顧妍平，李 鋼，陸芳春

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

杭州市余杭區(qū)小流域場次降雨泥沙流失監(jiān)測方法研究

顧妍平1，李 鋼2，陸芳春1

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

以杭州市余杭區(qū)百丈溪小流域為研究對象，在流域出口設(shè)置卡口站，連續(xù)4 a （2012 — 2015年）對河道中的懸移質(zhì)含沙量進行連續(xù)監(jiān)測，在場次降雨過程中取樣1次/h。結(jié)果表明，合理的采樣時機獲得的懸移質(zhì)含沙量數(shù)據(jù)可以用來估算流域場次降雨泥沙流失量。

余杭區(qū)小流域；泥沙流失；監(jiān)測

1 問題的提出

杭州市余杭區(qū)位于浙江省東北部，多年平均降水量1 390 mm，雨量豐沛。區(qū)域地勢由西北向東南傾斜，西部為山地丘陵區(qū)，分布有多條小流域。小流域河道坡陡流急，由于流域河道坡陡流急，降雨強度大，一旦發(fā)生嚴重的水土流失，其徑流攜帶的泥沙將會隨徑流匯入苕溪，進入平原河網(wǎng)，對下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展造成較嚴重影響。為計算降雨時產(chǎn)生的泥沙流失量，在小流域出口設(shè)置監(jiān)測斷面，連續(xù)4 a（2012 — 2015年）對水體中的懸移質(zhì)含沙量進行監(jiān)測，并通過流域典型監(jiān)測過程，估算流域全年泥沙流失量，可為流域泥沙流失程度分析和水土流失治理提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

百丈溪小流域位于余杭區(qū)的西北部，發(fā)源于百丈鎮(zhèn)北麓，由西北向東南流，與鸕鳥溪匯合后匯入黃湖溪，最終匯入北苕溪。百丈溪監(jiān)測斷面以上流域河長6.3 km，比降0.31‰，集雨面積17.29 km2，地貌以山區(qū)丘陵為主，山勢較高，土壤以黃壤、紅壤和水稻土為主，含沙量較高。流域內(nèi)土地類型包括耕地、園地、林地等，林地以竹林為主。流域內(nèi)人口密度為195人/ km2。

3 監(jiān)測頻次和方法

余杭區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，汛期是產(chǎn)生泥沙流失的主要時段，因此是監(jiān)測的重點時段，在非汛期進行本底值采樣用于對照分析。

浙江省的降雨以3日降雨為主，產(chǎn)匯流方式為蓄滿產(chǎn)流，考慮到產(chǎn)流初損以及后損，參考浙江省水利河口研究院對錢塘江流域降雨侵蝕的研究成果[1]， 3日降雨量達到40 mm及以上時開展水土流失監(jiān)測為宜。

根據(jù)余杭區(qū)境內(nèi)余杭、百丈、橫湖、瓶窯、塘棲和臨平6個雨量站1979 — 2008年長系列降雨資料，統(tǒng)計分析6個雨量站的降雨區(qū)間分布（見表1）。

表1 余杭區(qū)降雨區(qū)間分布表

綜合考慮流域降雨特性及監(jiān)測結(jié)果的代表性，確定監(jiān)測頻次為3次/a。

百丈溪流域有百丈雨量站，降雨量直接采用百丈站雨量成果。水樣采集為人工現(xiàn)場采樣，根據(jù)天氣預(yù)報，在降雨之前到達采樣現(xiàn)場，采樣1次/h。

4 結(jié)果與分析

4.1 懸移質(zhì)含沙量變化情況

百丈溪小流域15場降雨產(chǎn)生的懸移質(zhì)含沙量繪圖分析見圖1 ～ 2。

圖1 懸移質(zhì)含沙量和降雨關(guān)系示意圖

圖2 懸移質(zhì)含沙量和降雨關(guān)系示意圖

由圖1 ～ 2可見，懸移質(zhì)含沙量大致上隨著降雨量的變化而變化，二者之間沒有相關(guān)性。降雨初期，由于降雨對土壤的散濺和搬運作用，降雨量增大，大量泥沙隨降雨入河，含沙量監(jiān)測值會迅速變大；降雨中后期，降雨量增加，水體含沙量監(jiān)測值趨于穩(wěn)定，在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)上下波動。通常情況下，水體含沙量的變化要滯后于降雨量變化，滯后時間的長短主要受降雨匯集到流域出口需要的匯流時間決定。

4.2 泥沙流失量計算與分析

根據(jù)流域內(nèi)每場降雨的降雨過程和典型監(jiān)測斷面處的泥沙含量實測數(shù)據(jù)，計算典型流域場次降雨所產(chǎn)生的懸移質(zhì)泥沙總量，計算公式如下：

式中：W為監(jiān)測斷面水土流失量，t；Ci為每個監(jiān)測時段監(jiān)測到的斷面泥沙含量，mg/L；Qi為監(jiān)測時刻通過斷面的徑流量，m3/s；i為第i個監(jiān)測時段，時段長度為1 h；n為監(jiān)測總時間，h；F為流域面積，km2；K為輸移比系數(shù)，采用長江以南的泥沙輸移比代替，取0.4。計算結(jié)果見表2。

表2 場次降雨流域泥沙流失量成果表

4.3 懸移質(zhì)含沙量均值

流域的懸移質(zhì)含沙量均值Ca可以在一定程度上表征場次降雨產(chǎn)生的泥沙流失量的大小，可以用于泥沙流失量計算。根據(jù)公式（2）進行計算：

式中：Ca為懸移質(zhì)含沙量均值，mg/L；Ci為每個監(jiān)測時段監(jiān)測到的斷面懸移質(zhì)含沙量，mg/L；Qi為監(jiān)測時刻通過斷面的徑流量，m3/s；i為第i個監(jiān)測時段，時段長度為1 h；n為監(jiān)測總時間，h；Q為場次降雨通過監(jiān)測斷面的徑流總量，萬m3。

表2給出了懸移質(zhì)含沙量均值Ca的計算結(jié)果，對照圖1 ～ 2可以發(fā)現(xiàn)：

4.3.1 出現(xiàn)時機多變

懸移質(zhì)含沙量均值Ca在場次降雨過程中可能出現(xiàn)1次或者多次，出現(xiàn)的時機不固定，在整個監(jiān)測過程的中間時刻出現(xiàn)的幾率比較大。

4.3.2 受雨型影響明顯

如果場次降雨過程比較集中，雨強較大，通常懸移質(zhì)含沙量均值Ca會在一個較大的小時降雨后的幾小時內(nèi)出現(xiàn)；如果一場降雨的雨量分布比較均勻，通常懸移質(zhì)含沙量均值Ca會在監(jiān)測過程中多次出現(xiàn)，雨量分布越均勻，出現(xiàn)次數(shù)相對越多，出現(xiàn)的時間間隔相對比較穩(wěn)定。

在實測過程中，為了得到相對準確的Ca值，可根據(jù)實際降雨情況，在一個過程中多次采樣，重點是較大的小時降雨后和監(jiān)測的中間時刻。

5 結(jié) 語

（1）懸移質(zhì)含沙量的監(jiān)測結(jié)果大致隨著降雨量的變化而變化。

（2）懸移質(zhì)含沙量均值Ca值出現(xiàn)時機不固定且受雨型的影響，為了得到相對準確的Ca值，在一個過程中多次采樣，重點是較大的小時降雨后和監(jiān)測的中間時刻。

目前，全國范圍內(nèi)對小流域降雨和輸沙特征值規(guī)律進行研究的類似原型監(jiān)測較少，可供參考的經(jīng)驗少，在開展長期動態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，將更有益于對懸移質(zhì)含沙量均值的探索。

[1] 王先禮．水土保持學(xué)[M]．北京：中國林業(yè)出版社，1995．

[2] Wei W，Chen L D，F(xiàn)u B J，et al．The effect of land uses and rainfall regimes on runoff and soil erosion in the semi - arid loess hilly area，china[J]．Journal of Hydrology，2007，335(3 / 4)：247 - 258．

[3] Hudson N W．Soil Conservation(Second Edition)[M]．New York ：Cornell Univ．Press，1981．

5 結(jié) 語

水行政主管部門購買生產(chǎn)建設(shè)項目現(xiàn)場水土流失調(diào)查與技術(shù)評估尚屬起步階段，實踐過程中取得了顯著的成效，極大地提高了水行政主管部門生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)督管理水平和效率，但是也存在一些問題。本次研究對需要注意的幾個問題進行認真分析，下階段可從如何進一步完善技術(shù)服務(wù)內(nèi)容、如何規(guī)范從業(yè)行為等方面開展研究。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國水利部. 2010 — 2014《中國水土保持公報》[R].北京：中華人民共和國水利部，2015.

（責(zé)任編輯 姚小槐）

S157

：B

：1008 - 701X(2017)01 - 0043 - 02

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.015

2016-12-11

顧妍平(1978 - )，女，高級工程師，碩士，主要從事水環(huán)境與水土保持研究。