黑龍江省東南部山地小流域侵蝕溝基本特征分析

李志飛，單洪偉，楊 薇

(黑龍江省水土保持科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150070)

黑龍江省溝蝕問題嚴重，溝蝕的危害主要表現(xiàn)為加劇水土流失、損毀耕地、降低機耕效率、損害農業(yè)綜合生產能力、促發(fā)雨洪災害、威脅村屯安全[1-2]。據全國第一次水利普查成果，黑龍江省規(guī)模以上侵蝕溝(100～5 000 m)共有11.55萬條，主要分布在中部漫川漫崗區(qū)和東南部山地區(qū)，其中中部漫川漫崗區(qū)和東南部山地區(qū)分別有侵蝕溝48 777、39 918條，占侵蝕溝總數的42%和35%?，F(xiàn)在侵蝕溝專項治理已經列入《黑龍江省水土保持規(guī)劃(2015—2030年)》，是今后黑龍江省水土保持工作的重要部分。

近年來，科研人員針對不同區(qū)域、不同類型侵蝕溝的分布特征、發(fā)生發(fā)育機理等進行了大量研究[3-14]。就黑龍江省而言，相關研究主要集中在中部的漫川漫崗黑土區(qū)，而對東南部山地區(qū)的研究則比較少。研究方法上多采用遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術等對大區(qū)域、大流域尺度進行研究，判別精度有限?；谏鲜鲅芯楷F(xiàn)狀，本研究在小流域尺度上，以黑龍江省寧安市葡萄溝小流域為研究區(qū)，結合Google Earth，利用RTK系統(tǒng)對葡萄溝小流域內的26條侵蝕溝進行精準測量與分析，以分析黑龍江省東南部山地區(qū)侵蝕溝基本特征，為黑龍江省侵蝕溝分區(qū)分類、規(guī)模治理提供基礎數據支持，這對于查清黑龍江省溝蝕分布與現(xiàn)狀、制定科學決策具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省東南部寧安市寧安鎮(zhèn)葡萄溝村，地處牡丹江市、海林市和寧安市交界處，地理位置介于E129°21′21″～129°23′29″、N44°23′53″～44°25′07″，地貌類型為低山丘陵，海拔300～550 m。土壤類型以沙質暗棕壤和白漿土為主，在沿河低洼地存有草甸土。屬中溫帶大陸性氣候區(qū)，年均氣溫4.0 ℃，年均日照時數2 675 h，無霜期135 d，≥10 ℃年積溫2 646 ℃，年均降水量570 mm，年均徑流深200 mm，降雨集中在6—9月，期間降水量占年降水量的70%。林草覆蓋率僅為26.7%，水土流失嚴重，以水力侵蝕為主，主要形式為面蝕和溝蝕。研究區(qū)范圍和侵蝕溝分布見圖1。

圖1 研究區(qū)范圍及侵蝕溝分布

2 研究方法

結合Google Earth影像數據，利用RTK系統(tǒng)，對研究區(qū)內侵蝕溝逐條進行測量，包括溝沿線、比降、典型斷面尺寸等，獲取侵蝕溝長、寬、深、邊坡角度、溝壑面積等基礎數據。侵蝕溝密度、寬深比、寬長比等參數計算公式分別為：侵蝕溝密度=溝壑長度/小流域面積；寬深比=溝寬/溝深；寬長比=溝寬/溝長。研究區(qū)侵蝕溝基本特征見表1。

3 結果與分析

3.1 侵蝕溝分布特征

由圖1可以看出，葡萄溝小流域由2個微流域歸并而成，總面積為3.75 km2，共有侵蝕溝26條，溝壑占地面積6.86 hm2。按照分水嶺劃分，有2條主溝，兩側坡面從上而下分別發(fā)展出10、14條支溝，呈羽狀分布。其中，除2條主溝長在2 000 m以上外，其余多數支溝長度為100～400 m(22條)，只有2條支溝長度為500～1 000 m。

小流域出口處是葡萄溝村村部所在地。侵蝕溝坡降大、植被稀疏，截持水能力遠低于坡面，遇強降雨，坡面上大量的侵蝕溝便成為水沙輸送通道，加速雨水的匯集作用，加快洪峰形成，加大洪峰流量，容易誘發(fā)雨洪災害，對下游村屯安全造成較大威脅。

表1 研究區(qū)侵蝕溝基本特征

3.2 侵蝕溝分級與密度

按照水利部松遼水利委員會制定的東北黑土區(qū)侵蝕溝分級標準(表2)，研究區(qū)內有小型溝21條、中型溝4條、大型溝1條，小型溝是治理的主體。

表2 侵蝕溝分級標準 hm2

經計算，研究區(qū)內侵蝕溝密度為2.71 km/km2。而根據全國第一次水利普查成果，研究區(qū)侵蝕溝密度為0.19 km/km2。研究區(qū)內的侵蝕溝密度是普查成果的14倍之多，一個重要的原因是研究區(qū)以小型溝為主，而全國第一次水利普查時因遙感影像精度有限，對此類小型溝的判別不具可操作性。

3.3 溝道縱比降及溝道邊坡坡度

溝道縱比降，即侵蝕溝所在坡面的坡度，是侵蝕溝形成的重要地形因素。在其他因素一致的情況下，縱比降越大，越容易形成侵蝕溝。調查結果顯示，研究區(qū)多數侵蝕溝縱比降在10%(6°)以上，最大的可達21%(12°)，而東北漫川漫崗區(qū)平均溝道縱比降為5.95%[14]，可見相比東北漫川漫崗區(qū)，東南部山地區(qū)侵蝕溝縱比降更大。

在測量中發(fā)現(xiàn)，侵蝕溝斷面情況非常復雜，基本沒有規(guī)則的形狀，一條侵蝕溝同時存在V形和U形的斷面很常見，邊坡坡度值只能是選取典型斷面的平均值。結果顯示，典型斷面邊坡坡度介于21°～78°，其中土壤安息角在35°以上的有19條，占侵蝕溝總數的73%，這說明多數侵蝕溝邊坡不穩(wěn)定，有坍塌、滑動的可能。

3.4 侵蝕溝寬長比及寬深比

寬長比，即侵蝕溝寬度與長度的比值。較大的寬長比說明侵蝕溝的兩側來水較大造成岸坡不斷地塌陷和擴張；較小的寬長比則說明溝蝕的水流主要來自溝頭，而且水流在前進過程中流量變化不大。東北黑土區(qū)坡耕地上的侵蝕溝寬長比平均為0.026 9[12]。經計算，研究區(qū)內侵蝕溝寬長比平均為0.033 3，說明研究區(qū)侵蝕溝兩側來水量較大，除了溝頭水流，兩側坡面匯水也是侵蝕溝洪峰流量的重要組成部分。

寬深比，即侵蝕溝寬度與深度的比值，可以表征各類侵蝕溝斷面的寬淺和窄深程度。寬深比的概念與文獻[4]中的“開析度(K)”的概念一致，反映了侵蝕溝的宏觀地形開闊特征。一般來說溝道開析度越大，溝道越開闊，K<0.35為深切型，0.35≤K≤0.65為半開析型，K>0.65為開析型。經計算，研究區(qū)內侵蝕溝均寬和均深范圍分別為2.86～12.06和1.18～4.14 m，寬深比介于1.79～6.36，均大于0.65，屬開析型侵蝕溝，說明研究區(qū)侵蝕溝比較開闊，溝道的立地條件較好，開發(fā)利用潛力較大。

3.5 侵蝕溝溝頭高差

溝頭高差即溝頭處溝底和溝口沿高程差，是決定溝頭防護措施類型和規(guī)格的重要因素。調查顯示，研究區(qū)內有12條侵蝕溝無明顯溝頭高差，比例接近1/2，其余溝頭高差介于1.00～5.00 m。

調查發(fā)現(xiàn)，有的侵蝕溝溝頭處雖然沒有明顯的高差，但是在溝中位置卻出現(xiàn)一處甚至幾處較明顯的高差；侵蝕溝與農道交叉處，在農道下方有時也會有明顯的高差。這些地方雖然不在溝頭，但是也需要修建跌水，以有效防止溝底下切和破壞農道。

4 結 論

本次調查結合Google Earth，利用RTK系統(tǒng)在小流域尺度上對侵蝕溝進行精準測量，具有快速、精度高、成本低等優(yōu)點，可以較好地滿足侵蝕溝科研、規(guī)劃設計需求。

根據葡萄溝小流域調查結果，黑龍江省東南部山地區(qū)侵蝕溝以小型溝為主，溝長多為100～400 m，寬長比較大，溝道比較開闊，溝道比降大，溝頭高差均小于5.00 m，邊坡不穩(wěn)定，溝壑密度大，大量的侵蝕溝剝蝕耕地資源，威脅村屯安全和群眾的生命財產安全。在以后的侵蝕溝治理工作中，應該充分考慮不同區(qū)域的侵蝕溝特點，科學決策，采取合理措施，以達到更好的治理效果。

[參考文獻]

[1] 李浩,張興義,劉爽,等.典型黑土區(qū)村級尺度侵蝕溝演變[J].中國水土保持科學,2012,10(2):21-28.

[2] 秦偉,左長清,范建榮,等.東北黑土區(qū)侵蝕溝治理對策[J].中國水利,2014(20):37-41.

[3] 衣強,張巖,張紅峰,等.豫西黃土丘陵區(qū)侵蝕溝空間分布特征研究[J].人民黃河,2016,38(11):85-88.

[4] 蔣巖初,張文太,盛建東.天山北坡典型小流域侵蝕溝形態(tài)特征及其成因[J].水土保持通報,2017,37(1):304-307.

[5] 閆業(yè)超,張樹文,岳書平.克拜東部黑土區(qū)侵蝕溝遙感分類與空間格局分析[J].地理科學,2007,27(2):193-199.

[6] 閆業(yè)超,張樹文,岳書平.基于Corona和Spot影像的近40年黑土典型區(qū)侵蝕溝動態(tài)變化[J].資源科學,2006,28(6):154-160.

[7] 蘆貴君,張瑜,許文旭,等.吉林省侵蝕溝區(qū)域分布特征研究[J].中國水土保持,2007(2):53-56.

[8] 范海峰,白建宏,王勇.基于高分辨率遙感影像調查侵蝕溝的方法[J].東北水利水電,2009,27(6):56-57.

[9] 唐莉,孟令欽,張鋒.黑土區(qū)坡耕地侵蝕溝發(fā)育機理[J].安徽農業(yè)科學,2012,40(2):819-821,827.

[10] 李飛,張樹文,李天奇.東北典型黑土區(qū)南部侵蝕溝與地形要素之間的空間分布關系[J].土壤與作物,2012,1(3):148-154.

[11] 張旭,顧廣賀,范昊明,等.東北黑土區(qū)降雨侵蝕力與侵蝕溝發(fā)育關系研究[J].沈陽農業(yè)大學學報,2014,45(2):249-252.

[12] 孟令欽,李勇.東北黑土區(qū)坡耕地侵蝕溝發(fā)育機理初探[J].水土保持學報,2009,23(1):7-11.

[13] 顧廣賀,王巖松,鐘云飛,等.東北漫川漫崗區(qū)侵蝕溝發(fā)育特征研究[J].水土保持研究,2015,22(2):47-51.

[14] 范昊明,顧廣賀,王巖松,等.東北黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)育與環(huán)境特征[J].中國水土保持,2013(10)：75-78.

[作者簡介] 李志飛(1983—)，男，河南安陽市人，工程師，碩士，主要從事水土保持科研工作。

[收稿日期] 2017-10-15