金沙江干热河谷地区降雨对水土流失的影响

王 洪 孔祥周 张 瑜 杨兴春 李德权

(1.攀枝花市干沟水利水保综合试验场，四川 攀枝花，617000；2.攀枝花市水土保持生态环境监测分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干热河谷地区降雨对水土流失的影响

王 洪1,2孔祥周1张 瑜2杨兴春2李德权1

(1.攀枝花市干沟水利水保综合试验场，四川 攀枝花，617000；2.攀枝花市水土保持生态环境监测分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干热河谷是长江上游生态环境最脆弱、水土流失最严重的区域之一。在对攀枝花市2010—2012年降雨观测基础上，结合9个径流小区水土流失量的监测数据，剖析金沙江干热河谷地区降雨对水土流失的影响。结果表明，金沙江干热河谷地区6—10月为降雨集中期，6—8月是强降雨集中期，强降雨累计雨量占全年降雨量的31%～36%；水土流失的发生一般为强降雨所致，本地区降雨侵蚀力因子为336.17(J·cm)/(m2·h)；径流系数与降雨强度、坡度、农作物种类、耕作方式有关，坡耕地的径流系数为0.08～0.12，并随坡度的增加而增大；坡改梯径流系数为0.02～0.04，灌木林(黄连翘)为0.02～0.04，鱼鳞坑为0.08，地膜覆盖(顺坡)为0.28。

干热河谷；强降雨；水土流失；金沙江

金沙江干热河谷是横断山区干旱河谷的一部分，主要包括金沙江下游沿岸海拔 1 300(阴坡)～1 600 m(阳坡 )的河谷地带, 其面积约1万km2[1-2], 涉及云南省和四川省 20个县(市)[3]。金沙江干热河谷是由于横断山脉深切河谷所形成的特殊气候和地貌类型[4]，该区光热资源丰富，气候炎热少雨，生态十分脆弱。在自然和人为的双重影响下，该区生态环境不断恶化[5]，是长江上游生态环境最脆弱、水土流失最严重的区域之一。四川省攀枝花市位于金沙江干热河谷的核心区域，境内降雨集中于雨季(6—10月)，尤以夏季(6—8月)最集中，且多大雨和强降雨。水土流失的降雨参数不但与降雨量和降雨强度有关，也存在着地域性的差异。本研究根据攀枝花市干沟水利水保综合试验场2010—2012年9个径流小区的气象及水土流失观测资料，探讨该地区强降雨与水土流失之间的关系。

1 研究区自然概况

研究区位于攀枝花市盐边县红格镇昔格达村“国家级水土保持监测点-盐边红格坡面径流场”内，地处东经101°56′19″，北纬26°34′55″，为低纬度南亚热带季风河谷干热气候[6]。区内年平均气温20.5℃，年日照 2 700 h，空气相对湿度59%，四季变化不明显，干、雨季分明，终年无雪，霜期短，年均降雨量800～850 mm。该区土层薄，石砾含量较高，保水性差；土壤pH 7.71，属于碱性土壤，土壤容重为1.11 g/cm3，含水量为0.1%，碱解氮、速效磷、速效钾分别为59.86、7.30、32.91 mg/kg，径流小区特征值见表1。

表1 径流小区特征值

注：1.标准小区指坡度为10°(9%)，小区上没有任何植被，完全休闲，无水土保持措施的径流小区;2.常规耕作指无任何水土保持措施的耕作方式。

2 研究方法

在某次径流产生后，记录集流池中径流水位线，并根据集流池的规格推算出径流小区的某次地表径流量和径流系数；将集流池中部球阀空用布堵塞，让球阀微开，使水缓慢流出(水流缓慢，且用布堵塞的情况，流出的是清水，泥沙则沉积在池底)；接着将集流池底部球阀空用布堵塞，让球阀微开，使水缓慢流出，将底部沉淀的泥沙(含水量较高)风干若干小时后，用口袋全部装完称量，用铝盒在口袋的中间部位取样，直接烘干后，测定泥沙量，从而推算出某次降雨产生的水土流失量。根据自动气象仪，详细记录该次降雨量及降雨历时，从而推算出本地区降雨侵蚀力因子(R)。

3 结果与分析

3.1 年降雨量

2010—2012年该区年降雨量分别为830.6、636.7、622.1 mm，呈逐年下降的趋势；每年的6—10月份(雨季)的降雨量分别占全年降雨量的94%，89%，100%，各月降雨分布见表2。

3.2 强降雨

攀枝花市强降雨频繁，1 h降雨量在10 mm以上的次数为12～16次/年，占全年降雨量的31%～36%，2010—2012年强降雨统计结果见表3。2010—2012年强降雨累计发生41次，均发生在6—10月，逐月累计发生次数分别为9次，9次，11次，8次，4次，分别占2010—2012年强降雨累计值的24%，23%，29%，16%，8%，也表明每年的6—8月是强降雨集中期，2010—2012年雨季各月强降雨累计值见图1。

表2 2010—2012年各月降雨分布

表3 2010—2012年强降雨统计

注：强降雨量指1 h降雨量；只统计>10 mm/h的降雨数据及次数。

3.3 径流系数

水土流失发生一般为降雨强度较大的降雨所致，当降雨强度达到一定值后，降雨量超过土壤渗透量时，才能产生地表径流，而径流是水土流失的动力。径流系数说明在降水量中有多少水变成了地表径流，它综合反映了坡耕地各要素对径流的影响。径流系数与降雨强度、坡度、农作物种类及耕作方式均有关，不同农作物径流系数对比结果见图2。

由图2可知，玉米(Zeamays)地(坡度为10°～20°，常规耕作)的径流系数为0.10～0.12，花生(Arachishypogaea)地为0.08～0.10，黄豆(Glycinemax)地0.09～0.12。同一坡度不同农作物地表径流系数依次为：玉米>黄豆>花生，这是由于玉米等高秆作物叶片能够汇集降雨雨滴，将小雨滴积成大水滴，从较高处落下，增加地表径流量；而花生、黄豆作为矮低秆作物，郁闭度大于玉米等高秆作物的郁闭度，因此，拦截降雨的能力较强，降低了雨强。

坡改梯由于坡度趋于0，水势较缓，径流系数较小(0.02～0.04)，而灌木林(黄连翘(Fructusforsythiae))形成冠层并完全覆盖土表，冠层对雨水动能的减缓和收集，使雨水沿着作物秆茎缓流至地表，水势降低；且灌木根系发达，根系的活动使土壤结构较为松散，涵养水源的能力较强，产生地表径流较少(0.02～0.04)。

鱼鳞坑整地为在坡面上等高线自上而下挖半月型坑，呈品字形排列，由于在小范围内减缓了水势，径流系数为0.08，小于同一坡度常规耕作的径流系数(为0.11)。

地膜覆盖(顺坡)的径流系数为0.28，远大于同一坡度常规耕作的径流系数(仅为0.11)，这是由于地膜顺坡覆盖时，需将土壤松动后，集中堆放至薄膜下方，高出坡面约10 cm，形成顺坡沟垄，沟宽30 cm，沟高10 cm，降雨击打在薄膜上，大部分顺着薄膜流至沟中，由于垄沟是顺坡沟，无任何减缓水势的措施，径流量较大。

3.4 降雨对土壤侵蚀的影响

以2012年标准小区降雨与土壤侵蚀关系为例，全年产生土壤侵蚀均发生在降雨较为强烈或者降雨较为频繁的时段里，且随着强度的增大，土壤侵蚀量也增大。如2012年8月17日，1 h最大降雨量为30.4 mm，本次降雨产生的土壤侵蚀量为39.43 kg，占全年土壤侵蚀量(150.65 kg)的26%。充分的前期降雨已使土壤含水量大大增加，甚至处于饱和状态，再遇到强度较大的降雨，极易引起严重的土壤侵蚀。如2012年8月13日至20日连续降雨，24日有少量降雨，使得这一期间的土壤含水量达到饱和状态，即使在25日降雨量不大的情况下，也产生了严重的土壤侵蚀，达到44.17 kg，占全年土壤侵蚀量的29%。8月17日和8月25日2次降雨产生的土壤侵蚀量合计为83.60 kg，占全年土壤侵蚀量的55%，标准小区2012年土壤侵蚀模数为 1 507 t/(km2·a)。

表4 2012年标准小区土壤侵蚀量

注：06-24、07-28强降雨量有2个值，是因为一场降雨中出现了2次大于10 mm/h的强降雨量。

实际上存在着一个引起侵蚀的降雨强度, 尽管各种强降雨可能出现一些差异, 但大部分低强度降雨不会引起侵蚀现象的发生。侵蚀总是位于一个分界雨强以上的降雨时才出现。

3.5 降雨侵蚀力因子(R)推算

降雨侵蚀力因子是产生水土流失的动力指标，是土壤流失方程中首要的基础因子，本文采用EI30法计算本地区降雨侵蚀力因子。攀枝花市近3年来年降雨侵蚀力因子平均值为336.17(J·cm)/(m2·h)，略大于昆明的286.9(J·cm)/(m2·h)，小于成都的393.7(J·cm)/(m2·h)[7]。2010年由于引起水土流失的强降雨量及次数均大于2011年和2012年，其年降雨侵蚀力因子也远大于2011年和2012年。强降雨侵蚀力因子占全年所有降雨侵蚀力因子累计值的大部分，如2010年6月14日，每小时最大降雨量为49.4 mm，该次降雨侵蚀力因子达到167.85(J·cm)/(m2·h)，占到了全年的32%。

表5 降雨侵蚀力因子

注：根据杨子生对云南金沙江流域降雨侵蚀力因子的研究[8]，同为干热河谷气候且与攀枝花接壤的华坪县降雨侵蚀力因子为372.6(J·cm)/(m2·h)。

4 结 论

金沙江干热河谷地区干、雨季分明，6—10月为降雨集中期，强降雨均集中在雨季，强降雨累计雨量占全年降雨量的31%～36%，其中6—8月是强降雨集中期，占强降雨累计值的76%。水土流失的发生一般为强降雨所致，金沙江干热河谷地区降雨侵蚀力因子为336.17 (J·cm)/(m2·h)。

地表径流是水力侵蚀的动力，该区坡耕地径流系数与降雨强度、坡度、农作物种类、耕作方式有关，坡耕地的径流系数为0.08～0.12，并随坡度的增加而增大；坡改梯径流系数为0.02～0.04，灌木林(黄连翘)为0.02～0.04，鱼鳞坑为0.08，地膜覆盖(顺坡)为0.28。

[1] 张荣祖.横断山区干旱河谷[M].北京:科学出版社,1996.

[2] 钟祥浩.干热河谷区生态系统退化及恢复与重建途径[J].长江流域资源与环境,2000,9(3):377-378.

[3] 沙毓沦,纪中华,李建增,等.西南地区干热河谷生态环境问题[J].西南农业学报,2006,19(S1):312-318.

[4] 费世民,王鹏.论干热河谷植被恢复过程中的适度造林技术[J].四川林业科技,2003,24(3):10-16.

[5] 张金盈,徐云,苏春江,等.金沙江干热河谷植被恢复研究进展[J].水土保持研究,2005,12(6):101-104.

[6] 王克勤,陈奇伯.金沙江干热河谷人工生态林的林分环境分析[J].中国水土保持科学,2003,1(1):74-79.

[7] 王万中,焦菊英,郝小品.中国降雨侵蚀力R值的计算与分布(Ⅱ)[J].土壤侵蚀与水土保持学报,1996,2(1):29-39.

[8] 杨子生.滇东北山区坡耕地降雨侵蚀力研究[J].地理科学,1999,19(3):265-270.

(责任编辑 赵粉侠)

Influence of the Rainfall on Soil and Water Loss in the Dry-Hot Valleys of the Jinsha River

WANG Hong1,2, KONG Xiang-zhou1, ZHANG Yu2, YANG Xing-chun2, LI De-quan1

(1. Water and Soil Conservancy Comprehensive Test Field of Pan Zhihua Gangou, Panzhihua Sichuan 617000, China;2. Soil and Water Conservation and Eco-environment Monitoring of Pan Zhihua, Panzhihua Sichuan 617000, China)

The dry-hot valleys of the Jinsha River are one of the areas with worst ecological environment and most seriously of soil and water loss as well. Basing on the rainfall data in Panzhihua from 2010 to 2012 and combining with monitor data of water and soil loss about 9 runoff plots of slope farmland, the influence of the rainfall on soil and water loss in the dry-hot valleys of the Jinsha River was analyzed. The results showed that the rain falls mainly occurred from June to October and the strong rainfall which accumulation precipitation account for 31%-36% of the annual total occurred from June to August. The soil and water loss were caused by strong rainfall, the erosive factor of rainfall was 336.17(J·cm)/(m2·h) in this area. The runoff coefficient related to rainfall intensity, gradient, crop species and tillage methods, The runoff coefficient of crops on sloping lands was 0.08-0.12 and increased with the increase of intensity. The runoff coefficient in transforming slope into terrace, shrub forests (Fructusforsythiae), fish-scale, plastic film mulching along the slope was respectively: 0.02-0.04, 0.02-0.04, 0.08, 0.28.

dry-hot valleys; strong rainfall; soil and water loss; Jinsha River

2013-11-07

水利部全国水土流失动态监测与公告项目(CJSBJC-0372-1-JCWW-2013-047)资助；攀枝花市应用技术研究与开发资金项目资助(2011CY-S-20)

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.04.013

S157

A

2095-1914(2014)04-0070-05

第1作者：王洪(1983—),男，硕士，工程师。研究方向：水土保持监测及治理。Email:158864237@qq.com