平顺县白马小流域综合观测站径流小区监测结果分析.pdf

生态建设水土保持监测工作是建设水利工程项目的基础保障，采取有效治理措施防治水土流失是全面落实水土保持规划及法律法规的必要手段。运用适宜的技术手段监测水土流失动态数据，可为科学研究水土流失变化趋势和规律提供数据支撑，同时为有关行政部门提供防治水土流失的信息支持。本文基于近5 a 白马小流域综合观测站水土流失监测数据，分析了植被措施及工程措施的蓄水保土效果，研究成果可为我省水土流失防治工作提供理论及数据参考。1研究方法及数据来源1.1研究区概况平顺县白马小流域综合观测站在水土保持区划上属于北方土石山区一级区中的太行山山地丘陵二级区，三级区划为太行山西南部山地丘陵保土水源涵养区，属于太行山国家级水土流失重点治理区，行政区划属平顺县青羊镇白马村，监测点码 CF1421534130。流域为典型北方土石山区，属海河流域浊漳河水系，暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量 628.9 mm，多年平均气温 9.1益，大于 10益积温 3 177.5益，多年平均蒸发量 1 631.6 mm，平均风速 2.3 m/s，无霜期125 d。土壤侵蚀类型以水蚀为主。按照径流场监测技术要求，依据流域地形地貌特点，选择自然坡面中平顺县白马小流域综合观测站径流小区监测结果分析贾俊杰（山西水资源研究所有限公司，山西 太原 030001）摘要：基于平顺县白马小流域综合观测站 2017-2021 年降雨、径流深、植被盖度等观测资料，计算了该区土壤流失量及蓄水保土效益，得出如下结论：（1）植物措施在蓄水保土效果方面，自然植被跃乔木跃灌木跃白羊草。（2）工程措施在蓄水保土效果方面，水平沟、水平阶、石坎梯田优于鱼鳞坑和隔坡梯田。研究成果可为我省水土保持工程建设及水土保持监测站点建设提供参考和帮助。关键词：储水量入渗油松人工林晋西北中图分类号：S157文献标识码：C文章编号：1008-0120（2023）02-0031-03收稿日期：2023-06-02资助项目：2022 年山西省政府采购项目“水土保持监测点监测数据整编分析与共享”。第 2 期2023 年 6 月Soil and Water Conservation Science and Technology in Shanxi山西水土保持科技No.2Jun.2023窑31窑2023 年第 2 期山西水土保持科技部坡位以上的半阳坡坡段，地质构成主要为奥陶系，基岩为石灰岩，土壤类型为石灰性褐土，土层厚度 050 cm，坡面植被主要为天然灌草和人工侧柏林。径流小区由一期措施小区和二期坡长小区组成。1.2径流小区情况一期共布设 10 个径流小区，水平投影 5 伊20 m，坡度均为 18毅20忆，坡向 210毅。其中，植物措施小区5 个，工程措施小区 5 个。小区上部设截水沟，以防外界径流侵入，下部设集流槽和输水管，边界由混凝土预制板围成，两侧设 1.2 m 隔离带。设立二级分水量水桶，按 20 a 一遇洪水标准设计集流槽、输水管、分（集）水筒断面。筒体用 0.7 mm 厚铁皮卷制而成，圆柱形结构，直径 400 mm，高 600 mm，筒内设有活动铁丝网，起平波消能作用。筒体前方设计 1 排 9 个椎20 mm 分流孔，分流孔高度 400 mm，集流槽及分水箱顶部加盖处理，筒体依次编号。各小区分流桶和集流桶编号依次为 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。植物措施小区：设立 1 个裸地小区（A）（无植被覆盖），植被盖度为 0%；生物措施小区 4 个：（B）自然荒坡（自然植被），植被盖度为 45%；（C）人工种草（白羊草），植被盖度为 35%；（D）灌木（黄刺梅），植被盖度为 86%；（E）乔木（山桃），植被盖度为 21%；工程措施小区：（F）鱼鳞坑（侧柏），植被盖度为33%；（G）水平沟（侧柏），植被盖度为 33%；（H）水平阶（侧柏），植被盖度为 24%；（I）隔坡梯田（侧柏），植被盖度为 34%；（J）石坎梯田（侧柏），植被盖度为 54%。1.3监测内容与方法1.3.1降雨降雨观测主要是日降雨量、次降雨量、降雨过程等。主要监测指标有：历时、平均降雨强度、最大 I30分钟、I60分钟雨强、降雨侵蚀力等；采用翻斗式自记雨量计观测，每日 8 时为日界，准时观测，记录降雨过程，监测降水量、降雨历时、平均降雨强度，最大 30 min 雨强、最大 60 min 雨强、降雨侵蚀力等指标。1.3.2径流和泥沙径流监测小区主要观测指标有：降雨、径流、泥沙、植被覆盖度（郁闭度）、植被平均高度、土壤含水量等。径流泥沙观测主要包括径流量和土壤流失量，主要监测指标有小区径流量、径流深、径流系数、含沙量、土壤流失量等。径流量：每次降雨产流结束后，对各产流监测小区分流桶和集流桶的水位进行测量，计算小区次降雨径流总量。含沙量：每次降雨产流结束后，对各产流监测小区分流桶和集流桶进行泥沙取样。泥沙采样时，将分（集）流桶浑水充分搅匀，根据径流量多少，每桶取13 个样，对所采样品进行编号、测量、静置、烘干和称重，然后计算平均含沙量；集流槽内泥沙烘干后称重，计入小区总的泥沙重。1.3.3土壤含水量土壤含水量：采用 TDR 法进行土壤含水量的测定，每测次在小区上、下部位 1015 cm 深度进行测定。1.3.4田间管理每年 3 月对小区坡面进行平整（尽可能减少坡面扰动），部分小区杂草杂灌进行药除，对隔离带、集流槽、导流管等进行杂物清理，对小区边界墙进行检修维护，整修工程措施小区的工程措施，检查维修小区坡面上游截流槽、小区外围铁丝围栏等，观测房屋修缮，小区边界和监测区内道路维修。6-7 月对裸地小区 A 杂草进行药除，对措施小区树木出露边界部分进行修剪，填堵小区鼠兔洞窝；8-9 月检修因降雨可能造成的措施损坏，10 月底-11 月初测量本年度小区植物生长量情况，对分（集）流桶、集流槽及盖板进行维护修缮。2监测成果2.1降雨分析2017-2021 年，降水日数，降雨次数，导致产流的降雨次数，侵蚀性降雨次数，侵蚀性降雨量，最大日降雨，最大降雨侵蚀力，年降水总量，年降雨侵蚀力汇总情况见表 1。根据表 1，2021 年产流降雨次数最多，侵蚀性降雨次数、侵蚀性降雨量、年降雨侵蚀力也均为 5 a 中最大。与 2017-2021 年 5 a 的均值相比，降水日数增加 15 d，增幅 26%，降雨次数增加 9 次，增幅 20%，导致产流的降雨次数增加 3 次，增幅 29%，侵蚀性降雨次数增加 5 次，增幅 30%，侵蚀性降雨量增加542.2 mm，增幅 111%，最大日降雨增加 20.2 mm，增幅 26%，最大降雨侵蚀力增加 252.6 MJ mm/ha h，增幅 37%，年降雨总量增加 539.2 mm，增幅 84%，年降雨侵蚀力增加 3 290.4 MJ mm/ha h，增幅 124%。侵蚀性降雨量从大到小排列年份为 2021 年，2018 年，2020 年，2019 年，2017 年。窑32窑2023 年 6 月贾俊杰 平顺县白马小流域综合观测站径流小区监测结果分析特征值201720182019202020215 年均值降水日数606150527560降雨次数564645425950产流降雨次数9111491512侵蚀性降雨次数16161692015侵蚀性降雨量/mm273.8454304.2372.81 028.9486.7最大日降雨/mm53.490.224.2120.197.277.0最大降雨侵蚀力/MJ mm/ha h248.90497.90182.091 556.37937.01684.50年降水总量/mm459.7581.9430.5558.11 181.6642.4年降雨侵蚀力/MJ mm/ha h1218.762 088.511 065.152 966.365 947.732 657.30表 12017-2021 年降水特征统计表2.2产流产沙分析各径流小区 2017-2021 年径流深和土壤流失量见表 2 和表 3。表 2 各径流小区 2017-2021 年径流深单位：mm表 3各径流小区 2017耀2021 年土壤流失量单位：（t/hm2）从表 2 可知，A 小区（无植被，植被盖度为 0%）历年径流深在 10 个小区中均为最大且远大于其他小区径流深。5 a 中，其他小区年度径流深接近，说明降雨量对裸地小区径流深影响大于其他有水保措施的小区。植物处理小区中，C 处理径流深最大，其次为 D 处理、E 处理，B 处理径流深最小。形成径流方面，自然植被效果优于乔木，灌木，草类效果最差。工程措施小区中，径流深排序为：I 处理跃F 处理跃J 处理跃G 处理跃H 处理。由此可以看出，形成径流方面，水平阶效果优于水平沟，其次为石坎梯田，再次为鱼鳞坑，最后为隔坡梯田。由表 3 可以看出，A 小区（无植被，植被盖度为0%）土壤流失量最大，且远大于植物措施和工程措施处理径流小区的土壤流失量。对比 B、C、D、E 4 种植物措施处理，C 处理（白羊草，植被盖度为 35%）土壤流失量大于 B、D、E 处理，B、D、E 3 种处理的土壤流失量接近。说明在保土方面，自然植被、乔木、灌木的效果要优于白羊草。对比 F、G、H、I、J 工程措施处理结果，F 和 I 处理接近，G、H、J 处理接近，F 和 I 处理结果大于 G、H、J 处理。说明在保土方面，水平沟、水平阶、石坎梯田处理优于鱼鳞坑和隔坡梯田。结合 2017-2021 年降雨量分析认为，径流深和土壤流失量与降雨量成正比例关系。2021 年降雨量大，各径流小区径流深、土壤流失量均较大。2.3效益分析以 2021 年为代表分析各小区蓄水保土效益情况见表 4。从表 4 可得，相较于 A 小区（裸地小区），植物措施在蓄水保土效果方面，自然植被跃乔木跃灌木跃白羊草。工程措施在蓄水保土效果方面，水平沟、水平阶、石坎梯田优于鱼鳞坑和隔坡梯田。3结语3.1产流分析结果形成径流方面，植物措施自然植被效果优于乔木，灌木，草类效果最差。工程措施水平阶效果优于水平沟，其次为石坎梯田，再次为鱼鳞坑，最后为隔坡梯田。小区编号 201720182019202020215 年均值A31.062.517.241.6168.664.18B0.30.70.20.81.30.66C1.22.30.96.57.33.64D0.31.80.43.22.51.64E0.30.90.42.72.91.44F1.43.21.06.95.93.68G0.41.00.53.61.81.46H0.51.40.41.21.51.00I1.64.41.67.47.64.52J0.41.50.55.42.11.98小区编号 201720182019202020215 年均值A5.737 3.7371.9921.725 418.82446.403 2B0.009 0.0150.0030.008 40.012 50.009 6C0.027 0.0630.0100.015 60.204 00.063 9D0.005 0.0350.0020.008 30.015 70.013 2E0.004 0.0060.0040.015 50.013 90.008 7F0.037 0.0350.0120.266 20.147 80.099 6G0.008 0.0130.0030.033 20.021 20.015 7H0.007 0.0150.0030.008 50.012 10.009 1I0.055 0.1800.0280.117 80.055 60.087 3J0.008 0.0050.0020.011 10.007 60.006 7（下转第 49 页）窑33窑2023 年 6 月3.2产沙分析结果保土方面，植物措施自然植被、乔木、灌木的效果要优于白羊草。工程措施水平沟、水平阶、石坎梯田优于鱼鳞坑和隔坡梯田。3.3效益分析结果植物措施在蓄水保土效果方面，自然植被跃乔木跃灌木跃白羊草。工程措施在蓄水保土效果方面，水平沟、水平阶、石坎梯田优于鱼鳞坑和隔坡梯田。作者简介贾俊杰（1990-）：男，工程师；主要从事水资源及水土保持方面的研究；E-mail：小区编号产生径流降雨量/mm径流深/mm土壤流失量/t/hm2蓄水量/mm 蓄水效益/%保土量/t/km2保土效益/%A920.4168.618.824 4B649.91.30.012 5167.399.23%18.811 999.93%C920.47.30.204161.395.67%18.620 498.92%D778.32.50.015 7166.198.52%18.808 799.92%E845.12.90.013 9165.798.28%18.810 599.93%F920.45.90.147 8162.796.50%18.676 699.21%G803.51.80.021 2166.898.93%18.803 299.89%H657.51.50.012 1167.199.11%18.812 399.94%I920.47.60.055 616195.49%18.768 899.70%J778.32.10.007 6166.598.75%18.816 899.96%注：蓄水保土效益=（裸地小区-措施小区）/裸地小区*100%表 4各小区蓄水保土效益情况表参考文献1邹琴英，师学义，张 臻.汾河上游土壤侵蚀时空变化及景观格局的影响J.水土保持研究，2021，28（4）：15-21.2朱宇恩，文瀚萱，李唐慧娴，等.汾河沿岸农田土壤微塑料分布特征及成因解析J.环境科学，2021，42（8）：3894-3903.3师海鸥.汾河上游土地利用类型的生态系统服务价值研究J.山西水土保持科技，2016（2）：22-24.4刘 林，李金峰，李泽利，等.汾河上游流域 SWAT 模型构建及适用性评价J.人民黄河，2020，42（11）：58-62+96.5焦 鹏，赵臻真，赵春敬.汾河流域近 60 年降水特征及趋势分析 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页）王锦志赵喜萍刘林李泽利基于 SWAT 模型对非点源污染分布特征的研究以汾河上游为例窑49窑