降雨类型和水土保持对黄土区小流域水土流失的影响

　　摘要:对黄土区桥子东沟流域的143场次洪水事件水文泥沙数据进行统计分析，并利用K均值分类法划分降雨类型，比较不同降雨类型条件下流域水土流失特征，探讨水土保持治理对不同降雨类型下流域产流输沙的影响。结果表明，次降雨量和最大30min雨强是影响流域产流输沙的主要降雨特征。降雨事件划分为4种类型:I型(小雨量、小雨强)、II型(大雨量、大雨强)、III型(大雨量、小雨强)和IV型(小雨量、大雨强)。4种降雨类型下次洪水事件的产流能力和洪峰流量由大到小依次为II型、IV型、III型和I型。频次最少的II型降雨次洪水事件的输沙量最多，I型、III型和IV型降雨条件下次洪水事件输沙量的差异不显著，输沙量均较少。水土保持综合治理显著减少了流域径流量和输沙量，其中II型降雨次洪水事件减水量和减沙量最多，I型最少。

　　关键词:黄土区小流域水土流失降雨类型水土保持

　　引言

　　降雨是引起黄土地区水土流失的一个最重要的因素［1］。降雨量、降雨强度及降雨历时等降雨特征对降雨径流输沙的形成有重要影响［2－3］。降雨类型与水土流失的程度、分布规律、发生频率等特征都存在着极为密切的关系［4－9］。研究黄土地区降雨类型与水土流失的关系是水土保持科学研究工作中的一个重要内容，可为流域水土保持治理方案制定提供科学依据。

　　1研究区概况

　　1.1土壤、地形和水文条件

　　桥子东沟流域位于甘肃省天水市北郊(N34°36'23′′，E105°42'28′′)，属于黄土丘陵沟壑区第三副区，是渭河二级流域罗玉沟内的一级支沟。桥子东沟流域面积1.36km2，主沟长2.00km，平均比降20.75%，沟壑密度5.13km/km2。流域土壤以黄土质黑褐土分布最广，占流域面积60%左右，其次为红色黄土质黑褐土型粗骨土。桥子沟流域降水年际变化大，多年平均、最大及最小年降水量分别为542.5、933.7及366.8mm。降水年内分配不均，汛期降水量占全年降水量的72%。年蒸发量1293.3mm，干燥度为1.3。年平均气温10.7°C，1月份平均气温－2.3°C，7月份平均气温22.6°C，极端最高气温38.2°C，极端最低气温－19.2°C。汛期降雨多以暴雨形式出现，土壤侵蚀严重。

　　1.2土地利用和水土保持现状

　　桥子东沟流域在1987年开始实施水土保持综合治理，治理措施主要包括植被措施和沟道工程措施。治理前期以坡面治理措施为主，包括坡改梯、种树和种草等，2006年在流域内建设了19座淤地坝，如图1所示。由表1可知［12］，桥子东沟流域通过多年的水土保持综合治理，流域土地利用情况发生显著变化:与1986年相比，桥子东沟流域2004年坡耕地和裸地面积分别减少了45.89%和4.26%，而梯田和林地面积分别增加了35.25%和15.19%，其他土地利用类型无显著变化。

　　2数据来源与研究方法

　　桥子东沟流域1987—2010年水文泥沙数据来源于黄河水利委员会天水水土保持科学试验站。桥子东沟流域内布设了3个雨量站，以泰森多边形法计算流域平均降雨量。在桥子东沟流域出口设立了径流泥沙测站(图1)，测流建筑物为三角形测流槽，径流测定在小水时用接流筒按体积法测定，洪水时用率定水位流量关系曲线和浮标法测速计算流量，2种方法同步进行，对照检查。沙样采用置换法处理。

　　3结果与讨论

　　3.1流域水沙变化特征

　　对桥子东沟流域143场次洪水事件的降雨、径流和泥沙变量进行了描述统计分析(表2)，主要降雨、径流和输沙特征如下:

　　流域最小降雨量3.0mm，发生在2008年6月29日，最大降雨量达到97.0mm，发生在2006年8月27日，次降雨量超过50mm的洪水事件共17次，占所有事件的11.9%，超过平均值38.8mm的洪水事件占所有事件的35.7%。次洪水事件的降雨历时变化范围为43～2399min，平均降雨历时为628min，降雨历时超过1000min的洪水事件有21场，占14.7%，降雨历时小于480min的洪水事件有59场，占41.3%。次降雨平均雨强的最小值为0.5mm/h，发生在1987年6月26日，降雨量为12.3mm，但降雨历时较长，达到1570min;平均雨强的最大值达到32.7mm/h，发生在2001年6月23日，降雨量为23.4mm，但降雨历时最短，只有43min。平均雨强超过10mm/h的洪水事件仅有10场，占7.0%，小于5mm/h的洪水事件113场，占79.0%。前期降雨量的变化范围较大，前1d、3d、5d和7d降雨量序列的变异系数分别为2.18、1.35、1.14和1.05。

　　3.2降雨-径流-输沙关系

　　构建了降雨、径流和输沙变量的皮尔逊相关矩阵(表3)。由表3可知，P与H、Ms、Qmax在p＜0.01水平显著相关，与ＲC和Cmax在p＜0.05水平显著相关。D与径流和输沙都不具有显著相关。I仅与ＲC在p＜0.01水平显著相关，与Cmax在p＜0.05水平上具有显著相关性。I30max对流域次洪水事件的径流和输沙具有显著影响，与H、Ms、ＲC、C和Cmax都具有显著相关性(p＜0.01)，表明I30max是桥子东沟流域产流输沙的重要影响因素。表3表明前期降雨量与流域的产流量和输沙量不具有显著相关性，但P3d与ＲC在p＜0.05水平显著相关、P5d和P7d与ＲC在p＜0.01水平显著相关，这表明前期降雨量对黄土丘陵沟壑区降雨产流能力具有显著影响。

　　4结论

　　(1)P和I30max是影响桥子东沟流域产流输沙的主要降雨特征，流域降雨事件可划分为4种类型降雨:I型，小雨量、小雨强、频次最多;II型，大雨量、大雨强、频次最少;III型，大雨量、小雨强;IV型，小雨量、大雨强。

　　(2)不同降雨类型条件下桥子东沟的产流输沙特征不同。II型降雨下次洪水事件的产流能力和洪峰流量最大，IV型次之，I型和III型最小;II型降雨下次洪水事件的输沙量最多，I型、III型和IV型降雨条件下次洪水事件的输沙量差异不显著。II型降雨的产流量和输沙量占流域产流输沙总量的比例最大，分别达到了39.93%和43.46%。

　　参考文献

　　1王万忠．黄土地区降雨特性与土壤流失关系的研究［J］．水土保持通报，1983，3(4):7－13．WangWanzhong．Studyontherelationsbetweenrainfallcharacteristicsandlossofsoilinloessregion［J］．BulletinofSoilandWaterConservation，1983，3(4):7－13．(inChinese)

　　2BiHX，LiuB，WuJ，etal．Effectsofprecipitationandlanduseonrunoffduringthepast50yearsinatypicalwatershedintheloessplateau，China［J］．InternationalJournalofSedimentＲesearch，2009，24(3):352－364．

　　3李广，黄高宝．雨强和土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响［J］．农业工程学报，2009，25(11):85－90．LiGuang，HuangGaobao．Effectsofrainfallintensityandlanduseonsoilandwaterlossinloesshillyregion［J］．TransactionsoftheCSAE，2009，25(11):85－90．(inChinese)

　　晏清洪1原翠萍2雷廷武1雷启祥3张满良3苏广旭3

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