甌江流域低丘緩坡地不同水土保持措施的水沙關(guān)系對比分析

毛偉華, 孫英軍, 劉?，?/p>

（1.麗水市水文站，浙江 麗水 323002；2.浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

甌江流域低丘緩坡地不同水土保持措施的水沙關(guān)系對比分析

毛偉華1, 孫英軍2, 劉?，?

（1.麗水市水文站，浙江 麗水 323002；2.浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

通過針對甌江流域為代表的南方紅壤丘陵區(qū)低丘緩坡地建設(shè)模擬實施多類型水土保持措施(包括工程措施、植物措施、臨時措施、綜合措施等)，采用徑流小區(qū)法進(jìn)行觀測、實驗以及對比分析實驗結(jié)果，得出各項措施條件下的水土流失情況、水土保持效果及措施優(yōu)缺點(diǎn)，對甌江流域開發(fā)建設(shè)項目水土保持措施的防治效果進(jìn)行較為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炚撟C，從而為當(dāng)?shù)亻_發(fā)建設(shè)項目水土流失預(yù)測及措施設(shè)計提供有力支持。

水土流失；低丘緩坡地；徑流試驗場；定量分析

1 問題的提出

水土流失是土地退化的根本原因，也是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素。就甌江流域而言，上游紅壤丘陵區(qū)的地形地貌、土壤植被以及氣候等自然條件均容易造成水土流失的發(fā)生和發(fā)展。近年來，低丘緩坡地上各類生產(chǎn)建設(shè)項目的實施更加劇了中度以上侵蝕強(qiáng)度水土流失的發(fā)生。受地形地貌限制，此類在低丘緩坡地實施的建設(shè)項目，“三通一平”是其產(chǎn)生水土流失的重要環(huán)節(jié)，工程開挖填筑形成的裸露邊坡及臨時堆土堆料及棄渣場地等是造成水土流失的重要部位。

現(xiàn)階段流域內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)項目實施的水土保持措施主要分為工程措施、植物措施和臨時措施等類型[1]。其中工程措施主要有場地平整、道路及邊坡的截排水措施，挖填邊坡坡腳的擋墻等攔擋措施及砌石、噴錨支護(hù)等護(hù)坡措施；植物措施主要有綠化區(qū)域的植草、栽植喬灌木等，挖填邊坡的植被護(hù)坡等措施；臨時措施主要有施工期間場地的臨時排水沉沙、堆土堆料的臨時攔擋、苫蓋等措施。

針對上述措施的適用條件、防治效果、優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)措施，較少見相關(guān)研究報道[2]。針對甌江流域低丘緩坡開發(fā)項目，本文擬通過徑流小區(qū)模擬實施多類型水土保持措施，通過觀測、實驗以及對比分析[3]，得出各項措施條件下的水土流失狀況、水土保持效果，對甌江流域低丘緩坡區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持措施的防治效果進(jìn)行較為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炚撟C，從而為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)建設(shè)項目水土流失預(yù)測及措施設(shè)計提供有力支持。

2 實驗場地建設(shè)

本實驗采用徑流小區(qū)法進(jìn)行地面觀測[4]。

為更真實地反映低丘緩坡園區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失情況，以及各項水土保持措施對園區(qū)開發(fā)建設(shè)水土流失治理所產(chǎn)生的效果，實驗徑流小區(qū)觀測場場址選擇浙江省麗水市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)石牛水文站后方的緩坡地帶。小區(qū)位于山腳坡地，地形坡度約15°，現(xiàn)狀土壤為紅壤，周邊主要為林地；所在地氣候特征與麗水市基本一致，多年平均降水量1 474.1 mm，降水主要集中在4 — 9月。徑流小區(qū)采用甌江流域麗水地區(qū)園區(qū)開發(fā)建設(shè)區(qū)域典型土石混合渣作為墊層，共布設(shè)5個監(jiān)測小區(qū)（見圖1），分別為：

圖1 各監(jiān)測小區(qū)平面布置圖

對比小區(qū)（1#小區(qū)）：不采取任何措施，保持坡面裸露。

工程措施小區(qū)（2 #小區(qū)）：坡面兩側(cè)設(shè)排水溝，下游坡腳設(shè)擋墻進(jìn)行攔擋。

植物措施小區(qū)（3 #小區(qū)）：坡面鋪植草皮。

臨時措施小區(qū)（4 #小區(qū)）：坡面兩側(cè)及下游坡腳設(shè)填土草包圍攔，坡面兩側(cè)填土草包外側(cè)開挖土質(zhì)臨時排水溝。

綜合措施小區(qū)（5 #小區(qū)）：坡面兩側(cè)設(shè)填土草包圍擋，填土草包外側(cè)設(shè)排水溝，下游坡腳設(shè)擋墻，坡面鋪植草皮。

各小區(qū)垂直投影長20 m，寬5 m，坡度15°，小區(qū)下方設(shè)置采用矩形結(jié)構(gòu)的磚砌集流池，每個小區(qū)集流池自左至右設(shè)置3個長為120 cm，寬為100 cm，深為100 cm的小水池。小區(qū)內(nèi)草皮選擇狗牙根；排水溝采用C15混凝土結(jié)構(gòu)，底寬10 cm，襯砌厚度5 cm；臨時排水溝采用土質(zhì)結(jié)構(gòu)，底寬10 cm。

3 觀測內(nèi)容與方法

本次實驗主要觀測內(nèi)容為不同水土保持措施條件下各徑流小區(qū)內(nèi)的土壤流失量、水的流失量以及各項水土保持措施運(yùn)行情況。

實驗過程中，當(dāng)次降水發(fā)生產(chǎn)流或日降水量大于10 mm時按照要求進(jìn)行觀測。一般降水觀測時間為當(dāng)日08∶00至次日08∶00，若遇暴雨等特殊情況，根據(jù)實際需要進(jìn)行觀測。

本次實驗觀測歷時自2011年8月至2012年6月，觀測期間總降水量1 257.8 mm，共獲取43組觀測數(shù)據(jù)。

4 實驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)定性分析，持續(xù)降水對土壤侵蝕和水的流失具有顯著促進(jìn)作用，從而弱化了日降水量與土壤侵蝕、水的流失的相關(guān)性。故在對觀測結(jié)果進(jìn)行定量分析時，采用次降水量進(jìn)行分析。

對于連續(xù)降雨，按逐日累加的方式分別計算次降水量（即：若某次降水持續(xù)n天，日降水量分別為t1，t2，…，tn，則該次降水量為

相應(yīng)地，對土壤流失量和水的流失量作相同處理。

為盡可能排除下墊面含水率對土壤流失量和水的流失量觀測結(jié)果的影響，根據(jù)降水日期對觀測數(shù)據(jù)系列進(jìn)行篩選，選取距上次降水間隔10 d以上的數(shù)據(jù)系列作為定性分析的數(shù)據(jù)系列，盡可能使下墊面含水率基本一致。

4.1 土壤流失實驗結(jié)果分析

各小區(qū)土壤流失量與降水量之間的線性回歸分析結(jié)果匯總見表1和圖2。

表1 各小區(qū)土壤流失量與降水量線性回歸分析結(jié)果匯總表

圖2 各小區(qū)土壤流失量與降水量線性回歸關(guān)系分析匯總圖

從表1和圖2可以看出，對比小區(qū)（1#）、臨時措施小區(qū)（4#）和綜合措施小區(qū)（5#）的土壤流失量和降水量之間均有較好的相關(guān)性；工程措施小區(qū)（2#）相關(guān)性較差，決定系數(shù)R2= 0.320 3；植物措施小區(qū)（3#）未檢出明顯的土壤流失。

根據(jù)各小區(qū)降水量與土壤流失量的線性回歸定量分析，各措施小區(qū)的保土效果依次為：植物措施小區(qū)（3#）＞工程措施小區(qū)（2#）＞綜合措施小區(qū)（5#）＞臨時措施小區(qū)（4#），其中植物措施小區(qū)（3#）、工程措施小區(qū)（2#）和綜合措施小區(qū)（5#）的保土效果為正效應(yīng)，臨時措施小區(qū)（4#）的保土效果為負(fù)效應(yīng)。

根據(jù)實驗結(jié)果，結(jié)合水土保持措施機(jī)理分析，綜合措施小區(qū)與臨時措施小區(qū)的保土效果實驗結(jié)果較理論上的規(guī)律存在偏離。經(jīng)現(xiàn)場查勘及分析，臨時措施小區(qū)（4#）由于填土草包風(fēng)化，以及臨時排水溝抗沖蝕能力較差，措施的不足一定程度增加水土流失量，故監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)保土效果為負(fù)效應(yīng)。綜合措施小區(qū)受臨時措施的負(fù)效應(yīng)影響，其保土效應(yīng)也較工程、植物措施略差。

4.2 水的流失實驗結(jié)果分析

各小區(qū)水的流失量與降水量之間的線性回歸分析結(jié)果匯總見表2和圖3。

表2 各小區(qū)水的流失量與降水量線性回歸分析結(jié)果匯總表

圖3 各小區(qū)水的流失量與降水量線性回歸關(guān)系分析匯總圖

從表2和圖3可以看出，對比小區(qū)（1#）、植物措施小區(qū)（3#）、臨時措施小區(qū)（4#）和綜合措施小區(qū)（5#）的水的流失量和降水量之間的相關(guān)性較好，決定系數(shù)R2在0.600 0 ～ 0.700 0；而工程措施小區(qū)（2#）相關(guān)性較差，決定系數(shù)R2= 0.335 9。

根據(jù)線性回歸分析結(jié)果，各措施小區(qū)的保水效果依次為：植物措施小區(qū)（3#）＞工程措施小區(qū)（2#）＞綜合措施小區(qū)（5#）＞臨時措施小區(qū)（4#），其中植物措施小區(qū)（3#）、工程措施小區(qū)（2#）和綜合措施小區(qū)（5#）的保水效果為正效應(yīng)，而臨時措施的保水效果為負(fù)效應(yīng)。綜合措施小區(qū)與臨時措施小區(qū)的保水效果實驗結(jié)果偏離原因同4.1節(jié)。

與保土效果分析結(jié)果比較，各措施小區(qū)保水效果與保土效果規(guī)律基本一致。

5 結(jié)論及建議

通過甌江流域園區(qū)建設(shè)項目水土流失控制與應(yīng)用研究，得出以下結(jié)論：

（1）一般情況下，降水量與土壤流失量成顯著的正相關(guān)關(guān)系，即降水越大，侵蝕量越大。

（2）土壤流失量、水的流失量與下墊面含水率直接相關(guān)。持續(xù)性降水導(dǎo)致下墊面含水率較高甚至接近飽和后，則后續(xù)降水以形成地表徑流流失為主，大量沖刷坡面，導(dǎo)致相對較大的土壤流失量和水的流失量。

（3）臨時措施小區(qū)由于措施的缺陷，保水保土作用均不明顯，一定程度上呈負(fù)效應(yīng)。

（4）通過定量分析，各措施小區(qū)的保土保水效果依次為：植物措施小區(qū)＞工程措施小區(qū)＞綜合措施小區(qū)＞臨時措施小區(qū)，其中臨時措施小區(qū)由于建設(shè)措施較低呈現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，其余為正效應(yīng)。

（5）本文5個小區(qū)，共計43組數(shù)據(jù)，實驗觀測歷時及數(shù)據(jù)系列偏短，所統(tǒng)計的結(jié)果受異常結(jié)果影響較大，因此，基于本文觀測的數(shù)據(jù)只進(jìn)行了簡單分析，其結(jié)論尚需在大量觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步論證。

通過對各小區(qū)不同水土保持措施對防治水土流失的效果觀測分析，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀?、水文、土壤等條件，對甌江流域低丘緩坡地各類生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失控制措施提出以下建議[6-7]：

（1）截排水溝及擋墻等工程措施可以快速、有效地攔擋松散堆積體，排導(dǎo)坡面匯水，降低降水對坡面的沖刷，減少土壤流失量，具有較好的保土效果；同時攔擋措施可以一定程度上攔截坡面徑流和壤中流，迫使其入滲，具有一定的保水作用。因此，在開發(fā)區(qū)建設(shè)過程中，應(yīng)在坡面形成之初，及時實施截排水溝及擋墻攔擋等工程措施。

（2）鋪植草皮等植物措施可以通過植物對降水的阻截，減少對坡面的沖刷，增加降水入滲量，快速降低坡面的徑流系數(shù)，從而快速有效地減少水土流失，具有良好的保水保土作用。因此，在工程建設(shè)過程中應(yīng)根據(jù)工程各部位實際條件，及時實施植物措施。

（3）填土草包、土質(zhì)臨時排水溝等臨時措施存在諸如填土草包材料易風(fēng)化、臨時排水溝抗沖蝕能力較差等不足，一定程度上可能增加水土流失量。因此，在實施各項臨時措施時應(yīng)特別注意材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的選擇，提高臨時措施的水土保持效果。

（4）在對臨時措施進(jìn)行優(yōu)化后，綜合實施工程、植物和臨時措施可起到更佳的保水保土作用。

[1] 許曉鴻，常曉東，劉艷軍，等．開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測方法探討[J]．水土保持研究，2007，14(3)：57 - 58．

[2]張茨林，謝頌華，陳文波，等．面狀開發(fā)建設(shè)項目水土流失監(jiān)測研究[J]．水土保持通報，2007，27(4)：71 - 74．

[3] 張茨林，謝頌華，曾建玲．江西省人為水土流失現(xiàn)狀調(diào)查與防治研究[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008， 24(8)：54 - 57．

[4] 江濤，樓琦，李海林．浙江省開發(fā)建設(shè)項目水保方案執(zhí)行情況綜評[J]．水土保持應(yīng)用技術(shù)，2008 (3)：35 - 37．

[5] ?？∥模瑥堝\娟．浙江省園區(qū)開發(fā)水土流失防治模式[J]．水土保持應(yīng)用技術(shù)，2010(2)：30 - 32．

[5] 張茨林，謝頌華，曾建玲．江西省人為水土流失現(xiàn)狀調(diào)查與防治研究[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(8)：54 - 57．

[6] 廖承彬，張錦娟，李 鋼．低丘緩坡居住小區(qū)建設(shè)水土流失防治初探[J]．浙江水利科技，2014(3)：15 - 16，22．

[7] 陳茂青，黃小燕，李世鋒．浙江省小流域水土流失綜合治理措施淺析 — 以臨安市桃源溪小流域為例[J]．浙江水利科技，2013(1)：58 - 59，62．

（責(zé)任編輯 郎忘憂）

Comparative Analysis on Water and Sediment Relationship under Different Soil and Water Conservation Measures at Low Hills and Gentle Slopes in Oujiang Watershed

MAO Wei - hua1，SUN Ying - jun2，LIU Fu - yao2
(1. Hydrological Station of Lishui，Lishui 323002，Zhejiang，China；2. Hydrological Bureau of Zhejiang Province，Hangzhou 310009，Zhejiang，China)

Various soil and water conservation measures such as engineering measures，plant measures，temporary measures and comprehensive measures were simulated in Oujiang Watershed，a typical red soil region with low hills and gentle slopes. Runoff plot method was adopted to observe，test and comparatively analyze the experimental results. Soil and water loss situation，conservation effects，strengths and drawbacks of respective measures were concluded to conduct a scientif i c and rigorous argument on the prevention and control effects of soil and water conservation measures taken for development projects in Oujiang Watershed.This study can greatly help the soil and water loss prediction and measure design for local development and construction projects.

soil and water loss；low hills and gentle slopes；runoff plot；quantitative analysis

S157

A

1008 - 701X(2017)04 - 0004 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.002

2016-02-06

浙江省科學(xué)技術(shù)廳科技計劃項目(2012F2004)；浙江省水利廳科技計劃項目( RB0918 )。

毛偉華(1968 - )，男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水文水資源管理工作。E - mail：1047787994@qq.com