不同治理效果小流域径流量变化规律分析

吕兰州，胡建朋 ，杨吉华

（1.山东省胶东调水局，山东 济南 250100；2.山东农业大学林学院，山东 泰安 271018）

山东省山丘区面积大，山高坡陡，土壤瘠薄，蓄水保土性能差，水土流失严重；土地生产力低而不稳，灾害频繁发生，严重制约了区域经济发展和生态环境的改善，水土流失问题成为影响生态、生产和生活安全的重要问题之一。研究两个不同治理效果的小流域所产生的径流量差异，对小流域综合治理具有重要意义。

1 试验区概况

曲阜市红山水土保持试验站位于红山小流域境内，属典型鲁中南低山丘陵区，流域面积8.88 km2，海拔 548.1 m，沟壑密度 3.8 km/km2，地面坡度 3°～25°，岩石为花岗片麻岩，土壤为棕壤。多年平均气温13.7℃，年平均无霜期192 d，多年平均降水量671.6 mm，降水多集中在7、8、9月份，年平均径流深246 mm。植被属温带落叶阔叶林，流域内乔木树种以刺槐、黑松、麻栎、侧柏、毛白杨为主。灌木主要有黄荆、酸枣等。经济树种有苹果、枣、桃、梨和杏。自然生长的杂草以黄草为主，人工种植的草本植物有小麦、谷子、地瓜、花生、沙打旺、草木樨等。

本试验选择红山水保试验站的九仙山、平坡小流域，这两个流域除治理效果不同外，其他条件如地形、地质、土壤、气候、流域面积等基本相同或相似，对比小流域选择在地面分水线和地下分水线基本重合的闭合流域，沟长、比降比较接近。流域自然地理特征见表1。

2 试验方法

2.1 降雨量

1）降雨量观测：在流域内根据不同的方位和海拔高程布设雨量观测点，采用人工雨量计、自记雨量记同步观测、校准，据此计算日降雨量和降雨强度。

表1 小流域自然地理特征对比表

2）降雨量和降雨强度分级：根据日降雨量（P），共分 6 个雨量级，即 0～9.9 mm、10～29.9 mm、30～49.9 mm、50～79.9 mm、80～99.9 mm、＞100 mm；根据计算的 30 min最大降雨强度（I30），共分 7 个雨强级，即 0～5 mm/h、5～10 mm/h、10～20 mm/h、20～30 mm/h、30～40 mm/h、40～50 mm/h、＞50 mm/h。

2.2 小流域径流观测

在流域出口控制断面处修建三角形量水堰，小流域流量测流采用流速仪法，使用旋浆流速仪，水位用自记水位计，观测精度可读0.01 m，根据自记水位计记录的水位变化曲线，求出各时段和日径流量。

2.3 数据处理

对所得的数据运用SPSS11.5软件EXCEL2003软件进行统计分析，建立不同条件下的径流量模型。

3 结果分析

3.1 不同治理效果小流域径流总量变化规律

1）典型降雨条件下径流量变化。采用4年的观测资料（1982—1985年），从中选出22场典型降雨，在0～9.9、10～29.9、30～49.9、50～79.9、80～99.9、＞100 mm各雨量级均匀分配，在每个雨量级下求出22场典型降雨所产生的平均径流量见表2。从不同雨量级看出九仙山小流域的径流量明显高于平坡小流域，说明治理效果好的小流域产生的径流量远远小于治理差的。从不同治理效果的小流域看出，九仙山小流域在50～79.9 mm雨量段径流量增长迅速，但在80～99.9 mm雨量段增长幅度达到最大，增长了7 977 m3/km2，增长率为244.7%。平坡小流域随着降雨量的增加，径流量增幅较小，但是在＞100 mm雨量段径流量迅速增长，增长了10 250 m3/km2，增长率为117.1%。

表2 不同雨量级下的平均径流量 m3/km2

2）降雨因子与径流量回归方程。为建立在不同治理效果下的小流域降雨因子与径流量的经验模型，对降雨量和I30与径流量进行逐步回归分析，建立多元线性回归方程，从表3可以看出降雨量和I30与径流量有较好的线性关系，复相关系数随着流域治理程度的提高而逐渐降低，表现出流域产流的复杂性和多变性。

表3 不同治理效果下降雨因子与径流量的回归方程

表3方程中：P为降雨量，I30为30 min最大雨强，V为径流量，V=aP+bI30+c为多元回归方程。

3.2 径流系数变化规律

1）典型降雨条件下径流系数变化。径流系数的大小与降雨量、植被、前期土壤湿度、土壤理化性质、地形地貌等因素密切相关，在小流域地形地貌特征相似的前提下，对两个小流域的比较见表4。从50～79.9 mm雨量段开始九仙山、平坡小流域径流系数都有较大增长，在这一雨量段九仙山流域增长了10.375，而平坡小流域增长了7.65，从不同雨量级看九仙山小流域的径流系数明显高于平坡小流域，说明治理程度的提高可以明显减少径流量，使得径流系数明显降低。

表4 不同雨量级下的平均径流系数

2）降雨量与径流系数的回归方程。

对降雨量和径流系数进行回归分析，发现径流系数Y和降雨量P呈很好的线性关系，见表5。相关系数都在0.9以上，而且九仙山流域的相关系数大于平坡流域，对不同治理效果下的流域径流系数在0.01水平上进行方差分析，看出两个流域的径流系数差异性呈显著水平（F=8.379＞F0.01=7.28；P=0.021），说明小流域治理效果的好坏导致了流域径流系数的差异。

表5 不同治理效果下降雨量与径流系数的回归方程

表5方程中：P为降雨量，Y为径流系数，Y=aP+b为直线回归方程。

4 结语

1）九仙山、平坡流域不同雨量级下平均径流量分析表明治理效果差流域的径流量明显大于治理效果好的流域的径流量，对降雨量和I30与径流量进行相关分析，其相关程度均达到极显著水平，其相关程度的排序为降雨量＞I30，降雨量和I30与径流量的相关性排序为平坡流域＜九仙山流域。对降雨量、I30与径流量进行逐步回归，发现降雨量、I30与径流量呈多元线性关系，其中九仙山流域为V=109.897P+135.725I30-3596.809，复相关系数R=0.948；平坡流域为V=95.568P+70.469I30-2758.068，复相关系数R=0.934。

2）九仙山、平坡流域不同雨量级下平均径流系数分析表明治理效果差的流域的径流系数明显大于治理效果好的流域的径流系数，对降雨量和径流系数进行回归分析，发现降雨量和径流系数呈线性关系，其中九仙山流域为Y=0.265P-0.1084，R2=0.815；平坡流域为Y=0.2116P-2.4754，R2=0.7969。