堆積土水土流失特征及關鍵影響因子分析

范世俊，章龍飛

(江西省水土保持科學研究院，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)象仍然十分嚴重，水土保持工作任重而道遠[1-2]。

水土流失的研究工作經過多年的發(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模型與改進通用土壤侵蝕方程相耦合，可實現(xiàn)對水土流失時空分布格局的模擬[3]；WPAPP和物元可拓模型可實現(xiàn)對水土保持措施綜合效益的分析評價[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)量進行計算[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行分析和評判，才能有針對性地采取應對方案，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%，且強烈水土流失區(qū)占比達到了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主要為面積大、范圍廣，侵蝕類型多樣、流失強度大等，這給當地造成土地退化，降低土壤養(yǎng)分；淤塞江河湖庫，加劇洪澇風險；影響航運，破壞生態(tài)等諸多問題。堆積土是指經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)域進行了現(xiàn)場試驗分析，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

2 堆積土水土流失特征分析

2.1 堆積時間的影響分析

堆積時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，隨著時間的增加，各種堆積土的累計徑流量和產沙量呈逐漸升高的趨勢，但產沙率隨時間呈逐漸降低的特征；相同試驗時間下，新棄土(2a以下)的累計徑流量和產沙量變化幅度最大，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沙量明顯高于自然土，新棄土由于堆積時間短，還處于比較松散的狀態(tài)，抗沖蝕能力降低，因而產沙量最大；表明土壤經過人為擾動之后，更易發(fā)生水土流失，要對新老棄土進行攔擋和植物固沙措施。

圖2 堆積時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)：累計徑流量隨試驗時間呈線性增長，且坡度越大，徑流量越大；相同坡度下，累計產沙量變化較為復雜，在低坡度為5°時，累計產沙量增長較慢，20min時，僅為2kg左右；而當坡度大于等于15°時，產沙量增長幅度較快，但隨著試驗時間的增加，產沙率有所降低，并最終趨于穩(wěn)定。

2.3 沖刷強度的影響分析

不同沖刷強度下堆積土(新棄土)的徑流量及產沙量如圖4所示。從圖4中可以看到：3種沖刷強度下，累計徑流量均近似呈線性增長，沖刷強度越大，累計徑流量的增長率越大；累計產沙量隨試驗時間的增加近似呈冪函數型增長，產沙率呈逐漸減小趨勢，最后趨于穩(wěn)定，沖刷強度越大，產沙量越高，水土流失越嚴重；沖刷強度小于等于500L/h時，在短時間內，兩者的產沙量相差不大，但當時間超過12min后，500L/h沖刷強度下的累計產沙量逐漸大于300L/h沖刷強度的產沙量，沖刷強度達到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 沖刷強度對水土流失特征影響

2.4 覆蓋度的影響分析

對試驗區(qū)域進行了0%、30%、60%以及90%覆蓋度下(新棄土)的徑流和產沙量分析，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，當覆蓋度達到60%后，覆蓋度對累計徑流量已沒有明顯的影響；無覆蓋時，累計產沙量明顯大于有覆蓋度下的累計產沙量，隨著覆蓋度的增加，累計產沙量逐漸降低，但覆蓋度下的產沙量相差不大，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 關鍵影響因子分析

關鍵影響因子是指對種群數據大小變化對目標層影響度(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)

(1)

式中，Zj—第j個變量的標準化分數值；Fi—共同因素；m—共同因素數量；Uj—Zj的唯一因素；aji—因素的負荷量大小。將試驗數據代入式(1)，并建立相應的分析矩陣，通過SPSS軟件計算得到的四種因素對徑流量和產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，沖刷強度為2.8，坡度為2.5，堆積時間為2.0，表明覆蓋度和沖刷強度是影響堆積土水土流失特征的關鍵因素，坡度和堆積時間是次要因素，對人為擾動過后的堆積土區(qū)域，應重點進行植被恢復以及疏排水溝的建設。

表1 特征值大小

4 結論

文章采用現(xiàn)場勘察及試驗方法，對人為擾動堆積土各影響因素下的水土流失特征進行了分析，研究結果對于該流域的水土流失治理工作具有一定的借鑒意義；由于試驗條件和精力有限，文章僅對堆積土的主要4種因素進行了分析，其他因素需在今后的研究過程中進一步完善。