饒志廣

(江西省撫州市南豐縣水利局，江西 南豐，344500)

0 引言

近年來，南方城市水源區(qū)上下游用水矛盾需求突出，流域地區(qū)的氣候變化，尤其是突發(fā)的極端降雨天氣，對(duì)水庫水量泥沙的影響重大[1]。針對(duì)水源區(qū)水土流失治理和減水減沙作用已有較多研究[2－4]，如采用“水文法”和“水土法”等方法進(jìn)行流域減水排沙效應(yīng)評(píng)價(jià)，為水域減水降沙效應(yīng)提供了重要科學(xué)支持[5－7]。傳統(tǒng)水土流失治理長期依據(jù)“水不下山，泥不出溝”的理念，盡管在減沙效應(yīng)方面取得了較大成績，但更多地適合用于黃土高原、北方丘陵溝壑區(qū)等水域較為貧乏區(qū)[8]。我國南方地區(qū)，不管在地質(zhì)結(jié)構(gòu)和氣候環(huán)境下都與北方存在較大不同，尤其是南方地區(qū)雨水較多，場次暴雨和強(qiáng)降雨較多，短時(shí)間內(nèi)降雨量、降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度等因素對(duì)水域的土壤侵蝕影響不同[9－10]，目前針對(duì)南方紅壤區(qū)研究相對(duì)較少。本文擬研究南方某一紅壤區(qū)在不同雨強(qiáng)、雨量級(jí)別下的降雨特征與產(chǎn)沙間的關(guān)系，以揭示大暴雨對(duì)南方紅壤土侵蝕規(guī)律，為南方水域水土流失綜合治理提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省南豐縣撫河流域內(nèi)，地區(qū)氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季溫和少雨，年均氣溫14℃～22℃，年均降雨量約1480mm，雨型多為暴雨、大暴雨，降雨歷時(shí)短，強(qiáng)度大，20年一遇最大降水量為136mm，汛期4－9月占年徑流總量80%以上，7、8月份最高，10月以后逐漸下降。流域地區(qū)植以亞熱帶常綠闊葉林和北熱帶常綠季雨林為主，次生林為針葉稀疏群落，作物主要有水稻、甘薯、玉米等。地形地貌為土石質(zhì)丘陵區(qū)，呈現(xiàn)東南高西北低特點(diǎn)，地面坡度25°～35°占25%，土層坡度差異較低，流域表土以紅砂巖丘陵臺(tái)地為主，磚紅壤性紅壤、石灰土次之。紅砂巖顆粒較均勻，膠結(jié)力較弱，在地表水和地下水長期水蝕作用下，形成不同形態(tài)巖溶地形，易造成土壤侵蝕。由于年內(nèi)和年際降水量變化大，流域洪、澇、旱、咸自然災(zāi)害頻繁。

1.2 研究方法

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然環(huán)境和水土保持措施類型，設(shè)置5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，分別為次生林、稻田地、人工林地、灌木地、大豆地，各徑流小區(qū)特征見表1。

表1 各徑流小區(qū)布設(shè)

將自記雨量計(jì)(型號(hào):JDZ－1，中國儀器儀表公司)裝設(shè)在各徑流小區(qū)觀測降雨量，每6h記錄雨量資料，并利用Rain Record軟件分析降雨特征因子，包括降雨強(qiáng)度、I30、I60指標(biāo)，采用Model懸移質(zhì)泥沙測定儀測量各小區(qū)的產(chǎn)沙量。

2 結(jié)果分析

2.1 降雨量變化特征

2018－2020年撫河小區(qū)流域共降雨382場，各年份的降雨量具體分布如圖1所示。

圖1 年度降雨量分布

其中2018－2020年 降 雨 總 量 分 別 為852.6mm、836.6mm、1032.6mm，侵蝕性降雨量分別為526.6mm、326.5mm、526.6mm，侵蝕性降雨量占總降雨量分別為63.72%、36.63%、63.72%。降雨量主要集中在6－9月份。在年度變化方面，每年9月降雨量變化最明顯，3－4月變化較低；季節(jié)變化方面，降雨量主要集中于夏季和秋季。

2.2 侵蝕性降雨等級(jí)

根據(jù)相關(guān)研究標(biāo)準(zhǔn)將撫河流域降水量劃分為7個(gè)等級(jí)[11]，見表2所示。在2018－2020年期間，1?！?＃徑流小區(qū)發(fā)生侵蝕性降雨分別為52、60、31、42、26次，侵 蝕 性 降 雨 量 分 別 為1529.1mm、1462.4mm、1100.6mm、1375.3mm、642.3mm。隨著降雨級(jí)別的增加，侵蝕性降雨次數(shù)呈現(xiàn)出跳躍式變化。在0～50mm降雨級(jí)別時(shí)，侵蝕性降雨次數(shù)、降雨量與降雨級(jí)別表現(xiàn)出正相關(guān)性，在更高降雨級(jí)別中降雨總次數(shù)減少，但侵蝕性降雨次數(shù)增加，一次較強(qiáng)降雨往往造成嚴(yán)重的土壤侵蝕。10mm～50mm降雨等級(jí)時(shí)，1＃、2＃、3＃、4＃徑流區(qū)的侵蝕降雨場次分別為33、39、20、29次，占總侵蝕性降雨場次為63%、65%、64%、69%，5＃徑流區(qū)在5mm降雨級(jí)別時(shí)就發(fā)生嚴(yán)重侵蝕性降雨。當(dāng)降雨量大于50mm后，降雨引起土壤侵蝕達(dá)到100%，短時(shí)間的大暴雨造成嚴(yán)重的土壤侵蝕。

表2 不同降雨等級(jí)的降雨特征分析

2.3 降雨等級(jí)與產(chǎn)沙量關(guān)系

降雨和下墊面是影響坡面產(chǎn)沙的主要因素，比較不同降雨等級(jí)下的徑流區(qū)產(chǎn)沙量，如圖2所示，可以看出，稻田地和大豆地徑流區(qū)平均產(chǎn)沙模數(shù)明顯高于次生林地、人工林地和灌草地。降雨量0～50mm等級(jí)時(shí)，次生林地和灌木地產(chǎn)沙量變化較小，大豆地產(chǎn)沙模數(shù)隨降雨量級(jí)別的上升而增大，玉米地產(chǎn)沙模數(shù)隨降雨量級(jí)別上升呈現(xiàn)出凸形分布。人工林地徑流區(qū)產(chǎn)沙模數(shù)隨降雨量的增大呈現(xiàn)出不均勻變化規(guī)律，但整體表現(xiàn)出上升趨勢。比較幾種典型徑流區(qū)的產(chǎn)沙模數(shù)，當(dāng)降雨量等級(jí)大于10mm時(shí)，稻田地、大豆地的徑流區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的侵蝕，而降雨等級(jí)達(dá)到50mm時(shí)，灌木地和人工林地的土壤侵蝕顯著，次生林在不同降雨等級(jí)下均表現(xiàn)出了較好的水土保持效果。同一降雨和坡度下，地表覆蓋類型是影響土壤侵蝕的主要因素。其中順坡種植大豆最易發(fā)生土壤侵蝕，其次為稻田地，順坡種植難以含蓄水源，但對(duì)泥沙沖刷作用較小。

圖2 不同降雨等級(jí)的降雨特征分析

2.4 降雨特征與產(chǎn)沙相關(guān)性分析

通過SPSS軟件對(duì)不同降雨等級(jí)下的產(chǎn)沙量相關(guān)性進(jìn)行分析，20mm/h～40mm/h降雨等級(jí)僅發(fā)生一次，因此，不考慮該數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特征，獲得不同降雨等級(jí)下的產(chǎn)沙和降雨特征相關(guān)系數(shù)見表3。

從表3可以看出，當(dāng)降雨強(qiáng)度0～5mm/h時(shí)，1＃徑流區(qū)產(chǎn)沙量與降雨量和I60呈現(xiàn)出顯著關(guān)系，其他降雨特征指標(biāo)下的徑流區(qū)產(chǎn)沙并未表現(xiàn)出顯著關(guān)系；2＃徑流區(qū)和3＃徑流區(qū)在不同降雨等級(jí)下的產(chǎn)沙指標(biāo)并未表現(xiàn)出顯著性關(guān)系，4＃徑流區(qū)產(chǎn)沙與降雨量便顯出極顯著性，5＃徑流區(qū)產(chǎn)沙量與降雨等級(jí)表現(xiàn)出顯著性關(guān)系?？赡苁?＃徑流區(qū)以大豆植被為主，大豆根系發(fā)達(dá)，隨著植被的生長，植被覆蓋度增加，能夠發(fā)揮一定的攔蓄截流作用；5＃徑流區(qū)主要以順坡溝壟方式來種植大豆，當(dāng)遇到降雨天氣后容易發(fā)生水土流失。當(dāng)降雨強(qiáng)度在5mm/h～10mm/h時(shí)，2＃徑流區(qū)產(chǎn)沙量和降雨量、降雨歷時(shí)、I30、I60指標(biāo)表現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系，此時(shí)徑流區(qū)主要受降雨量、歷時(shí)，I30和I60指標(biāo)的影響。

綜合分析可以看出，當(dāng)降雨強(qiáng)度在0～5mm/h時(shí)，1＃徑流區(qū)和降雨量、I60呈現(xiàn)正相關(guān)，6＃徑流區(qū)產(chǎn)沙量與降雨量呈正相關(guān)；對(duì)于2＃徑流區(qū)，降雨量小于5mm/h時(shí)，降雨歷時(shí)是影響土壤侵蝕的主要因素，當(dāng)降雨強(qiáng)度5mm/h～10mm/h時(shí)，產(chǎn)沙量與降雨歷時(shí)、降雨量和、I30、I60呈顯著正相關(guān)；對(duì)于4＃徑流區(qū)，降雨強(qiáng)度0～5mm/h，產(chǎn)沙量與降雨量呈相關(guān)性，5mm/h～10mm/h，產(chǎn)沙量與I60表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。對(duì)3＃徑流區(qū)并未表現(xiàn)出相關(guān)性，表明影響3＃徑流區(qū)因素可能是下墊面條件或其他因素，由喬木類植被具有很強(qiáng)的林冠截流作用，而灌木類植被的水土保持作用較低，尤其是在降雨頻繁的南方地區(qū)，隨著降雨量增大，灌草類植被的攔截泥沙作用逐漸下降，水土保持效果減弱。

3 結(jié)論

(1)相同坡度和降雨條件下，覆蓋度不同對(duì)土地在攔截泥沙和雨水入滲方面存在較大差異，導(dǎo)致土壤侵蝕變化，順坡種植水稻最易發(fā)生土壤侵蝕，其次為大豆地，順坡對(duì)于雨水的攔截效果較差，但泥沙的沖刷相對(duì)較小。

(2)頻繁的小型降雨對(duì)土壤的侵蝕作用遠(yuǎn)低于大暴雨，耕地對(duì)土壤的擾動(dòng)作用較低，因此在預(yù)防水土流失過程中，針對(duì)大暴雨的土壤侵蝕作用做重點(diǎn)考慮，尤其是在耕地徑流區(qū)，往往形成較大的土壤侵蝕。