贵州常态地貌区降雨侵蚀特征分析——以龙里县羊鸡冲小流域为例

李华林，高华端，赵柯苏，高儒学，孙泉忠

(1.贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省水土保持技术咨询研究中心，贵州 贵阳 550002)

贵州常态地貌区降雨侵蚀特征分析
——以龙里县羊鸡冲小流域为例

李华林1，高华端1，赵柯苏1，高儒学1，孙泉忠2

(1.贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省水土保持技术咨询研究中心，贵州 贵阳 550002)

降雨侵蚀力；分布特征；常态地貌区；羊鸡冲小流域；贵州

为了解贵州常态地貌区降雨侵蚀力特征，以贵州省龙里县羊鸡冲小流域为研究区，根据小流域2009年6个标准径流小区的定位观测资料，利用统计分析方法，确定研究区侵蚀性降雨雨量标准，估算降雨侵蚀力，分析其年内分布规律及与侵蚀模数之间的关系。结果表明：研究区侵蚀性降雨雨量标准为23.6 mm；出现侵蚀性降雨的5个月(4、5、6、7、9月)中，6月份降雨侵蚀力最大，为2 589.10 MJ·mm/(hm2·h)，侵蚀模数也最大，为5 606.4 t/(km2·a)，4月份降雨侵蚀力最小，为818.49 MJ·mm/(hm2·h)，侵蚀模数也最小，为2 277.6 t/(km2·a)；拟合侵蚀模数与次降雨量的关系曲线为y=1 377.6lnx-3 849.1 (R2=0.607 2)，两者相关性显著。

贵州省位于云贵高原东部，以高原山地为主，喀斯特地貌、丹霞地貌和常态地貌是贵州的三大地貌类型，其中喀斯特地貌最为发育，而常态地貌区约占全省总面积的23.6%，主要分布在黔东南的天柱、三穗、锦屏、台江、剑河、黎平、雷山、榕江、从江等县，以及铜仁地区的梵净山和黔西南州的望谟和册亨。贵州常态地貌区岩石主要由变质岩或碎屑岩构成，土壤较厚，植物生长条件好，但是由于位于亚热带湿润季风气候区，降雨集中且频繁，加之人类生产破坏加剧，当地水力侵蚀问题越发突出。考虑到贵州省水土流失研究是以喀斯特地貌区为主[1-4]，缺少常态地貌区的相关研究成果，尤其是对降雨特征、产流产沙的研究，本研究选择位于贵州常态地貌区的典型小流域——羊鸡冲小流域为研究对象，采用野外径流小区观测法，收集降雨和径流泥沙资料，对侵蚀性降雨雨量标准、降雨侵蚀力和侵蚀模数进行分析，揭示贵州常态地貌区降雨侵蚀特征，希望能为常态地貌区水土流失监测、预防、治理等提供参考。

1 研究区概况

贵州省黔南州龙里县羊鸡冲监测点距离贵阳市区35 km，地理位置位于E107°00′53″、N26°26′58″。监测点所在羊鸡冲小流域属于长江流域乌江水系，控制流域面积11.89 km2，土壤侵蚀面积7.41 km2；位于北亚热带湿润季风气候区，多年平均降水量1 089 mm，多年平均气温14.8 ℃；主要植被类型为亚热带石灰岩常绿落叶阔叶混交林；土壤类型主要有石灰土、黄壤、黄棕土和水稻土。监测点由贵州省水土保持监测中心始建于2004年，主要设施有坡面径流小区18个(其中水保林小区6个、农耕地小区2个、撂荒地小区2个、经济林小区6个、对照小区2个)、简易气象观测场1个、控制站1个(控制流域面积2.84 km2)，主要监测设备有自记雨量计、自记水位计、人工雨量器、电子天平、烘箱、烧杯、取样瓶、漏斗、铝盒，主要监测降雨、径流、泥沙等。

2 研究方法

采用自记雨量计记录每场降雨的降雨量。地表产流后，收集径流，记录集流池中水位，再将池中泥水搅拌均匀，取出500 mL，经过滤烘干，测定其中泥沙含量。根据羊鸡冲小流域2009年降雨资料，2009年共有降水66次，其中出现产流的侵蚀性降雨12次。本次试验设置有农耕地(种植玉米)、撂荒地(自然草地)、清除地表(对照)3类共6个小区，进行野外调查，其中：1、2号标准径流小区为农耕地，种植玉米，连续耕作，植被覆盖度为20%；3、4号标准径流小区为撂荒地，坡耕地退耕5年后杂草和小灌木覆盖全区，植被覆盖度为70%；5、6号标准径流小区为对照，每年割除杂草，植被覆盖度小于5%。各小区基本情况见表1。根据监测站的泥沙数据和降雨资料，对试验观测数据进行整理和分析，确定研究区侵蚀性降雨雨量标准，计算降雨侵蚀力和侵蚀模数，分析降雨侵蚀力与侵蚀模数之间的关系，探求研究区降雨侵蚀力特征及分布规律。

表1 试验小区基本情况

3 结果与分析

3.1 侵蚀性降雨标准

贵州省降雨历时较长、降雨多、雨量大，但常为绵绵细雨，侵蚀性降雨少，只有小部分降雨会产生地表径流，从而导致土壤侵蚀，将这部分降雨定义为侵蚀性降雨[5]。在计算降雨侵蚀力时，应将自然降雨场次里不会产生土壤侵蚀的降雨场次剔除，这样有利于减少工作量，提高计算结果的准确性。王万中等[6]给出了4种侵蚀性降雨标准，即基本雨量标准、一般雨量标准、瞬时雨率标准和暴雨标准。考虑到与土壤侵蚀的相关性，本研究选取基本雨量标准，即将侵蚀性降雨按雨量从大到小排序，将顺序数与总次数之比等于80%时对应的雨量作为侵蚀性降雨雨量。采用频率分析法对羊鸡冲小流域2009年12场侵蚀性降雨按照降雨量从大到小排序，根据WEIBULL经验公式[7-8]P=m/(n+1)×100%(其中：P为频率；m为序号；n为序列总项数)，以经验频率为横坐标、降雨量为纵坐标，建立经验频率与降雨量的关系曲线y=224.44x-0.513(R2= 0.957 9)，见图1。从曲线上查得当P=80%时的降雨量，即研究区侵蚀性降雨雨量标准值为23.6 mm。

图1 经验频率与降雨量的关系曲线

3.2 降雨侵蚀力

年降雨侵蚀力等于一年内所有侵蚀性降雨的降雨侵蚀力总和，多年平均降雨侵蚀力计算一般要求20年以上的资料。降雨侵蚀力一般包含动能和时段雨强等因子，采用降雨侵蚀力指标计算侵蚀力，则必须有连续记录的降雨过程线，而在实际研究中很多地区都缺少该类型资料，因此多采用简易算法。目前我国建立的区域性降雨侵蚀力简易算法也大多采用月降雨量或年降雨量数据[9]。根据2009年监测点降雨资料，确定侵蚀性降雨为4月份3场、5月份3场、6月份2场、7月份3场、9月份1场，采用王万中等[6]提出的中国降雨侵蚀力指标EI30(E为降雨动能，I30为最大30 min雨强)，得到12次降雨的降雨侵蚀力数值(表2)，按所属月份进行汇总，即得到月降雨侵蚀力。4、5、6、7、9月降雨侵蚀力分别为818.49、834.33、2 589.10、1 213.75、706.98 MJ·mm/(hm2·h)，侵蚀性降雨日数占年平均降雨日数的18.2%。

表2 研究区2009年次降雨侵蚀力统计

3.3 侵蚀模数

土壤侵蚀模数是衡量土壤侵蚀程度的一个量化指标。利用SPSS软件进行回归分析，分别用一次函数、幂函数、指数函数、二次函数、对数函数5种趋势线对侵蚀模数与次降雨量进行拟合，结果表明对数函数和二次函数拟合效果较好。通常情况下，侵蚀量随次降雨量的增大而增大，因此本研究选用对数函数(图2)。每场降雨数据对应6个标准径流小区的泥沙监测数据(同类型小区取平均值)。侵蚀模数与次降雨量的关系曲线为y=1 377.6lnx-3 849.1 (R2=0.607 2)，两者相关性显著。土壤侵蚀模数随次降雨量变化呈对数变化，因此可利用测得的降雨数据推求径流场没有监测的产沙量，即延长数据长度，推求不同降雨量下的侵蚀模数。

图2 侵蚀模数与次降雨量的关系曲线

图3为降雨侵蚀力、侵蚀模数年内分布曲线。由图3知，发生侵蚀性降雨的5个月中， 6月份侵蚀模数最大，为5 606.4 t/(km2·a)，4月份侵蚀模数最小，为2 277.6 t/(km2·a)。整体上，侵蚀模数与降雨侵蚀力呈正相关，即降雨侵蚀力数值越大，侵蚀模数就越大，就越容易产生土壤侵蚀。

图3 侵蚀模数与降雨侵蚀力的年内分布

4 结 论

(1)侵蚀性降雨雨量标准。一般情况下，微度降雨并不会导致土壤侵蚀，发生土壤侵蚀可能是受当地的土壤下垫面状况、降雨前土壤含水量、降雨强度，以及人为因素的影响。本次研究结果表明，羊鸡冲小流域侵蚀性降雨量为23.6 mm，次降雨量大于该值才会产生土壤侵蚀。与全国其他地区相比，黄土高原地区侵蚀性降雨量标准为9.9 mm，这与黄土抗冲蚀能力很差[10]有关；紫色土丘陵区侵蚀性降雨量标准为11.3 mm，这是因为紫色土的母岩主要是紫色砂页岩，组成物质细碎，盐类淋失慢，容易发生水土流失。

(2)降雨侵蚀力年内分布。贵州地处亚热带季风性湿润气候区，降雨量年内变化较大。2009年龙里县羊鸡冲监测站共发生降水66次，其中12次是侵蚀性降雨，占总降雨次数的18.2%。羊鸡冲监测点一年中4、5、6、7、9月降雨侵蚀力分别为818.49、834.33、2 589.10、1 213.75、706.98 MJ·mm/(hm2·h)。降雨量和降雨侵蚀力呈正相关，两者的峰值都出现在6月份，整体变化趋势是降雨侵蚀力随降雨量的增大而增大，但是降雨量与降雨侵蚀力不是呈绝对的正比关系，这可能是因为降雨侵蚀力和降雨量的分布并不完全取决于研究区气候和地形因素，而是受不同时期的降雨特性、雨量、雨强等因素影响。

(3)侵蚀模数分布特征。研究结果表明，羊鸡冲监测点次降雨侵蚀力与侵蚀模数呈正相关关系。发生侵蚀性降雨的5个月中，6月份侵蚀模数最大，为5 606.4 t/(km2·a)，4月份侵蚀模数最小，为2 277.6 t/(km2·a)。土壤侵蚀模数与次降雨量相关性显著，关系式为y=1 377.6 lnx-3 849.1 (R2=0.607 2)。在小流域综合治理中，水土保持工作人员应充分重视每年4—7月坡耕地植被覆盖情况，在侵蚀性降雨分布密集时期，采取具有较大地表覆盖度和根系固土能力的植被措施，尽量避免边坡开挖、取土、弃土、弃渣等活动，若无法避免则采取相应的水土保持措施，以有效地减少水土流失。

需要说明的是，本次研究受到实际条件的限制，实测降雨资料只有1年，没有20年以上的降雨观测资料，未能做出降雨侵蚀力年际变化图，无法验证降雨量最大月份是否会随年份不同而变化，不同年份的月侵蚀力是否有明显不同等。今后应扩大研究尺度和增加研究时间序列，进行水土流失动态监测，为常态地貌区合理利用水土资源、改善生态环境和防治水土流失提供参考。

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(责任编辑 李杨杨)

贵州省专业学位研究生工作站项目(黔教研合JYSZ字〔2014〕003)；贵州省水利厅水利科技专项经费项目(KT201311)

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1000-0941(2017)05-0032-04

李华林(1992—)，男，贵州铜仁市人，硕士研究生，从事区域水土保持研究；通信作者高华端(1965—)，男，贵州贵阳市人，教授，硕士生导师，博士，主要研究方向为区域水土保持与环境科学。

2017-01-15