旅游開發(fā)下崇義上堡客家梯田小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙分析

王學(xué)雄，朱欽娟，劉漢城，鐘 翔

（1. 贛南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/贛州市南嶺植物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州，341000；2. 贛州市水土保持中心，江西 贛州，341000；3. 贛南水保生態(tài)科學(xué)研究院，江西 贛州，341000）

崇義上堡客家梯田位于江西省崇義縣境內(nèi)，地處東經(jīng)113°55'-114°38'、北緯25°24'-25°54'，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)。平均氣溫17.2℃，年平均降雨量1 627mm。上堡梯田始建于宋末元初，盛建于明末，完工于清初，距今已有800 余年歷史。梯田規(guī)模連片區(qū)位于上堡鄉(xiāng)、思順鄉(xiāng)和豐州鄉(xiāng)，總面積達(dá)2 044hm2，其中核心區(qū)位于上堡鄉(xiāng)的水南村、赤水村、良和村、正井村等地，梯田面積1 491hm2，占總面積的73%[1，2]。上堡梯田2014 年入選中國重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)（China-NIAHS），2018 年作為“中國南方山地稻作梯田系統(tǒng)（含福建尤溪聯(lián)合梯田、湖南新化紫鵲梯田、廣西龍勝龍脊梯田）”等重要組成部分入選全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)（GIAHS）[3]。

近年來，有關(guān)上堡梯田的研究逐漸增多，研究?jī)?nèi)容涵蓋了社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)及交叉學(xué)科，主要涉及梯田起源與演變[2，4]、傳統(tǒng)農(nóng)耕文化與知識(shí)[4-8]、梯田生態(tài)系統(tǒng)特征[9-15]、梯田保護(hù)與開發(fā)策略[16-21]。盡管如此，與其他著名梯田如哈尼梯田相比[22，23]，上堡梯田的研究在廣度和深度方面還有明顯差距，其中一個(gè)方面是研究人類活動(dòng)如旅游開發(fā)對(duì)梯田的影響較少。

小流域徑流和泥沙及相互關(guān)系的變化受氣候變化和人類活動(dòng)影響，也是反映小流域特征的重要指標(biāo)[24-26]。本研究在上堡梯田旅游開發(fā)核心區(qū)一小流域出口設(shè)置卡口站，于2020 年連續(xù)對(duì)該區(qū)域降雨量、徑流以及泥沙量開展自動(dòng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，希望能為上堡客家梯田這一重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的保護(hù)與開發(fā)及可持續(xù)發(fā)展決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究在上堡梯田核心區(qū)水南村選取一邊界閉合的小流域。該小流域整體海拔落差大，最高點(diǎn)海拔760m、最低點(diǎn)海拔420m。主溝道長為1 406m。出口處地勢(shì)稍緩，控制站海拔440m。小流域面積68.70hm2，其中林地30.57hm2、梯田21.25hm2（含荒廢梯田8.00 hm2）、經(jīng)果林（油茶、臍橙）5.62hm2、其他（房屋、道路、溪流、菜地等）11.26hm2，分別占小流域總面積的44.50%、30.93%、8.18%和16.39%。山頂為水源涵養(yǎng)林，主要植物種類有杉木、羅漢松和毛竹等。梯田主要分布在山腰，以種植單季水稻為主、近幾年冬種油菜較多。房屋、果園、菜地等則散布于小流域低處。

2 研究方法

2.1 建立卡口觀測(cè)站

根據(jù)所處區(qū)域多年平均降雨量、徑流系數(shù)及小流域控制區(qū)地勢(shì)和匯水面積等因素，在小流域下游出口處確定卡口觀測(cè)站位置并構(gòu)建矩形堰（堰寬2m、高1.5m、長6m，混凝土澆筑）。

2.2 降雨-徑流-泥沙自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)

采用南京南林電子科技有限公司的卡口站水土流失自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（NLNS-10-02 型），布設(shè)于矩形堰下游斷面。該設(shè)備為太陽能供電、全天候自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（記錄間隔時(shí)間5min、測(cè)量誤差＜3%），能自動(dòng)測(cè)量、記錄和存續(xù)徑流量、徑流含沙量、輸沙量和降雨強(qiáng)度及降雨量。卡口站及自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝見圖1。

圖1 小流域卡口站和降雨-徑流-泥沙自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)量記錄的降雨、徑流和泥沙量數(shù)據(jù)從系統(tǒng)下載后導(dǎo)入Excel，按月統(tǒng)計(jì)降雨量、徑流量和泥沙量，用以分析年內(nèi)降雨、徑流和泥沙情況。典型次降雨的分析則統(tǒng)計(jì)該次降雨時(shí)段的降雨歷時(shí)、雨量及徑流和泥沙量，用以分析典型次降雨（大雨、暴雨）條件下降雨與徑流和泥沙的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨特征

研究小流域2020 年總降雨量為1 932.7mm、降雨日數(shù)為158d（見圖2）。年降雨量約大于多年平均降雨量（為多年平均1627mm 的118.8%）。受降水年內(nèi)分布影響，研究小流域降水主要集中在汛期5～9 月，5～9 月的降水量占全年降水量的69.7%，其中，6 月和9 月的降水量最大，分別為338mm 和363.2mm。其他月份降水相對(duì)較少，尤其10～12 月，降水量只占全年的6.4%、且月降水量都在60mm 以下。

圖2 2020 年降水分配

3.2 徑流年內(nèi)分配

徑流的補(bǔ)給來源主要受降水以及氣溫的季節(jié)性變化的影響，導(dǎo)致徑流的補(bǔ)給年內(nèi)分配差異較大，也決定了徑流年內(nèi)分配隨季節(jié)性變化而變化。由圖3 可知，徑流年內(nèi)分配不均，全年徑流量主要集中在5～9 月。冬季徑流量較少，占全年徑流量的比例不足4.3%。這是因?yàn)轫?xiàng)目區(qū)處于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，雨量高度集中于夏季，秋冬季雨量偏少。12 月至次年3 月降水量較少，徑流量也隨之減少，這表明冬季徑流主要依靠夏季貯存于土壤和近地表中的地下水補(bǔ)給。4～6 月徑流量受到當(dāng)月氣候的影響，隨著氣溫回升，土壤水開始調(diào)節(jié)徑流變化。5～9 月徑流變化主要受到氣溫和降水量等因素影響。

圖3 徑流年內(nèi)分配

3.3 產(chǎn)沙量

降雨是小流域產(chǎn)沙的必要條件，產(chǎn)沙量隨降雨量的變化而變化。圖4 是卡口站自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄的產(chǎn)沙量情況。全年總產(chǎn)量約為2.9 萬t，按單位面積計(jì)約為7 000t/km2。對(duì)照?qǐng)D2 的降雨量和圖3 的徑流量，可以看出，產(chǎn)沙量與降雨和徑流量高度響應(yīng)，即產(chǎn)沙主要集中在5～9 月。根據(jù)第三次土壤侵蝕遙感調(diào)查和第一次全國水利普查，崇義縣土壤侵蝕模數(shù)平均約為2 200t/km2·a，而監(jiān)測(cè)的產(chǎn)沙量則明顯高于這個(gè)平均值，分析其主要原因是與當(dāng)?shù)卣?018-2020 年實(shí)施的梯田核心區(qū)旅游開發(fā)相關(guān)——盤山公路和民宿建設(shè)破壞了大量植被、擾動(dòng)地表等從而導(dǎo)致大量泥沙下泄。

圖4 產(chǎn)沙量年內(nèi)分配

3.4 次降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

為描述次降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙過程，筆者選取2020 年5月20 日的一次典型降雨進(jìn)行詳細(xì)分析。該日研究區(qū)降雨等級(jí)為暴雨，初始降雨于晚21：50 發(fā)生，降雨持續(xù)時(shí)間605min，降雨量78.2mm，平均雨強(qiáng)7.7mm/h，30min最大雨強(qiáng)83.8mm/h（見圖5）。

圖5 次降雨特征

卡口站流量和產(chǎn)沙量與降雨響應(yīng)關(guān)系見圖6。流量峰值出現(xiàn)時(shí)間比降雨峰值出現(xiàn)時(shí)間滯后約240min，但產(chǎn)沙峰值出現(xiàn)時(shí)間比降雨峰值出現(xiàn)時(shí)間僅滯后約30min。因此，總體上，該次降雨過程中，流量和產(chǎn)沙變化與降雨量過程響應(yīng)沒有明顯的規(guī)律性。分析其原因，一是受山區(qū)地勢(shì)地形復(fù)雜等因素影響，降雨在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)可能分配不均；二是受梯田區(qū)水源涵養(yǎng)林及梯田的貯水效應(yīng)的影響，一定程度上減緩了徑流的發(fā)生；三是梯田下方河道內(nèi)泥沙淤積較多，導(dǎo)致暴雨之后即出現(xiàn)較大產(chǎn)沙量；四是野外自動(dòng)監(jiān)測(cè)存在較多不確定因素，且選取的次降雨數(shù)據(jù)有限。

圖6 次降雨下流量和泥沙含量變化

4 討論與結(jié)論

一年的實(shí)地監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，研究小流域的產(chǎn)流量高于贛南丘陵山區(qū)一般小流域，而產(chǎn)沙量明顯大于崇義縣平均土壤侵蝕模數(shù)，大雨和暴雨下則加劇了產(chǎn)沙量的下泄。分析其主要原因是期間當(dāng)?shù)貙?shí)施的旅游開發(fā)（修路、建民宿等）極大地破壞了梯田區(qū)植被、擾動(dòng)了地表等，從而造成嚴(yán)重的水土流失所致。因此，如何使旅游開發(fā)和梯田的生態(tài)保護(hù)相協(xié)調(diào)是一個(gè)重大課題和挑戰(zhàn)。筆者認(rèn)為，在做好長期發(fā)展規(guī)劃基礎(chǔ)上，開發(fā)建設(shè)過程中應(yīng)盡可能減少地表擾動(dòng)和破壞，并實(shí)施必要的水土保持措施。由此，開展連續(xù)多年的觀測(cè)和進(jìn)一步的相關(guān)研究即有著十分重要的意義。