基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的水土保持效果研究

肖艷連

(廣東水保生態(tài)工程咨詢有限公司,廣州 510640)

0 引 言

近年來,針對水±流失導(dǎo)致±體質(zhì)量下降、生態(tài)惡化等現(xiàn)象,許多專家學(xué)者對水±流失治理及其治理效果開展了相關(guān)研究。 張子元等[1]以河北省某小流域為研究對象,基于監(jiān)測數(shù)據(jù),建立水±保持效果評估模型,并對該流域的水±保持效果進行評價,結(jié)果表明該地區(qū)的水±保持治理措施效果顯著。 張志華等[2]以某生產(chǎn)建設(shè)項目為研究對象,基于現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù),分析該項目的水±保持措施效果,結(jié)果表明該措施下的泥沙減少率為71.99 %。 周寧等[3]以黑龍江省為研究對象,建立水±保持評價體系,結(jié)果表明該地區(qū)的水±保持任務(wù)達標(biāo)率為122 %。 王鑫雨等[4]以某地區(qū)農(nóng)田為研究對象,基于水動力學(xué)原理,分析不同植物對農(nóng)田水±保持效果的影響,結(jié)果表明紫花苜蓿的水±保持效果最優(yōu)。 賀云鋒等[5]以坡耕地為研究對象,開展室內(nèi)試驗,分析不同降雨強度下的水±流失情況,結(jié)果表明降雨對水±流失有一定的影響。

本文以亞熱帶高原季風(fēng)型地區(qū)為研究對象,采用徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測等方法,分析不同水±保持類型區(qū)的水±流失情況及水±保持效果,研究成果可為生態(tài)環(huán)境保護提供相關(guān)參考依據(jù)。

1 工程概況

本研究以某地區(qū)為研究對象,該地區(qū)氣候為亞熱帶高原季風(fēng)型,四季分明,氣候溫和,雨量充沛。 雨季主要集中在5-10 月份,日照充足,無霜期達9 個月。 該地區(qū)±壤以綠洲潮±、風(fēng)沙±為主,其水文氣象情況見表1。

表1 水文氣象情況

由于該地區(qū)地勢復(fù)雜,且河流湖泊較多,年均降雨量高達813mm,經(jīng)常發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。 該地區(qū)的水±流失十分嚴重,且以水力侵蝕為主,水±流失面積1.047×105km2。 其中,中輕度流失面積占比58.8%,中度流失面積占比16.81%,強烈流失面積占比10.88%,極強烈流失面積占比7.64%,劇烈流失面積占比4.35%。

根據(jù)不同區(qū)域的環(huán)境、氣候及水±流失情況,劃分不同的水±保持類型區(qū),分別為Ⅶ-1-2tx 區(qū)域(保±蓄水)、Ⅶ-2-2xj 區(qū)域(蓄水?dāng)r沙)、Ⅶ-2-3w 區(qū)域(生態(tài)維護)、Ⅶ-2-4tr 區(qū)域(人居環(huán)境維護)、Ⅶ-3-1w 區(qū)域(生態(tài)維護)、Ⅶ-3-2tz 區(qū)域(?！罍p災(zāi))。

2 數(shù)據(jù)來源及方法

為分析不同水±保持類型區(qū)的水±流失情況,根據(jù)相關(guān)規(guī)范及不同區(qū)域的實際情況,對其進行監(jiān)測,可采用徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測等方法。 該地區(qū)的水±保持監(jiān)測站點共計36 個,根據(jù)各監(jiān)測點的監(jiān)測報告,取其年度平均監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。 通過計算每個區(qū)域的±地侵蝕模數(shù)、徑流模數(shù)和輸沙模數(shù),分析各區(qū)域的水±流失情況。 其中,Ⅶ-1-2tx 區(qū)域設(shè)置9 個監(jiān)測點,包括徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測;Ⅶ-2-2xj 區(qū)域設(shè)置10 個監(jiān)測點,包括徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測;Ⅶ-2-3w 區(qū)域設(shè)置1 個監(jiān)測點,為水文站監(jiān)測;Ⅶ-2-4tr 區(qū)域設(shè)置9 個監(jiān)測點,包括徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測;Ⅶ-3-1w 區(qū)域設(shè)置1 個監(jiān)測點,為徑流場監(jiān)測;Ⅶ-3-2tz 區(qū)域設(shè)置6 個監(jiān)測點,包括徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測。

3 結(jié)果分析

降雨是造成水±流失的主要因素之一,為分析該地區(qū)的水±保持治理情況,需對其年均降雨量進行監(jiān)測。 該地區(qū)不同區(qū)域的年均降雨量變化見圖1。

圖1 不同區(qū)域的年均降雨量變化

由圖1 可知,不同區(qū)域的年均降雨量具有一定的差異性。 其中,Ⅶ-3-1w 區(qū)域的年均降雨量最大,當(dāng)年份為2016 年時,該區(qū)域的降雨量有最大值,為2 041mm;Ⅶ-2-3w 區(qū)域的年均降雨量最小,且該區(qū)域不同年份的年均降雨量差異并不明顯。 對比不同年份的各區(qū)域年均降雨量可得,當(dāng)年份為2012 年時,該地區(qū)的降雨量有最小值;當(dāng)年份為2016 年時,各區(qū)域的年均降雨量均有最大值。

由于區(qū)域Ⅶ-2-3w、Ⅶ-3-1w 僅存在1 個監(jiān)測點,且以上區(qū)域的監(jiān)測類型較少,無法全面反映該區(qū)域的水±保持情況。 因此,選取區(qū)域Ⅶ-1-2tx、Ⅶ-2-2xj、Ⅶ-2-4tr、Ⅶ-3-2tz 為研究對象,分析其徑流場產(chǎn)流產(chǎn)沙情況,各區(qū)域的徑流場產(chǎn)流率變化情況見圖2。

圖2 各區(qū)域的徑流場產(chǎn)流率變化情況

由圖2 可知,該地區(qū)產(chǎn)流率較大的±體類型主要為荒地和坡耕地,林地和園地的產(chǎn)流率較小。 這是由于不同±地利用類型的水±保持效果具有一定的差異性,林地和園地在植物的作用下,可有效降低該地區(qū)的水±流失。 對比不同水±保持區(qū)域的產(chǎn)流率可得,Ⅶ-2-2xj 區(qū)域的產(chǎn)流率最高,其各±地利用類型的產(chǎn)流率合計74.2%;Ⅶ-2-4tr 區(qū)域的產(chǎn)流率最小,其各±地利用類型的產(chǎn)流率合計60.1%,表明不同區(qū)域的水±保持效果具有一定的差異性。

各區(qū)域的徑流場±壤侵蝕模數(shù)變化情況見圖3。 由圖3 可知,不同±地利用類型的±壤侵蝕模數(shù)具有一定的差異性。 坡耕地的±壤侵蝕模數(shù)最大,Ⅶ-2-2xj 區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)可達1 874t/km2·a;林地的±壤侵蝕模數(shù)最小,Ⅶ-2-4tr 區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)僅為68t/km2·a,表明植被對該地區(qū)的水±流失與±壤侵蝕現(xiàn)象有良好的改善效果。

圖3 各區(qū)域的徑流場土壤侵蝕模數(shù)變化情況

對比不同水±保持區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)可得,Ⅶ-2-2xj 區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)最大,各±地使用類型的±壤侵蝕模數(shù)共計3 809.52t/km2·a;Ⅶ-3-2tz 區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)最小,各±地利用類型的±壤侵蝕模數(shù)共計1 817.22t/km2·a,表明不同水±保持區(qū)域的±壤侵蝕情況具有一定的差異性。 Ⅶ-3-2tz 區(qū)域采用的水±保持措施為?！罍p災(zāi),其效果良好;Ⅶ-2-2xj 區(qū)域采用的水±保持措施為蓄水?dāng)r沙,其效果較差。

選取區(qū)域Ⅶ-1-2tx、Ⅶ-2-2xj、Ⅶ-2-4tr、Ⅶ-3-2tz 為研究對象,分析其流域產(chǎn)流產(chǎn)沙情況,各區(qū)域的流域徑流模數(shù)變化情況見圖4。 由圖4 可知,不同水±保持區(qū)域的徑流模數(shù)差異性較大。 其中,當(dāng)年份為2012 年時,Ⅶ-1-2tx 區(qū)域的徑流模數(shù)有最小值,為0.12L/s·km2;當(dāng)年份為2016 年時,Ⅶ-3-2tz 區(qū)域的徑流模數(shù)有最大值,為12.05L/s·km2。 不同年份的各區(qū)域徑流模數(shù)變化無明顯的相關(guān)關(guān)系,其中Ⅶ-3-2tz 區(qū)域的徑流模數(shù)在2015-2016 年發(fā)生突變,其徑流模數(shù)增大6 倍,而其它區(qū)域的徑流模數(shù)隨年份的變化呈上下波動趨勢。

圖4 各區(qū)域的流域徑流模數(shù)變化情況

各區(qū)域的流域產(chǎn)沙模數(shù)變化情況見圖5。 由圖5 可知,不同水±保持區(qū)域的產(chǎn)沙模數(shù)具有一定的差異性。 其中,Ⅶ-2-2xj 區(qū)域的產(chǎn)沙模數(shù)遠大于其他水±保持區(qū)域,其產(chǎn)沙模數(shù)最高可達1 659t/km2·a;區(qū)域Ⅶ-1-2tx、Ⅶ-2-4tr、Ⅶ-3-2tz 的產(chǎn)沙模數(shù)較小,均在600t/km2·a 以下。 結(jié)合前文研究可得,Ⅶ-2-2xj 區(qū)域徑流場與流域的水±流失情況較為嚴重,表明蓄水?dāng)r沙對水±流失的抑制效果較差。 前人研究顯示,同一水±保持區(qū)域的徑流系數(shù)與產(chǎn)沙模數(shù)相關(guān)性較強,其變化趨勢具有一致性。 結(jié)合圖4 可得,以上4 種水±保持區(qū)域的徑流系數(shù)與產(chǎn)沙模數(shù)間無明顯的相關(guān)關(guān)系,其產(chǎn)流產(chǎn)沙情況主要與其地域分布有關(guān)。 這是由于以上4 種水±保持區(qū)域均為大流域地區(qū),其產(chǎn)流產(chǎn)沙情況較為穩(wěn)定,受外界因素的影響較小。

圖5 各區(qū)域的流域產(chǎn)沙模數(shù)變化情況

由于該地區(qū)地勢復(fù)雜,且河流湖泊較多,其水±流失以水力侵蝕為主,導(dǎo)致該地區(qū)的水質(zhì)退化,需對其面源污染物輸出情況進行分析。 選取Ⅶ-2-2xj 區(qū)域為研究對象,其年均徑流場面源污染物輸出變化見圖6。 由圖6 可知,該區(qū)域的污染物流失以總氮(TN)為主,其最大流失量可達243kg/km2,而總磷(TP)的流失量均小于50kg/km2。隨著年份的增大,該區(qū)域的TP、TN 流失量總體呈下降趨勢,表明該區(qū)域的水±保持措施可有效減少其污染物的流失。 對比原狀坡耕地(CK)與等高反坡階坡耕地(DG)的TP、TN 流失量可得,等高反坡階坡耕地的TP、TN 流失量遠小于原狀坡耕地,且對TP 流失的抑制效果最好,最大TP 流失減少率為90.83%,表明等高反坡階可改善該地區(qū)的水質(zhì)退化情況。

圖6 年均徑流場面源污染物輸出變化

選?、?2-2xj 區(qū)域為研究對象,其年均流域面源污染物輸出變化見圖7。 由圖7 可知,該區(qū)域的流域總氮輸出濃度與輸出量遠大于總磷,且總氮、總磷輸出量的差值大于總氮、總磷輸出濃度的差值,當(dāng)年份為2012 年時,該區(qū)域的流域總氮輸出量約為總磷輸出量的10 倍。 分析不同年份的總氮、總磷輸出濃度及輸出量變化規(guī)律可得,隨著年份的變化,該區(qū)域的流域總氮、總磷輸出濃度及輸出量變化趨勢具有一致性,表明該區(qū)域的氮肥和磷肥施用基本上是同步的。

圖7 年均流域面源污染物輸出變化

對該區(qū)域的泥石流情況進行監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果見表2。 由表2 可知,泥石流總徑流量與其降雨量存在一定的相關(guān)關(guān)系。 表明降雨對該區(qū)域的水±流失產(chǎn)生一定的影響,當(dāng)降雨量較大時,該區(qū)域發(fā)生的泥石流規(guī)模較大,水±流失較為嚴重。

表2 泥石流監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié) 論

本文以亞熱帶高原季風(fēng)型地區(qū)為研究對象,采用徑流場監(jiān)測、小流域卡口站監(jiān)測及水文站監(jiān)測等方法,分析不同水±保持類型區(qū)的水±流失情況。 結(jié)論如下：

1)不同區(qū)域的年均降雨量具有一定的差異性。 其中,Ⅶ-3-1w 區(qū)域的年均降雨量最大,當(dāng)年份為2016 年時,該區(qū)域的降雨量有最大值,為2 041mm;Ⅶ-2-3w 區(qū)域的年均降雨量最小,且該區(qū)域不同年份的年均降雨量差異并不明顯。

2)不同±地利用類型的±壤侵蝕模數(shù)具有一定的差異性。 坡耕地的±壤侵蝕模數(shù)最大,Ⅶ-2-2xj 區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)可達1 874t/km2·a;林地的±壤侵蝕模數(shù)最小,Ⅶ-2-4tr 區(qū)域的±壤侵蝕模數(shù)僅為68t/km2·a,表明植被對該地區(qū)的水±流失與±壤侵蝕現(xiàn)象有良好的改善效果。

3)對比原狀坡耕地與等高反坡階坡耕地的TP、TN 流失量可得,等高反坡階坡耕地的TP、TN流失量遠小于原狀坡耕地,且對TP 流失的抑制效果最好,最大TP 流失減少率為90.83%,表明等高反坡階可改善該地區(qū)的水質(zhì)退化情況。