黄土丘陵沟壑区撂荒草地产流产沙特征研究

Abstract

黄土高原作为我国最大的水土流失治理区，其生态与环境的保护意义极其重大。草地恢复和重建是控制水土流失的关键性生物措施之一。黄土丘陵沟壑区撂荒草地作为当地自然环境选择的产物，具有重要的水土保持功效。本研究以黄土丘陵沟壑区撂荒草地为研究对象，采用野外自然降雨试验方法，观测坡面产流产沙特征，并分析降雨、土壤、植被、坡度和坡长等因素对撂荒草地坡面产流产沙的影响，同时分析了上述各影响因子对撂荒草地坡面产流产沙的相对重要性。主要结论如下： （1）降雨特征可显著影响黄土丘陵沟壑区撂荒草地产流产沙特征。其中径流深随降雨量、降雨动能增加均呈线性增大（p＜0.01），随最大30分钟雨强、降雨侵蚀力增加呈幂函数递增（p＜0.05）。径流系数随降雨历时、平均雨强增加分别呈指数、对数增加（p＜0.01），随最大30分钟雨强和降雨侵蚀力增加均呈线性增长（p＜0.05）；坡面产沙量随最大30分钟雨强、降雨侵蚀力增加均呈线性增长（p＜0.05），平均含沙量随降雨特征变化未呈现明显规律性；与侵蚀性降雨相比，侵蚀性降雨条件下的径流深、径流系数、产沙量和平均含沙量均显著增大，且在在侵蚀和非侵蚀性降雨条件内部，径流深、径流系数、产沙量和平均含沙量基本随降雨侵蚀力的增加而增大。 （2）径流深和径流系数随前期含水量增加分别呈指数和线性函数递增（p＜0.01）；产沙量和平均含沙量随前期含水量增加分别呈指数和幂函数递增（p＜0.05）；侵蚀和非侵蚀性降雨条件下，径流深、径流系数随着前期含水量增加均呈增加趋势，且侵蚀性降雨条件下的递变速率更大。在不同性质降雨条件下，产沙量、平均含沙量随前期含水量表现出相同消长变化。 （3）坡面径流深随植被盖度增加呈指数递减（p＜0.05），径流系数整体上随植被盖度增加呈递减趋势，但未表现出确定性规律。坡面产沙量和平均含沙量均随植被盖度增加呈指数递减（p＜0.01），植被减沙效果在60%处趋于稳定；当降雨性质不同时，撂荒草地和裸地的坡面产沙特征也表现出明显差异。侵蚀性降雨条件下下，植被的减流减沙效果更加显著。 （4）径流深和径流系数随坡度增加均呈对数递减（p＜0.01），但两者在坡度20&deg;处出现极值，局部趋势出现逆转；坡面产沙量和平均含沙量随坡度增加分别 &nbsp; 呈对数和线性函数递减（p＜0.01），其中产沙量在坡度20&deg;和25&deg;分别出现极大值和极小值；当降雨性质不同时，坡面产流产沙特征均随坡度也表现出不同变化。坡度对坡面产流产沙的影响在侵蚀性降雨条件下更显著。 （5）径流深、径流系数随坡长增加呈对数递减（p＜0.01），两者均在40 m坡长处出现极值；坡面产沙量和平均含沙量均随坡长增加分别呈对数递减（p＜0.01）和指数递增（p＜0.01），坡面产沙量和平均含沙量随坡长变化虽呈现不同的变化趋势，但两者均在40 m坡长处出现局部趋势逆转。当降雨性质不同时，坡面产流产沙特征均随坡长也表现出不同变化。随降雨侵蚀力增大，坡长对坡面产流产沙的影响愈显著。 （6）灰色关联度分析结果表明，各影响因子对径流深、径流系数、产沙量和平均含沙量的影响程度并不一致。对于径流深，各影响因子对其影响权重排序为：降雨量＞降雨侵蚀力＞降雨动能＞I30＞平均雨强＞坡长＞坡度＞植被盖度＞前期含水量＞降雨历时；径流系数为：I30＞降雨动能＞降雨量＞降雨侵蚀力＞平均雨强＞坡长＞坡度＞植被盖度＞前期含数量＞降雨历时；产沙量为：降雨侵蚀力＞降雨量＞I30＞平均雨强＞降雨动能＞坡长＞坡度＞植被盖度＞前期含水量＞降雨历时；平均含沙量为：降雨量＞降雨动能＞坡长＞平均雨强＞降雨历时＞坡度＞I30＞降雨侵蚀力＞植被盖度＞前期含水量。整体而言，降雨特征对坡面产流产沙影响最大，其后依次为坡长、坡度、植被盖度和前期含水量。以降雨侵蚀力、前期含水量、植被盖度、坡度和坡长为输入变量建立了撂荒草地坡面产沙预测方程，相对误差控制在&plusmn;20%以内，约93%的数据点相对误差分布在&plusmn;5%以内，预测方程具有较好的精度。</p