李子口小流域单次降雨的土壤侵蚀量测算方法

李子口小流域单次降雨的土壤侵蚀量测算方法

刘守江， 胡翠华， 林叶彬， 张 斌， 罗明良

(西华师范大学国土资源学院，四川南充 637009)

摘要川中丘陵区土壤侵蚀比较严重，对于嘉陵江流域乃至长江航道泥沙淤积、水环境安全等方面都会产生重要影响。选择川中丘陵区李子口小流域为研究区，利用单次降雨产生的径流量，测定径流池中泥沙含量，并结合小区土地利用现状，快速测定小区土壤的近似侵蚀量。该研究可为土壤侵蚀严重地区提出相应的水土保持治理措施，有着重要参考和借鉴作用。

关键词土壤侵蚀；单次降雨；快速测定；川中丘陵区；李子口小流域

中图分类号S157

基金项目四川省科技厅应用基础研究项目(2012JY0121)。

作者简介刘守江(1974- ),男,四川泸州人,副教授,硕士,从事环境科学与生态方面的教学研究工作。

收稿日期2015-08-03

Measurement Method of Soil Erosion Based on a Single Rainfall in Lizikou Small Watershed

LIU Shou-jiang, HU Cui-hua, LIN Ye-bin et al (School of Land and Resource, West China Normal University, Nanchong, Sichuan 637009)

AbstractThe soil erosion is so serious in the hilly area of Sichuan Basin that it has a great effect on the Jialing River watershed and the Yangtze River waterway siltation, water environmental safety and other aspects. This paper chooses Lizikou watershed in the hilly area of Sichuan Basin, and uses the runoff generated by single rainfall, and determines the sediment content of runoff pool, erosion approximate combined residential land use, makes rapid determination of approximate amount of erosion of cell soil. The paper has important reference on putting forward corresponding water conservation measures for the serious soil erosion area.

Key words Soil erosion; Single rainfall; Rapid determination; Sichuan hilly area; Lizikou watershed

川中丘陵区土壤侵蚀比较严重，对于嘉陵江流域乃至长江航道泥沙淤积、水环境安全等方面都会产生重要影响。李子口小流域属于川中丘陵区，是一个有代表性、典型性的区域。该区研究比较成熟，李双喜等从山塘淤积情况对李子口小流域土壤侵蚀进行了研究[1]；唐秋玮等对该区不同植被模式下坡面侵蚀进行了研究[2]；袁再健等对该区次降雨泥沙输移比[3]以及侵蚀产沙模型[4]进行了探讨；靳晓莉等采用USLE模型结合GIS技术，估算了李子溪流域土壤侵蚀总量与侵蚀强度空间分布[5]；另外李小兵还估算了该流域的土地生产潜力及人口承载潜力[6]；佘红英等调查了该区的农业生产与面源污染状况[7]。笔者选择川中丘陵区李子口小流域，利用单次降雨产生的径流量，测定径流池中泥沙含量，并考虑径流量分流排放情况，结合小区土地利用现状，用关系式简单表达出该小区土壤的近似侵蚀量，从而能够快速获取某小区土壤侵蚀量，进而提出相应的水土保持治理措施，有着重要意义。

1研究区概况

李子口小流域(105°43′ E,31°30°′ N)位于四川省南部县升钟镇，属于嘉陵江右岸一级支流西河(FE2105)的一条支沟，位于升钟水库大坝下游右侧4 km处。小流域出口距离升钟镇5 km，小流域主河道5.88 km长，流域总面积为19.216 km2[6]，涉及升钟镇、保城乡、双峰乡、升水镇4个乡镇。该流域属亚热带湿润季风气候，多年平均降雨量1 029.2 mm，气温17.2 ℃，蒸发量900 mm，无霜期263 d[1]。流域出口高程364 m，最高高程780.5 m，相对高差416.5 m，低山深丘地貌。土壤为黄壤，土地利用类型主要是林地、耕地，植被为亚热带常绿落叶阔叶混交林，主要树种有柏、桤木、马桑、青冈，植被覆盖率达43%[4]。水土流失面积占小流域面积的44.88%[4]，土壤侵蚀非常严重。

表1　李子口小流域12个径流小区基本情况

2研究方法

2.1径流小区设置调查组于2013、2014年实地调查了李子口小流域。李子口小流域的土地利用类型主要是耕地、林地。在小流域出口处设置一个卡口站，大小巴歇尔槽各一个，每天08:00、14:00、20:00 3次测定水位、流速、泥沙含量；12个径流小区，其中2个林地小区、9个耕地小区、1个裸地对照小区，如表1所示。每个小区均为顺坡设置，有一定坡度，除林地小区面积为200 m2外，其余小区面积均为100 m2。小区边缘为砼结构，保证地表径流面积等于小区面积。

2.2径流池设置方法在每个径流小区下方，设置两个径流池。通过径流槽汇集小区径流于径流池甲中，径流池甲如果装满径流，会溢出，溢出的径流通过锯齿状钢结构分流器10等分，汇集其中1份即1/10的溢出径流量到径流池乙，其余9份即9/10的溢出径流直接排走。每个径流池的长、宽、高分别是2、1、0.8 m，径流池的简单工作原理如图1所示。

2.3数据采集每次降雨后，收集径流数据资料。首先记录甲、乙两个径流池中径流的深度，然后对每个小区的甲、乙两个径流池搅匀，各取3瓶水样带回室内，测定每个径流池中水体的平均泥沙含量。

3研究计算结果

3.1每个径流小区土壤侵蚀量计算根据记录到的径流池中水体深度，可以计算出池中径流量，即小区径流量。根据室内测得径流的平均泥沙含量，可以计算出小区土壤侵蚀量，如表2所示。

名称池中径流深池中径流量池中泥沙含量池中泥沙量小区土壤侵蚀量条件径流池甲H12H1C12H1C12H1C1甲池未溢出,H1<0.8m径流池乙H22H2C22H2C22H1C1+20H2C2甲池已溢出,H1=0.8m

设甲、乙径流池径流深度分别是H1、H2，池中泥沙含量为C1、C2，土壤侵蚀量为S，则池中径流量分别是2H1、2H2，池中泥沙量为2H1C1、2H2C2。H、C、S的单位分别为m、kg/m3、kg。合并甲乙两径流池，用公式表示如下。小区径流量：

R=2H1+20H2

(1)

小区土壤侵蚀量：

S=2H1C1+20H2C2

(2)

3.2林地小区土壤侵蚀量计算每个林地小区面积为200 m2，按照公式(2)，先分别计算出2个林地小区土壤侵蚀量，取其平均值，得出林地小区平均土壤侵蚀量S林，作为该小流域林地土壤侵蚀平均值。

小流域林地土壤侵蚀平均值(kg/m2)=S林/200

(3)

3.3耕地小区土壤侵蚀量计算每个耕地小区面积为100 m2，按照公式(2)，先分别计算出9个耕地小区土壤侵蚀量，取其平均值，得出耕地小区平均土壤侵蚀量S耕，作为该小流域耕地土壤侵蚀平均值。

小流域耕地土壤侵蚀平均值(kg/ m2) =S耕/100

(4)

3.4小流域土壤侵蚀量计算该小流域总面积19.216 km2，根据近5年遥感影像资料分析，该小流域内耕地所占比例为51%，林地45%，道路居民区约为4%。整个李子口小流域土壤侵蚀量估算结果，用S总表示，计算如下：

S总(t)=19.216*103*0.51*S耕/100+19.216*103*0.45*S林/200

(5)

或S总(t)=19.216*103*(0.51*S耕/100+0.45*S林/200)

(6)

4结语

利用耕地、林地样地小区单次降雨获得的径流量与含沙量数据，从而能够快速测算出整个流域小区土壤侵蚀量。该方法简单，易于操作，优势明显，能够很快测定出径流小区的结果，尤其是对于小区样地能够获得较高的精度。不足之处在于从小区推广到整个小流域，影响因子增加，如耕地、林地所占流域比例，以及耕地、林地内部空间异质性等，会影响到整个李子口小流域土壤侵蚀量的精度。如何提高快速测算的精度，这是需要继续研究和探讨的科学问题。

参考文献

[1] 李双喜,张建全,俞丰,等.李子口小流域土壤侵蚀研究分析[J].水利水电快报,2006,27(1):19-22.

[2] 唐秋玮,孙凡.四川紫色土地区不同植被模式下坡面侵蚀研究[J].重庆文理学院学报(自然科学版)，2009,28(5):71-73.

[3] 袁再健,褚英敏.四川省紫色土地区小流域次降雨泥沙输移比探讨[J].水土保持通报,2008,28(2):36-40.

[4] 袁再健.嘉陵江李子口小流域侵蚀产沙模型初探[J].水土保持研究,2004,11(4):96-96.

[5] 靳晓莉,程根伟,麻泽龙,等.川中丘陵区李子溪流域土壤侵蚀模拟研究[J].四川农业大学学报,2012,30(1):56-59.

[6] 李小兵.李子口流域土地生产潜力及人口承载潜力估算[J].中国人口·资源与环境，2012,22(S1):383-384.

[7] 佘红英,张翔,敬安兵,等.川中丘陵地区农业生产与面源污染状况调查及特征分析：以李子口小流域为例[J].农业环境与发展,2011(5):27-32.