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    霍山縣江子河小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律及水土保持效益分析

    2023-12-19 07:12:02張乃夫桂博文汪軍紅呂陳
    治淮 2023年12期
    關(guān)鍵詞:產(chǎn)沙降雨量徑流

    張乃夫,桂博文,汪軍紅,呂陳

    (1.淮河水利委員會(huì)淮河流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站,安徽 蚌埠 233001;2.霍山縣水土保持試驗(yàn)站,安徽 六安 237200;3.六安市水利工程建設(shè)管理處,安徽 六安 237000)

    水土保持監(jiān)測(cè)是國(guó)家宏觀決策的基本依據(jù),是水土保持事業(yè)的重要組成部分。為探索水土流失防治成效評(píng)價(jià)及土壤侵蝕模型參數(shù)精細(xì)化的有效途徑,近年來,水利部持續(xù)推進(jìn)典型小流域觀測(cè)數(shù)據(jù)分析工作。本文根據(jù)淮河流域典型小流域數(shù)據(jù)分析工作成果,以霍山縣江子河小流域?yàn)檠芯繉?duì)象,探索分析小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律及水土保持效益。

    1 研究區(qū)概況

    安徽省霍山江子河小流域綜合觀測(cè)站位于霍山縣上土市鎮(zhèn),流域面積9.25km2,屬淮河支流淠河水系。項(xiàng)目區(qū)屬北亞熱帶溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,雨熱同期,多年平均氣溫14.8℃,多年平均降水量1423.3mm,多年平均蒸發(fā)量1240.05mm,無霜期240天。江子河小流域地形北高南低,北、東、西三面環(huán)山,海拔高度在370.00~1169.86m 之間,流域內(nèi)有干溝2 條,支溝105 條,溝壑總長(zhǎng)度61.43km,溝壑密度6.63km/km2,溝底平均比降11.23%,流域長(zhǎng)度4.24km,流域?qū)挾?.48km,流域完整系數(shù)0.35。江子河小流域地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶,具有良好的過渡帶森林生態(tài)系統(tǒng),植物區(qū)系南北兼容,植物資源十分豐富,主要為次生植被和人工植被。

    2 研究方法

    2.1 小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律及其影響因素

    本文分別基于場(chǎng)次和年度降雨數(shù)據(jù),對(duì)不同降雨條件下的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析,探索一定條件下產(chǎn)流產(chǎn)沙的下限值,通過年度小流域水土流失狀況縱向比較,分析年際小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙變化趨勢(shì),并通過不同降雨因子與產(chǎn)流產(chǎn)沙進(jìn)行相關(guān)性分析,探索影響小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的因素。

    2.2 小流域水土保持效益

    根據(jù)水沙量平衡原理,通過小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙方程進(jìn)行水土保持效益計(jì)算。

    小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙方程:

    式中:

    W產(chǎn)—計(jì)算期流域產(chǎn)流量;

    WS產(chǎn)—計(jì)算期流域產(chǎn)沙量;

    W控—控制站水文年實(shí)測(cè)徑流量;

    WS控—控制站當(dāng)年實(shí)測(cè)全沙量;

    W坡攔—坡面措施保水量;

    WS坡攔—坡面措施保土量;

    W溝攔—溝道工程攔洪量,可通過庫(kù)壩測(cè)量、調(diào)查獲??;

    WS溝攔—溝道工程攔沙量,可通過庫(kù)壩測(cè)量、調(diào)查獲取;

    W引—灌溉引水量,可通過灌區(qū)監(jiān)測(cè)、調(diào)查資料獲取;

    W引沙—灌溉引沙量,可通過灌區(qū)監(jiān)測(cè)、調(diào)查資料獲?。?/p>

    WS淤—河道淤積量,可通過歷年斷面測(cè)量成果獲取;

    W增—人類活動(dòng)增洪量;

    WS增—人類活動(dòng)增沙量。

    各年的水土保持措施效益計(jì)算采用下式:

    式中符號(hào)意義同上。

    3 結(jié)果和分析

    3.1 小流域次產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律分析

    3.1.1 小流域次產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律分析

    江子河小流域控制站2009—2021年共產(chǎn)流221次,產(chǎn)沙214 次,平均次降水量55.1mm,最大次降水量351.5mm,最小次降水量4.6mm;平均次I30為19.8mm/h,最大次I30為67.8mm/h,最小次I30為2.25mm/h;平均次徑流深14.5mm,最大次徑流深280.1mm,最小次徑流深0.27mm;平均次輸沙模數(shù)18.4t/km2,最大次輸沙模數(shù)1890t/km2,最小次輸沙模數(shù)0.02t/km2。

    通過對(duì)江子河小流域采用次降雨量、次I30分別與次徑流深進(jìn)行分析可知,次徑流深與次降雨量、次I30相關(guān)性比較明顯,其相關(guān)系數(shù)分別為0.713、0.631,說明降雨量和雨強(qiáng)是影響江子河小流域產(chǎn)流的重要因素之一。通過對(duì)江子河小流域采用次降雨量、次I30分別與次輸沙模數(shù)進(jìn)行分析可知,其相關(guān)系數(shù)分別為0.451、0.321,次輸沙模數(shù)與次降雨量、次I30具有一定的相關(guān)性,但相關(guān)性不明顯,說明江子河小流域產(chǎn)沙除了受降雨因素影響外還受其他因素影響。

    3.1.2 小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙下限分析

    江子河小流域2009—2021 年間共產(chǎn)流221 次,產(chǎn)流產(chǎn)沙的最小降雨量為2013年7月21—22日的4.6mm,其對(duì)應(yīng)徑流深2.9mm,對(duì)應(yīng)輸沙模數(shù)1.051t/km2,產(chǎn)流產(chǎn)沙的最小I30為2014 年9 月8—9 日的2.25mm/h,其對(duì)應(yīng)徑流深2.29mm,對(duì)應(yīng)輸沙模數(shù)1.000t/km2。說明在江子河小流域,特定條件下降雨量大于4.6mm,I30大于2.25mm/h 可能會(huì)造成該小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙。

    3.2 小流域年產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律分析

    3.2.1 小流域年產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律分析

    江子河小流域控制站2009—2021 年間平均降水量1514.9mm,年最大降水量2506.5mm,年最小降水量910.0mm;年平均I30為343.3mm/h,年最大I30為637.4mm/h,年最小I30為93.5mm/h;年平均徑流深305.6mm,年最大徑流深887.9mm,年最小徑流深46.5mm;年平均輸沙模數(shù)3.12t/hm2,年最大輸沙模數(shù)21.40t/hm2,年最小輸沙模數(shù)0.06t/hm2。

    以江子河小流域2009—2021 年觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分別采用徑流、泥沙單累積曲線法分析徑流泥沙變化年際節(jié)點(diǎn),結(jié)果表明:輸沙量節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在2016 年、2019 年,徑流深節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在2019 年,2016 年之后累積輸沙量增長(zhǎng)迅速,2019 年以后累積輸沙量增長(zhǎng)趨于平緩,2019 年累計(jì)徑流深增長(zhǎng)迅速,2019 年之前累計(jì)徑流深增長(zhǎng)較平緩。結(jié)合歷年降雨、土地利用方式等綜合分析,小流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙受降水影響顯著,但部分年份也存在產(chǎn)流、產(chǎn)沙變化規(guī)律不一致的現(xiàn)象,說明小流域內(nèi)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙還受人為擾動(dòng)等其他因素的影響。小流域累積年輸沙量、年徑流深累積曲線見圖1。

    圖1 江子河小流域累積年輸沙量、年徑流深累積曲線圖

    3.2.2 小流域徑流及產(chǎn)沙影響因子分析

    江子河小流域2009—2021 年徑流深與降雨因子相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為降雨侵蝕力>降雨量>I30>降雨歷時(shí),輸沙模數(shù)與降雨因子相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為降雨量>降雨侵蝕力>降雨歷時(shí)>I30,且徑流深受降雨因子影響比產(chǎn)沙模數(shù)受降雨因子影響更加明顯,說明江子河小流域降雨因素是影響該小流域產(chǎn)流的重要影響因素,但該小流域降雨因子對(duì)流域產(chǎn)沙影響較少,說明流域產(chǎn)沙除了受降雨因素影響外,還受到其他因素影響。相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表見表1。

    表1 江子河小流域控制站徑流深、產(chǎn)沙模數(shù)與降雨因子相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

    3.3 水土保持效益分析

    將各因子代入小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙方程及水土保持措施效益計(jì)算方程,分別求得小流域水土保持措施的減流、減沙效益。小流域內(nèi)無自流域外引水灌溉,故W引、W引沙均為0;小流域內(nèi)無淤地壩,故暫不考慮W溝攔、WS溝攔;小流域內(nèi)未進(jìn)行河道淤積泥沙觀測(cè),暫不進(jìn)行WS淤計(jì)算。綜合坡面徑流小區(qū)措施設(shè)置及小流域具體情況,本次小流域水土保持措施效益為坡面措施(梯田)攔蓄效益。

    綜上所述,經(jīng)計(jì)算,江子河小流域2013—2021年坡面攔蓄效益表現(xiàn)為年均攔蓄徑流量9.89 萬m3、攔蓄泥沙量0.23 萬t、年均徑流攔蓄效益3.21%、泥沙量攔蓄效益39.18%。水土保持措施減流保土效益見表2。

    表2 江子河小流域2013—2021 年間水土保持措施減流保土效益統(tǒng)計(jì)表

    4 結(jié)論

    (1)江子河小流域控制站2009—2021 年共產(chǎn)流221 次,產(chǎn)沙214 次,次徑流深介于0.27~280.1mm,次產(chǎn)沙模數(shù)介于0.02~1890t/km2。通過對(duì)江子河小流域采用次降雨量、次I30分別與次徑流深、次輸沙模數(shù)分析可知,次徑流深與次降雨量、次I30相關(guān)性比較明顯,說明降雨量和雨強(qiáng)是影響江子河小流域產(chǎn)流的重要因素之一,次輸沙模數(shù)與次降雨量、次I30具有一定的相關(guān)性,但相關(guān)性不明顯,說明江子河小流域產(chǎn)沙除了受降雨因素影響外還受其他因素影響。

    (2)江子河小流域2009—2021 年間產(chǎn)流產(chǎn)沙的最小次降雨量為4.6mm,其對(duì)應(yīng)次徑流深2.9mm,對(duì)應(yīng)次輸沙模數(shù)1.051t/km2,產(chǎn)流產(chǎn)沙的最小次I30為2.25mm/h,其對(duì)應(yīng)次徑流深2.29mm,對(duì)應(yīng)次輸沙模數(shù)1.000t/km2。說明在江子河小流域,特定條件下降雨量大于4.6mm,I30大于2.25mm/h 可能會(huì)造成該小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙。

    (3)以江子河小流域分別采用徑流、泥沙單累積曲線法分析徑流泥沙變化年際節(jié)點(diǎn),結(jié)果表明:輸沙量節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在2016 年、2019 年,徑流深節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在2019 年。結(jié)合歷年降雨、土地利用方式等綜合分析,2016 年降雨量顯著增加,2019 年降雨量顯著減少,受降雨影響,2016 年產(chǎn)流、產(chǎn)沙均明顯增長(zhǎng);2019 年徑流、泥沙增長(zhǎng)相對(duì)減緩。綜上所述,小流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙均受降水影響明顯,但也存在產(chǎn)流、產(chǎn)沙變化規(guī)律不一致的現(xiàn)象,說明小流域內(nèi)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙還受到了其他因素的影響。

    (4)江子河小流域2013—2021 年坡面攔蓄效益表現(xiàn)為年均攔蓄徑流量9.89 萬m3、攔蓄泥沙量0.23萬t,年均徑流攔蓄效益3.21%、泥沙量攔蓄效益39.18%,說明梯田水土保持措施具有較好攔蓄徑流泥沙效果,且攔蓄泥沙效果更好■

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