平順縣白馬小流域綜合觀測站徑流小區監測結果分析

賈俊杰

（山西水資源研究所有限公司，山西 太原 030001）

水土保持監測工作是建設水利工程項目的基礎保障，采取有效治理措施防治水土流失是全面落實水土保持規劃及法律法規的必要手段。運用適宜的技術手段監測水土流失動態數據，可為科學研究水土流失變化趨勢和規律提供數據支撐，同時為有關行政部門提供防治水土流失的信息支持。本文基于近5 a 白馬小流域綜合觀測站水土流失監測數據，分析了植被措施及工程措施的蓄水保土效果，研究成果可為我省水土流失防治工作提供理論及數據參考。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究區概況

平順縣白馬小流域綜合觀測站在水土保持區劃上屬于北方土石山區一級區中的太行山山地丘陵二級區，三級區劃為太行山西南部山地丘陵保土水源涵養區，屬于太行山國家級水土流失重點治理區，行政區劃屬平順縣青羊鎮白馬村，監測點碼CF1421534130。流域為典型北方土石山區，屬海河流域濁漳河水系，暖溫帶大陸性季風氣候，多年平均降水量628.9 mm，多年平均氣溫9.1℃，大于10℃積溫3 177.5℃，多年平均蒸發量1 631.6 mm，平均風速2.3 m/s，無霜期125 d。土壤侵蝕類型以水蝕為主。按照徑流場監測技術要求，依據流域地形地貌特點，選擇自然坡面中部坡位以上的半陽坡坡段，地質構成主要為奧陶系，基巖為石灰巖，土壤類型為石灰性褐土，土層厚度0～50 cm，坡面植被主要為天然灌草和人工側柏林。徑流小區由一期措施小區和二期坡長小區組成。

1.2 徑流小區情況

一期共布設10 個徑流小區，水平投影5×20 m，坡度均為18°20'，坡向210°。其中，植物措施小區5 個，工程措施小區5 個。小區上部設截水溝，以防外界徑流侵入，下部設集流槽和輸水管，邊界由混凝土預制板圍成，兩側設1.2 m 隔離帶。設立二級分水量水桶，按20 a 一遇洪水標準設計集流槽、輸水管、分（集）水筒斷面。筒體用0.7 mm 厚鐵皮卷制而成，圓柱形結構，直徑400 mm，高600 mm，筒內設有活動鐵絲網，起平波消能作用。筒體前方設計1 排9 個Φ20 mm 分流孔，分流孔高度400 mm，集流槽及分水箱頂部加蓋處理，筒體依次編號。各小區分流桶和集流桶編號依次為A1、A2、A3，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3，E1、E2、E3，F1、F2、F3，G1、G2、G3，H1、H2、H3，I1、I2、I3，J1、J2、J3。

植物措施小區：設立1 個裸地小區（A）（無植被覆蓋），植被蓋度為0%；生物措施小區4 個：（B）自然荒坡（自然植被），植被蓋度為45%；（C）人工種草（白羊草），植被蓋度為35%；（D）灌木（黃刺梅），植被蓋度為86%；（E）喬木（山桃），植被蓋度為21%；

工程措施小區：（F）魚鱗坑（側柏），植被蓋度為33%；（G）水平溝（側柏），植被蓋度為33%；（H）水平階（側柏），植被蓋度為24%；（I）隔坡梯田（側柏），植被蓋度為34%；（J）石坎梯田（側柏），植被蓋度為54%。

1.3 監測內容與方法

1.3.1 降雨

降雨觀測主要是日降雨量、次降雨量、降雨過程等。主要監測指標有：歷時、平均降雨強度、最大I30分鐘、I60分鐘雨強、降雨侵蝕力等；

采用翻斗式自記雨量計觀測，每日8 時為日界，準時觀測，記錄降雨過程，監測降水量、降雨歷時、平均降雨強度，最大30 min 雨強、最大60 min 雨強、降雨侵蝕力等指標。

1.3.2 徑流和泥沙

徑流監測小區主要觀測指標有：降雨、徑流、泥沙、植被覆蓋度（郁閉度）、植被平均高度、土壤含水量等。

徑流泥沙觀測主要包括徑流量和土壤流失量，主要監測指標有小區徑流量、徑流深、徑流系數、含沙量、土壤流失量等。

徑流量：每次降雨產流結束后，對各產流監測小區分流桶和集流桶的水位進行測量，計算小區次降雨徑流總量。

含沙量：每次降雨產流結束后，對各產流監測小區分流桶和集流桶進行泥沙取樣。泥沙采樣時，將分（集）流桶渾水充分攪勻，根據徑流量多少，每桶取1～3 個樣，對所采樣品進行編號、測量、靜置、烘干和稱重，然后計算平均含沙量；集流槽內泥沙烘干后稱重，計入小區總的泥沙重。

1.3.3 土壤含水量

土壤含水量：采用TDR 法進行土壤含水量的測定，每測次在小區上、下部位10～15 cm 深度進行測定。

1.3.4 田間管理

每年3 月對小區坡面進行平整（盡可能減少坡面擾動），部分小區雜草雜灌進行藥除，對隔離帶、集流槽、導流管等進行雜物清理，對小區邊界墻進行檢修維護，整修工程措施小區的工程措施，檢查維修小區坡面上游截流槽、小區外圍鐵絲圍欄等，觀測房屋修繕，小區邊界和監測區內道路維修。6-7 月對裸地小區A 雜草進行藥除，對措施小區樹木出露邊界部分進行修剪，填堵小區鼠兔洞窩；8-9 月檢修因降雨可能造成的措施損壞，10 月底-11 月初測量本年度小區植物生長量情況，對分（集）流桶、集流槽及蓋板進行維護修繕。

2 監測成果

2.1 降雨分析

2017-2021 年，降水日數，降雨次數，導致產流的降雨次數，侵蝕性降雨次數，侵蝕性降雨量，最大日降雨，最大降雨侵蝕力，年降水總量，年降雨侵蝕力匯總情況見表1。

表1 2017-2021 年降水特征統計表

根據表1，2021 年產流降雨次數最多，侵蝕性降雨次數、侵蝕性降雨量、年降雨侵蝕力也均為5 a 中最大。與2017-2021 年5 a 的均值相比，降水日數增加15 d，增幅26%，降雨次數增加9 次，增幅20%，導致產流的降雨次數增加3 次，增幅29%，侵蝕性降雨次數增加5 次，增幅30%，侵蝕性降雨量增加542.2 mm，增幅111%，最大日降雨增加20.2 mm，增幅26%，最大降雨侵蝕力增加252.6 MJ·mm/ha·h，增幅37%，年降雨總量增加539.2 mm，增幅84%，年降雨侵蝕力增加3 290.4 MJ·mm/ha·h，增幅124%。侵蝕性降雨量從大到小排列年份為2021 年，2018 年，2020 年，2019 年，2017 年。

2.2 產流產沙分析

各徑流小區2017-2021 年徑流深和土壤流失量見表2 和表3。

表2 各徑流小區2017-2021 年徑流深 單位：mm

表3 各徑流小區2017～2021 年土壤流失量 單位：（t/hm2）

從表2 可知，A 小區（無植被，植被蓋度為0%）歷年徑流深在10 個小區中均為最大且遠大于其他小區徑流深。5 a 中，其他小區年度徑流深接近，說明降雨量對裸地小區徑流深影響大于其他有水保措施的小區。植物處理小區中，C 處理徑流深最大，其次為D 處理、E 處理，B 處理徑流深最小。形成徑流方面，自然植被效果優于喬木，灌木，草類效果最差。工程措施小區中，徑流深排序為：I 處理＞F 處理＞J 處理＞G 處理＞H 處理。由此可以看出，形成徑流方面，水平階效果優于水平溝，其次為石坎梯田，再次為魚鱗坑，最后為隔坡梯田。

由表3 可以看出，A 小區（無植被，植被蓋度為0%）土壤流失量最大，且遠大于植物措施和工程措施處理徑流小區的土壤流失量。

對比B、C、D、E 4 種植物措施處理，C 處理（白羊草，植被蓋度為35%）土壤流失量大于B、D、E 處理，B、D、E 3 種處理的土壤流失量接近。說明在保土方面，自然植被、喬木、灌木的效果要優于白羊草。

對比F、G、H、I、J 工程措施處理結果，F 和I 處理接近，G、H、J 處理接近，F 和I 處理結果大于G、H、J 處理。說明在保土方面，水平溝、水平階、石坎梯田處理優于魚鱗坑和隔坡梯田。

結合2017-2021 年降雨量分析認為，徑流深和土壤流失量與降雨量成正比例關系。2021 年降雨量大，各徑流小區徑流深、土壤流失量均較大。

2.3 效益分析

以2021 年為代表分析各小區蓄水保土效益情況見表4。從表4 可得，相較于A 小區（裸地小區），植物措施在蓄水保土效果方面，自然植被＞喬木＞灌木＞白羊草。工程措施在蓄水保土效果方面，水平溝、水平階、石坎梯田優于魚鱗坑和隔坡梯田。

3 結語

3.1 產流分析結果

形成徑流方面，植物措施自然植被效果優于喬木，灌木，草類效果最差。工程措施水平階效果優于水平溝，其次為石坎梯田，再次為魚鱗坑，最后為隔坡梯田。

表4 各小區蓄水保土效益情況表

3.2 產沙分析結果

保土方面，植物措施自然植被、喬木、灌木的效果要優于白羊草。工程措施水平溝、水平階、石坎梯田優于魚鱗坑和隔坡梯田。

3.3 效益分析結果

植物措施在蓄水保土效果方面，自然植被＞喬木＞灌木＞白羊草。工程措施在蓄水保土效果方面，水平溝、水平階、石坎梯田優于魚鱗坑和隔坡梯田。