堆積土水土流失特征及關(guān)鍵影響因子分析

范世俊，章龍飛

(江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029)

江西省水土流失面積約占全省總面積的20%，其中，強(qiáng)度侵蝕以上面積占水土流失面積的1/3，雖然近些年來通過采取各種水土保持措施，其土壤侵蝕的總量在逐漸減少，但局部地區(qū)的水土流失現(xiàn)象仍然十分嚴(yán)重，水土保持工作任重而道遠(yuǎn)[1-2]。

水土流失的研究工作經(jīng)過多年的發(fā)展，已逐步形成了一套相對成熟的研究理論和方法，比如VIC模型與改進(jìn)通用土壤侵蝕方程相耦合，可實(shí)現(xiàn)對水土流失時(shí)空分布格局的模擬[3]；WPAPP和物元可拓模型可實(shí)現(xiàn)對水土保持措施綜合效益的分析評價(jià)[4-5]；SEBAL模型則可以對不同水土保持措施下的流域蒸騰蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算[6]；MULSE模型則綜合考慮了水文氣象因素和研究區(qū)下墊面情況，可實(shí)現(xiàn)對小流域水土流失較高精度的模擬[7]。不同地區(qū)的水土流失情況有很大差異，引起水土流失的原因也是多種多樣，必須因地制宜，對區(qū)域的水土流失特征和影響因子進(jìn)行分析和評判，才能有針對性地采取應(yīng)對方案，保證水土保持工作的效益性[8]。

1 贛江流域水土流失現(xiàn)狀

贛江是鄱陽湖流域第一大河，流域面積約為83500km2，水土流失面積約為15523.44km2，占江西省全省水土流失面積的46.38%，且強(qiáng)烈水土流失區(qū)占比達(dá)到了31.6%，可見，贛江流域水土流失問題是江西省水土流失問題的主要區(qū)域，如圖1所示。目前，贛江流域的水土流失的特點(diǎn)主要為面積大、范圍廣，侵蝕類型多樣、流失強(qiáng)度大等，這給當(dāng)?shù)卦斐赏恋赝嘶?，降低土壤養(yǎng)分；淤塞江河湖庫，加劇洪澇風(fēng)險(xiǎn)；影響航運(yùn)，破壞生態(tài)等諸多問題。堆積土是指經(jīng)過人為擾動過后的松散棄土，是水土流失的重要源地，因此，文章選取該流域某一擾動地堆積土區(qū)域進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)分析，期望能為該流域類似水土流失區(qū)的水土保持研究提供理論支撐。

圖1 江西省各區(qū)域水土流失情況統(tǒng)計(jì)

2 堆積土水土流失特征分析

2.1 堆積時(shí)間的影響分析

堆積時(shí)間對堆積土徑流量和泥沙流失的影響規(guī)律如圖2所示。從圖2中可以看到，隨著時(shí)間的增加，各種堆積土的累計(jì)徑流量和產(chǎn)沙量呈逐漸升高的趨勢，但產(chǎn)沙率隨時(shí)間呈逐漸降低的特征；相同試驗(yàn)時(shí)間下，新棄土(2a以下)的累計(jì)徑流量和產(chǎn)沙量變化幅度最大，其次為老棄土(2a以上)，最后為自然土。新老棄土的徑流量和產(chǎn)沙量明顯高于自然土，新棄土由于堆積時(shí)間短，還處于比較松散的狀態(tài)，抗沖蝕能力降低，因而產(chǎn)沙量最大；表明土壤經(jīng)過人為擾動之后，更易發(fā)生水土流失，要對新老棄土進(jìn)行攔擋和植物固沙措施。

圖2 堆積時(shí)間對水土流失特征影響

2.2 坡度的影響分析

相同類型堆積土(新棄土)下，不同堆積坡度的徑流及泥沙流失特征如圖3所示。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)：累計(jì)徑流量隨試驗(yàn)時(shí)間呈線性增長，且坡度越大，徑流量越大；相同坡度下，累計(jì)產(chǎn)沙量變化較為復(fù)雜，在低坡度為5°時(shí)，累計(jì)產(chǎn)沙量增長較慢，20min時(shí)，僅為2kg左右；而當(dāng)坡度大于等于15°時(shí)，產(chǎn)沙量增長幅度較快，但隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，產(chǎn)沙率有所降低，并最終趨于穩(wěn)定。

2.3 沖刷強(qiáng)度的影響分析

不同沖刷強(qiáng)度下堆積土(新棄土)的徑流量及產(chǎn)沙量如圖4所示。從圖4中可以看到：3種沖刷強(qiáng)度下，累計(jì)徑流量均近似呈線性增長，沖刷強(qiáng)度越大，累計(jì)徑流量的增長率越大；累計(jì)產(chǎn)沙量隨試驗(yàn)時(shí)間的增加近似呈冪函數(shù)型增長，產(chǎn)沙率呈逐漸減小趨勢，最后趨于穩(wěn)定，沖刷強(qiáng)度越大，產(chǎn)沙量越高，水土流失越嚴(yán)重；沖刷強(qiáng)度小于等于500L/h時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)，兩者的產(chǎn)沙量相差不大，但當(dāng)時(shí)間超過12min后，500L/h沖刷強(qiáng)度下的累計(jì)產(chǎn)沙量逐漸大于300L/h沖刷強(qiáng)度的產(chǎn)沙量，沖刷強(qiáng)度達(dá)到700L/h后，土壤流失量較大。

圖3 坡度對水土流失特征影響

圖4 沖刷強(qiáng)度對水土流失特征影響

2.4 覆蓋度的影響分析

對試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行了0%、30%、60%以及90%覆蓋度下(新棄土)的徑流和產(chǎn)沙量分析，如圖5所示。從圖5中可以清楚地看到：各覆蓋度下的累計(jì)徑流量仍然呈線性增加，且增長斜率大小依次為：無覆蓋、30%覆蓋、60%覆蓋以及90%覆蓋，當(dāng)覆蓋度達(dá)到60%后，覆蓋度對累計(jì)徑流量已沒有明顯的影響；無覆蓋時(shí)，累計(jì)產(chǎn)沙量明顯大于有覆蓋度下的累計(jì)產(chǎn)沙量，隨著覆蓋度的增加，累計(jì)產(chǎn)沙量逐漸降低，但覆蓋度下的產(chǎn)沙量相差不大，可見植被對堆積土水土流失防控的重要性。

圖5 覆蓋度對水土流失特征影響

3 關(guān)鍵影響因子分析

關(guān)鍵影響因子是指對種群數(shù)據(jù)大小變化對目標(biāo)層影響度(重要性)大小分析。因子分析法模型為：

Zj=aj1F1+aj2F2+…+ajmFm+Uj(j=1，2，3…n，n為原始變量總數(shù))

(1)

式中，Zj—第j個(gè)變量的標(biāo)準(zhǔn)化分?jǐn)?shù)值；Fi—共同因素；m—共同因素?cái)?shù)量；Uj—Zj的唯一因素；aji—因素的負(fù)荷量大小。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(1)，并建立相應(yīng)的分析矩陣，通過SPSS軟件計(jì)算得到的四種因素對徑流量和產(chǎn)沙量的特征值大小見表1。從表中1可以看到，覆蓋度的平均特征值大小為3.1，沖刷強(qiáng)度為2.8，坡度為2.5，堆積時(shí)間為2.0，表明覆蓋度和沖刷強(qiáng)度是影響堆積土水土流失特征的關(guān)鍵因素，坡度和堆積時(shí)間是次要因素，對人為擾動過后的堆積土區(qū)域，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行植被恢復(fù)以及疏排水溝的建設(shè)。

表1 特征值大小

4 結(jié)論

文章采用現(xiàn)場勘察及試驗(yàn)方法，對人為擾動堆積土各影響因素下的水土流失特征進(jìn)行了分析，研究結(jié)果對于該流域的水土流失治理工作具有一定的借鑒意義；由于試驗(yàn)條件和精力有限，文章僅對堆積土的主要4種因素進(jìn)行了分析，其他因素需在今后的研究過程中進(jìn)一步完善。