喀斯特地區不同坡度徑流小區水土流失特征分析

覃 莉，劉鳳仙，楊 智

(1.貴州省水土保持監測站，貴州 貴陽 550000； 2.貴州省水土保持技術咨詢研究中心，貴州 貴陽 550000)

喀斯特地區不同坡度徑流小區水土流失特征分析

覃 莉1，劉鳳仙2，楊 智2

(1.貴州省水土保持監測站，貴州 貴陽 550000； 2.貴州省水土保持技術咨詢研究中心，貴州 貴陽 550000)

徑流小區；臨界坡度；產流；產沙；喀斯特地區

以畢節石橋小流域5個不同坡度裸露徑流小區為研究對象，分析2012、2013年徑流小區在天然降雨條件下的產流產沙情況。結果表明：在相同降雨強度條件下，坡度15°時徑流小區徑流深、產沙量達到最大值；坡面產流產沙量隨降雨強度的增加總體呈增加趨勢，特別是暴雨時產沙量顯著增加；前期降雨對坡面徑流有一定影響，前期降雨越多，土壤含水量越接近飽和，降雨產生的徑流產沙量就越多。應根據喀斯特地區水土流失特征，合理設計小區集雨設施斷面尺寸，使小區徑流泥沙觀測更具操作性和實用性。

1 研究區概況

畢節石橋小流域位于貴州省畢節市東南部的鴨池鎮境內，土地總面積35.93 km2；屬山坡谷地地貌，最高海拔1 742.3 m，最低海拔1 400.0 m，相對高差342.3 m；屬亞熱帶濕潤季風氣候區，年均氣溫14.03 ℃，極端最高溫度33.8 ℃，極端最低溫度-3.4 ℃，年平均日照時數1 377.7 h，年無霜期258 d；年均降水量863.0 mm，年最大降水量995.5 mm，年最小降水量618.2 mm，降雨主要集中在7—9月，期間降水量占全年降水量的52.4%[1]；區域內以碳酸巖類的石灰巖及侏羅紀紫色砂頁巖為主，土壤以黃壤土及紫砂土為主，在巖溶洼地和山間平地有水源的地方分布少量水稻土，坡耕地一般為黃色石灰土，林地、灌草叢為黑灰色石灰土；自然植被主要為亞熱帶常綠闊葉林，原生植被多被破壞，多為次生林，大部分分布在山坡上部，人工林主要是零星分布的桃、李、梨、花椒、杜仲等。

2 試驗方法

在畢節石橋小流域設立了5°、10°、15°、20°和25°共5個坡度的徑流小區，小區規格均為10.0 m×2.5 m，土壤為黃壤，土壤容重為1.35 g/cm3，覆蓋度小于5%，沒有采取任何水土保持措施。在試驗小區進行試驗，研究天然降雨條件下不同坡度徑流小區的產流產沙情況。根據2012、2013年研究區降雨資料，降雨量采用虹吸式自記雨量計記錄。每次降雨后及時收集集雨池內1 L泥水混合樣，重復取樣3次，過濾烘干，測定其中泥沙含量。根據徑流池內的泥水總量計算出每次降雨的徑流深、產沙量[2-3]。

3 試驗結果分析

3.1 次降雨過程中產流產沙隨坡度變化情況

2012、2013年共發生15次降雨產流產沙過程。次降雨產流產沙量統計結果見表1。由表1知，同一坡度下，隨著降水量的增加，坡面產流產沙量總體呈增加趨勢。徑流深隨著坡度的增加而增加，直至達到臨界坡度，15次降雨過程中有10次降雨徑流深最大值出現在15°，3次降雨徑流深最大值出現在25°；有8次降雨產沙量最大值出現在15°，4次降雨產沙量最大值出現在25°；有6次產流產沙量的最大值均出現在15°；總徑流深在坡度15°時出現極大值，是其他坡度總徑流深的1.54～2.70倍；總產沙量在15°、25°時均出現極大值，25°時的總產沙量最大，說明該流域15°和25°坡面土壤侵蝕較為嚴重。坡度對產流產沙的影響主要是通過影響降雨入滲來實現的。相同降雨條件下，隨著坡度的增加，坡面水流速度增大，入滲能力降低，有多余的雨水轉化為地表徑流，徑流量增加[4-7]。但當坡度增加到一定程度后，雨滴對水面的打擊作用減弱，水流的侵蝕力減弱，坡面受雨面積也顯著減少，水流的侵蝕力減弱，侵蝕量隨坡度的增加而減小[8-9]。

表1 2012、2013年次降雨過程中徑流深、產沙量隨坡度變化情況

3.2 不同降雨強度產流產沙情況

根據我國降雨強度分級標準：小雨為24 h雨量小于10 mm；中雨為10.0～24.9 mm；大雨為25.0～49.9 mm；暴雨為大于等于50 mm。對2012、2013年各降雨分級下的徑流深和產沙量做平均化處理，統計得出中雨、大雨、暴雨條件下徑流深隨坡度變化規律見圖1。同一坡度徑流小區，坡面產沙量隨降雨強度的增大總體呈增加趨勢，即暴雨>大雨>中雨，特別是暴雨的產沙量較多，這可能是暴雨沖刷坡面，帶走大粒徑砂礫石引起的，見表2。當降雨強度為暴雨時，坡面產流產沙存在臨界坡度(15°)。

圖1 徑流深隨坡度變化情況

表2 不同坡度小區產沙量統計 t/km2

3.3 前期降雨對產流產沙的影響

為進一步分析前期降雨對徑流小區產流產沙量的影響，選取2012年5次降雨(A、B、C、D、E降雨)分2組進行對比，見表1。2012年8月8日降雨(B降雨)與2012年6月22日降雨(A降雨)、2013年5月25日降雨(C降雨)的降水量相近，A、C降雨產流產沙量隨坡度的變化規律基本一致，徑流深為0.49～1.25 mm，產沙量為0.11～18.75 t/km2，而B降雨在各坡度下的徑流深為4.30～20.20 mm，產沙量為17.22～1 585.40 t/km2，比A、C降雨相同坡度下的產流產沙量高得多。這主要是由于2012年8月6日有一場降水量33.70 mm的前期降雨，使得徑流小區內土壤含水量增加，B降雨發生后土壤入滲減少、坡面產流產沙量增加。此外，不同降水量的前期降雨的影響是不同的[10]。2013年5月26日(D降雨)與2013年5月29日降雨(E降雨)的降水量均較大，兩降雨在相同坡度下的徑流深基本相同，但E降雨的產沙量為D降雨的2.25～10.44倍。D、E降雨均有前期降雨發生，D降雨的前期降雨為2013年5月25日降雨(降水量29.4 mm)，E降雨的前期降雨為D降雨(降水量55.50 mm)。可見，前期降雨量越大，徑流小區土壤含水量越接近飽和，產生的徑流就越多、徑流深也越大。但是前期降水量并非影響坡面產流產沙的唯一因子，降雨歷時、降雨強度也決定了坡面徑流產沙量的大小。一般情況下，短歷時、大雨強情況下水流挾沙力增強，坡面產沙量也相應增多。

4 結 語

基于喀斯特地區水土流失的特殊性，受降水量、坡度和前期降雨共同影響，產流產沙量變化特征呈現一定的規律性：同一坡度徑流小區，坡面徑流產沙量基本隨降水量、降雨強度的增加而增大，特別是暴雨的產沙量顯著增加；相同降雨強度條件下，坡度15°時徑流小區徑流深、產沙量達到最大值；前期降雨對坡面徑流也有一定的影響，較大的前期降雨可能導致本次降雨產生的徑流深和產沙量增加；降雨歷時、降雨強度也決定了坡面徑流產沙量的大小，短歷時、大雨強情況下水流挾沙力大為增強，坡面產沙量增多。

從試驗結果可以看出，在相同降雨條件下，喀斯特地區水土流失臨界坡度為15°。應根據該特點，優化喀斯特地區水土流失防治措施布設，比如在小流域綜合治理中優選坡度為15°的地類進行綜合治理，重點考慮坡改梯工程，同時加強產業結構調整，促進農民增收。此外，在以后徑流小區設計中，應根據坡度情況合理設計小區集雨設施斷面尺寸，使小區徑流泥沙觀測更具操作性和實用性。

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(責任編輯 李楊楊)

S157.1

A

1000-0941(2015)08-0063-03

覃莉(1971—)，女，廣西柳州市人，高級工程師，學士，主要從事水土保持監測管理工作。

2015-05-01