“利奇馬”對沂蒙山區(qū)水土流失的影響
——以銀麥小流域前城子水土保持監(jiān)測站為例

楊慧玲 齊云婷

（1.臨沂市水文中心 臨沂 275000 2.濟寧市水文中心 濟寧 272100）

1 引言

沂蒙山區(qū)是臨沂市水土保持監(jiān)測站監(jiān)測點之一，屬于生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，也是北方土石山區(qū)土壤侵蝕最為嚴重的區(qū)域，監(jiān)測工作具有代表性。

植物措施作為水土保持的3 大措施之一，在治理水土流失和發(fā)展農(nóng)林經(jīng)濟方面具有重要作用。水土保持植物措施主要包括造林、種草、封育和輪牧。國內(nèi)很多學者對植物措施的水土保持效益進行了大量研究。聶祥瑞、周輝、楊進懷等學者分別對小流域治理的多年實踐經(jīng)驗與現(xiàn)代治理提出了要求，對近年來提出的小流域治理理念內(nèi)涵的界定和建設(shè)技術(shù)體系進行了探討。部分學者對北方土石山區(qū)水土流失現(xiàn)狀和治理對策，從措施配置、效應(yīng)等方面進行分析。以往的相關(guān)研究多集中在措施論述和整體產(chǎn)生效益方面，就降雨量大于2000mm 以上的地區(qū)進行了研究，但是對于北方土石山區(qū)年降水量在600～800mm、土層比較薄、易水土流失的石質(zhì)山地研究比較少。本研究以具體小流域中典型徑流小區(qū)不同植物措施下產(chǎn)流產(chǎn)沙隨降雨等級的變化規(guī)律開展定量研究，基于蒙陰縣銀麥小流域水土保持監(jiān)測坡面徑流小區(qū)多年觀測數(shù)據(jù)和降雨記錄，對比相同坡度下不同植物措施的產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，以期為沂蒙山區(qū)的水土流失治理提供科學依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

蒙陰縣位于沂蒙山區(qū)腹地，屬于國家級水土流失重點治理區(qū)，小流域內(nèi)低標準梯田、四荒地和疏幼林地是水土流失的主要策源，為治理水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，維護提高土壤保持和涵養(yǎng)水源能力，構(gòu)建完善的水土保持防護體系，開展小流域綜合治理具有重要意義。前城子水土保持監(jiān)測點位于銀麥小流域內(nèi)，銀麥小流域總面積為18.89km2。該規(guī)劃區(qū)屬于北方土石山區(qū)水力侵蝕類型區(qū)，平均侵蝕模數(shù)2063t/（km2·a），現(xiàn)有水土流失面積 12.71km2，占規(guī)劃區(qū)域面積的67.3%，年均土壤流失量3.90 萬t。

3 材料與方法

3.1 試驗區(qū)的布設(shè)

前城子監(jiān)測點于2010年9月1日開始建設(shè)，地點位于蒙陰縣桃墟鎮(zhèn)前城子村，屬淮河流域沂河水系桃墟河，東經(jīng)117°59′44″，北緯35°36′25″。設(shè)立4 個徑流小區(qū)。坡度為9.1°、9.2°、9.5°和9.3°，分別種植當?shù)鼐哂兴帘３止δ艿慕?jīng)濟樹種。

結(jié)合北方土石山區(qū)特點，徑流小區(qū)設(shè)計為寬5m，長20m（水平投影），水平投影面積100m2。設(shè)集水槽，集水槽橫斷面為矩形，底寬0.15m，深0.17m，比降0.05。集水槽末端設(shè)置分流池（9 孔分流法），按照50年一遇24h 最大暴雨設(shè)計。前城子監(jiān)測點徑流小區(qū)布設(shè)見表1、圖1。

表1 前城子監(jiān)測點徑流小區(qū)布設(shè)表

3.2 降雨等級劃分和觀測方法

根據(jù)國家氣象局頒布的降雨等級劃分標準，觀測內(nèi)容包括降雨量、降雨歷時、降雨場次、徑流量和產(chǎn)沙量等。降雨監(jiān)測采用翻斗式自記雨量計進行觀測，雨量計翻斗分辨率為0.5mm，采樣周期為5min，其余時段（含降雪）采用人工觀測日降水量；泥沙采用人工取樣監(jiān)測；每次降雨過程結(jié)束后，記錄各小區(qū)集流池內(nèi)水位，計算出次降雨產(chǎn)生的徑流量，并計算出徑流深和徑流系數(shù)。將截流池中水攪拌均勻，在池的不同位置量取渾濁水樣3～5 瓶，過濾、烘干、稱量，結(jié)合徑流量推算出懸濁水中泥沙干質(zhì)量；然后放水并測得淤泥體積，定量量取淤泥樣品，烘干稱量推算出淤泥中泥沙干質(zhì)量，最后核算出土壤侵蝕總量，結(jié)合徑流量計算出含沙量。采用蒙陰縣前城子水文站2015—2019年的觀測數(shù)據(jù)，利用Excel 及SPSS 進行相關(guān)統(tǒng)計分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 侵蝕性降雨特征分析

“利奇馬”期間，監(jiān)測到前城子徑流小區(qū)降雨過程為兩次降雨，第一場降雨持續(xù)時間500min 左右，降雨量小，第二場降雨量350mm 以上。第二場降雨雨強和雨量明顯大于第一場降雨，水土流失現(xiàn)象主要發(fā)生在第二場降雨中。

本文中的侵蝕性降雨指徑流小區(qū)中能明顯觀測到泥沙的次降雨，見圖2。此次臺風給銀麥小流域帶來侵蝕性降雨量為354.6 mm，最大次降雨量33h 之內(nèi)降雨量320.6mm，平均降雨強度9.6mm/h，30min 雨強I30為52.83， 降雨侵蝕力EI30為4509.23MJ·mm/（hm2·h），本次洪水產(chǎn)生的最大流量和最大含沙量都在產(chǎn)流后近2000min 左右，也為一年之中最大的降雨侵蝕力，可作為往后防治水土流失的參考值。分析大雨和暴雨的降雨侵蝕性降雨的主要表現(xiàn)特征，加強相應(yīng)的水土保持措施。

圖2 “利奇馬”期間累計徑流深、累計產(chǎn)沙模數(shù)變化過程圖

4.2 徑流小區(qū)徑流系數(shù)和含沙量隨降雨等級的變化特征

（1）利奇馬期間徑流小區(qū)侵蝕性降雨特征和水土流失量的分析

徑流次數(shù)和含沙量成正相關(guān)關(guān)系，“利奇馬”期間，徑流小區(qū)共產(chǎn)流四次，經(jīng)分析：桃樹和石榴混交林產(chǎn)流最大，徑流系數(shù)為0.31，含沙量為2.95g/L；其次為棗樹10年生棗樹，徑流系數(shù)為0.11，含沙量為9.73g/L；9年生花椒徑流系數(shù)為0.09，含沙量為4.5g/L。土壤流失量最小、徑流系數(shù)也最小的為荒草地，徑流系數(shù)為0.09，含沙量為0.46g/L。

（2）徑流小區(qū)侵蝕性降雨特征和水土流失量的分析

從年度徑流小區(qū)水土流失狀況分析，水土流失比較輕的為混交林，最嚴重的為荒草地，見表2。

表2 9 號臺風“利奇馬”降雨產(chǎn)生土壤流失的徑流泥沙表

4.3 “利奇馬”降雨等級對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量的影響

歷年不同降雨等級的產(chǎn)流產(chǎn)沙與9 號臺風“利奇馬”期間產(chǎn)流產(chǎn)沙對比分析，歷年徑流小區(qū)降雨強度在大雨、暴雨條件下土壤流失量基本在0.4t/（hm2·a）左右，而本次特大暴雨造成土壤流失量在3.3 t/（hm2·a）。徑流次數(shù)和含沙量成正相關(guān)關(guān)系。在魯南的土石山區(qū)，桃樹和石榴混交林產(chǎn)流最大，徑流系數(shù)為0.31，土壤流失量為3.125t/（hm2·a）；其次為棗樹10年生棗樹，徑流系數(shù)為0.11，土壤流失量為3.332t/（hm2·a）； 9年生花椒徑流系數(shù)為0.09，土壤流失量為1.466t/（hm2·a）。土壤流失量最小的，徑流系數(shù)也最小的為荒草地，徑流系數(shù)為0.09，土壤流失量為0.0632t/（hm2·a）。

5 結(jié)論

通過分析整年度水土流失狀況及“利奇馬”帶來強降雨的水土流失狀況，可知在沂蒙山區(qū)9 度及以上的坡面實施水土保持植物措施，種植當?shù)剡m生樹種，最好為混交林，桃樹和石榴混交要比單純的棗樹和花椒有更好的水土保持作用。分析不同水土保持措施和土地利用類型的水土保持及防洪減災(zāi)效益，通過計算分析場次暴雨洪水造成的土壤流失量，積累了場次暴雨水土流失資料。本文成果將為以后極端天氣后修復(fù)建設(shè)和水土保持規(guī)劃、水土保持生態(tài)文明建設(shè)等工作及決策提供參考■