李勝曙，鮮 冰，李明達(dá)

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)， 四川 雅安 625014)

0 前 言

徑流系數(shù)是指時(shí)段內(nèi)流域徑流量R與同期降水量P的比值，公式為a=R/P[1]，它能綜合反映流域地理環(huán)境對(duì)降雨徑流形成的影響，以及流域內(nèi)水循環(huán)的程度，較好地檢測(cè)水循環(huán)隨時(shí)間的變化，并在一定程度上反映人類活動(dòng)的影響[1]。因此，有學(xué)者認(rèn)為，可以把徑流系數(shù)當(dāng)成一個(gè)隨機(jī)變量，它的變化是對(duì)流域氣候物理機(jī)制的一種反映[2]。可見，徑流系數(shù)對(duì)研究流域情況有著重要的意義，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也做了大量的研究。

宮愛璽等以大清河水系的四個(gè)典型子流域?yàn)檠芯繉?duì)象，分析了 1956～2005 年的年徑流系數(shù)變化趨勢(shì)和突變特點(diǎn)。結(jié)果表明，降雨因素是徑流系數(shù)變化的主導(dǎo)因素[3]。王兆禮等分析了東江流域徑流系數(shù)年際變化特征及其對(duì)氣候變化與植被覆蓋變化的響應(yīng)。結(jié)果表明，降水與蒸發(fā)是影響流域徑流系數(shù)的主要?dú)夂蛞豙4]。郭華等通過研究鄱陽湖流域近50年的徑流系數(shù)得出降水量、氣溫和蒸發(fā)量是影響徑流系數(shù)的主要因素。Chen等研究了黃河發(fā)源地的氣候因子對(duì)徑流系數(shù)的影響。結(jié)果表明，降雨和溫度是影響徑流系數(shù)的主要因素[5]。孫明等的研究也得出降雨極值強(qiáng)度與徑流系數(shù)呈線性關(guān)系[6]。有研究指出，降雨量的時(shí)空分布也對(duì)徑流系數(shù)產(chǎn)生了影響[7]。由此可見，國(guó)內(nèi)外的研究均表明，氣候因子對(duì)流域的徑流系數(shù)有著較為顯著的相關(guān)性[1，8-9]。

除了氣候因素的研究外，國(guó)內(nèi)外對(duì)流域特征因素的影響研究也較多。李廣等利用人工降雨模擬器，通過不同的土地利用方式的區(qū)組實(shí)驗(yàn)，研究得出不同的植被覆蓋對(duì)徑流系數(shù)的影響顯著[9]。張洪江等利用灰色理論對(duì)重慶縉云山不同植被類型的草本層蓋度、枯落物厚度、灌木層蓋度和郁閉度影響地表徑流的因素進(jìn)行了灰關(guān)聯(lián)分析，得出不同植被覆蓋對(duì)徑流系數(shù)的影響大小不同。武晟等通過研究城市三種不同的下墊面條件下徑流系數(shù)的變化，分析得出不同下墊面在相同降雨條件下的徑流系數(shù)不同[10]。宮愛璽等對(duì)大清河水系的四個(gè)典型子流域的研究也表明，下墊面要素中的草地、耕地和建設(shè)用地對(duì)徑流系數(shù)的變化具有一定的影響[3]。Basic等則研究分析了不同耕作方式下的徑流狀況和土壤流失情況[11]。許翼等基于人工降雨模擬方法，得出小區(qū)尺度下坡長(zhǎng)、坡度等因素對(duì)徑流系數(shù)均有影響[8]。由此可見，植被覆蓋、流域形狀、流域下墊面等因素均對(duì)徑流系數(shù)有影響，國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者得出的結(jié)論也較為一致[4，12]。

由此可見，產(chǎn)流過程是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，徑流系數(shù)的大小與降雨量、植被、前期土壤濕度、土壤理化性質(zhì)、地形地貌等因素密切相關(guān)[3]。還有研究指出，人類活動(dòng)等因素也對(duì)徑流系數(shù)有影響[13-14]。

研究徑流系數(shù)的影響因素并建立計(jì)算模型，對(duì)黃土高原流域的水土保持工作、區(qū)域水資源、水循環(huán)以及洪澇災(zāi)害的分析有著重要的意義[13，15]。本文擬從收集的流域特征和降雨特征因素中，選取合適的因子進(jìn)行相關(guān)性分析，并建立回歸方程。

1 研究區(qū)域概況

黃土高原位于中國(guó)中部偏北，面積約62.68×104km2，屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷，夏季溫暖潮濕，雨熱同步，年均氣溫3.6 ℃～14.3 ℃，年降水量150～750 mm，降水集中在7～9月，且降水強(qiáng)度大。由于長(zhǎng)期的開發(fā)利用，加之植被覆蓋率較低，黃土高原水土流失面積達(dá)43×104km2、水土流失嚴(yán)重的面積為28×104km2、特別嚴(yán)重面積為10×104km2，水土流失現(xiàn)象十分嚴(yán)重[16-17]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

降雨徑流資料從山西省、陜西省、甘肅省及黃河水利委員會(huì)水土保持實(shí)驗(yàn)站公開出版的徑流實(shí)測(cè)資料中獲取，共收集到17個(gè)小流域608場(chǎng)降雨徑流資料，以及各小流域的流域面積、主溝長(zhǎng)度、溝道比降、流域形狀系數(shù)等因子。

2.2 試驗(yàn)方法

通過收集到的608場(chǎng)降雨徑流資料和各小流域的特征因子，并利用SPSS軟件分析各因子與徑流系數(shù)的相關(guān)性，并選取相關(guān)性較大的因子建立回歸模型。

3 結(jié)果分析

3.1 相關(guān)性分析

利用SPSS軟件將黃土高原高塬溝壑區(qū)所收集到的8個(gè)影響因子與對(duì)應(yīng)徑流系數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 黃土高原高塬溝壑區(qū)徑流系數(shù)與影響因子的相關(guān)性

注：**表示P<0.01(極顯著相關(guān))，*表示P<0.05(顯著相關(guān))。

根據(jù)軟件分析的結(jié)果看出，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)來看，在黃土高原溝壑區(qū)，流域的徑流系數(shù)與平均雨強(qiáng)、徑流總量和洪峰流量呈顯著相關(guān)，最大達(dá)到了0.45的水平。但是與其余的影響因子特別是流域特征因素的因子相關(guān)性較差，這與部分前人的研究結(jié)果有所出入。經(jīng)過對(duì)比相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，一次強(qiáng)降雨時(shí)，雨水的沖擊力能直接搬運(yùn)土粒，導(dǎo)致土壤表面結(jié)構(gòu)破壞、土壤孔隙堵塞、入滲減少，從而加劇徑流沖刷侵蝕作用，在引起土粒直接飛濺的同時(shí)，也會(huì)改變土壤抗蝕強(qiáng)度，影響地面產(chǎn)流[18]，徑流系數(shù)與雨強(qiáng)、洪峰流量等呈極顯著相關(guān)，則與前人研究一致[14-15，19-20]。因此根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，本文將選擇平均雨強(qiáng)、徑流總量與洪峰流量作為參數(shù)，建立預(yù)測(cè)模型。

3.2 黃土高原高塬溝壑區(qū)徑流系數(shù)預(yù)測(cè)模型

利用SPSS軟件，基于608場(chǎng)降雨資料通過非線性回歸方法建立徑流系數(shù)的預(yù)測(cè)模型，結(jié)果如下：

a=0.007I0.46W0.113Q0.322(R2=0.289)

式中，a為徑流系數(shù)；I為平均雨強(qiáng)，mm/h；W為徑流總量，m3；Q為洪峰流量，m3/s。將原數(shù)據(jù)帶入模型中，求得模擬值，并用模擬值和實(shí)際值繪制散點(diǎn)圖以檢驗(yàn)?zāi)M效果(見圖1)。根據(jù)圖1可以看出，模型模擬效果較好，特別是在徑流系數(shù)小于0.2時(shí)，散點(diǎn)分布在1:1線左右較為均勻，當(dāng)徑流系數(shù)大于0.2時(shí)，模擬值偏小。

圖1 徑流系數(shù)實(shí)際值與模擬值比較

4 結(jié) 論

流域產(chǎn)流是一個(gè)復(fù)雜的過程，受到多方面因素的影響，本次實(shí)驗(yàn)收集到的9個(gè)影響因子與徑流系數(shù)的相關(guān)性分析中，僅有3個(gè)呈極顯著相關(guān)且隨其增大而增大，而與其余因子相關(guān)性較差，特別是與流域特征因素相關(guān)性較差，這與部分前人的研究成果有所出入。經(jīng)查閱文獻(xiàn)分析得出，這是因?yàn)橛晁臎_擊力影響了流域的產(chǎn)流過程，說明除了流域特征因素與氣候因素外，可能還有其他因素影響著流域的徑流系數(shù)；也說明了對(duì)于不同流域的徑流系數(shù)的影響因素要進(jìn)行具體分析，找出具體的影響因子，才能準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)流域徑流系數(shù)，從而方便人們的生產(chǎn)生活。