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)小流域降雨和輸沙特征值規(guī)律進(jìn)行研究的類似原型監(jiān)測(cè)較少，可供參考的經(jīng)驗(yàn)少，在開展長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，將更有益于對(duì)懸移質(zhì)含沙量均值的探索。

[1] 王先禮．水土保持學(xué)[M]．北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1995．

[2] Wei W，Chen L D，F(xiàn)u B J，et al．The effect of land uses and rainfall regimes on runoff and soil erosion in the semi - arid loess hilly area，china[J]．Journal of Hydrology，2007，335(3 / 4)：247 - 258．

[3] Hudson N W．Soil Conservation(Second Edition)[M]．New York ：Cornell Univ．Press，1981．

5 結(jié) 語

水行政主管部門購(gòu)買生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)水土流失調(diào)查與技術(shù)評(píng)估尚屬起步階段，實(shí)踐過程中取得了顯著的成效，極大地提高了水行政主管部門生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督管理水平和效率，但是也存在一些問題。本次研究對(duì)需要注意的幾個(gè)問題進(jìn)行認(rèn)真分析，下階段可從如何進(jìn)一步完善技術(shù)服務(wù)內(nèi)容、如何規(guī)范從業(yè)行為等方面開展研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)水利部. 2010 — 2014《中國(guó)水土保持公報(bào)》[R].北京：中華人民共和國(guó)水利部，2015.

（責(zé)任編輯 姚小槐）

S157

：B

：1008 - 701X(2017)01 - 0043 - 02

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.015

2016-12-11

顧妍平(1978 - )，女，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水環(huán)境與水土保持研究。