不同水保措施对不同量级降雨量汇流的影响

程文飞 陈军锋 张飞 任娟慧 吴博 陈彦平

摘要：为了研究晋西不同水土保持措施对流域产汇流机制的影响，选取山西省黄土丘陵区典型小流域王家沟小流域1990-2015年185场降雨资料，采用线性趋势分析法和相似对比法，分析探讨了3种水保措施对不同量级降雨量汇流机制的影响。结果表明：梯田对延长洪水历时没有明显影响，但会减小洪峰流量，对洪峰流量的减小值随着降雨量增大而减小；随着降雨量增大，植树造林对洪峰流量的衰减作用比对洪量的衰减作用显著；淤地坝对延长小降雨量级洪水历时作用显著。

关键词：水土保持；汇流机制；线性趋势法；相似对比法；王家沟小流域

中圖分类号：S157.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.09.022

山西省地处黄河中游黄土丘陵区，是全国水土流失严重的省份之一[1-2]。因地制宜开展水土保持工作，对恢复和保护水土流失区的生态环境具有重要意义。国内外学者在水土保持对产沙及输沙的影响方面研究较多[3-8]，关于水土保持措施对流域水文效应的研究也有不少成果：高申等[9]研究表明水土保持对降雨径流关系影响显著，可以减小径流；赵娟等[10]运用VAR模型研究发现水土保持措施对径流量减小率可达60%以上，并随着时间的推移而增大。许琴[11]采用双累积曲线法、不同系列对比法、经验公式法对都阳湖小溪河流域进行研究，结果表明水保措施能有效拦截径流。鉴于不同水土流失治理模式对流域不同量级降雨量产流、汇流的关系研究十分薄弱[12]，笔者选取王家沟小流域1990-2015年185场降雨径流资料，将降雨量分3个等级，分析探讨晋西3种水保措施对不同量级降雨量汇流机制的影响。

1 研究区概况

王家沟为黄河一级支流三川河左岸的一级支沟，位于晋西石城区以北4km处，流域面积9.1km2，行政区划隶属于吕梁市离石区。流域属暖温带大陆性气候区，多年平均气温为8.8℃，最高温为38.9℃，最低温为-27.4℃，无霜期为160～180d，年日照时数为2500h左右，全年太阳总辐射量为551.4 kJ/cm2，年均风速为1.3m/s，年均空气相对湿度为58%，年水面蒸发量为1844.7mm，多年平均年降水量为495.1mm（其中：6-9月降水量占全年的73.2%，7-8月降水量占全年的46.2%），降雨多属于暴雨型。该小流域是晋西黄土丘陵沟壑区较早开展水土保持综合治理的、也是黄河中游地区水土保持综合治理较好的典型之一。经过逐年实施水土保持综合治理，王家沟小流域总治理面积呈增大趋势，1980-2015年水保措施面积见表1。

2 资料来源及数据处理

资料由山西省吕梁市水文局提供，包括王家沟小流域7个子流域（W540、W560、W570、W680、W750、W760、W890）的降雨量资料及1个水文站的流量资料。为了对比在降雨量相差不大的情况下，不同水保措施对洪水历时及洪峰流量的影响，将降雨量分为小于20mm（有103场，占总场次的55.7%）、20～50mm（有67场，占总场次的36.2%）、大于50mm（有15场，占总场次的8.1%）3个等级。

（1）梯田。梯田能够有效增大地表径流下渗量，从而减少坡面水土流失。在王家沟小流域北部设置对比子流域，插财主沟流域有水保措施（从1980年开始修建梯田，1990年梯田面积为0.082km2，2015年梯田面积为0.153km2），羊道沟流域无水保措施（没有修建梯田），二者以一分水岭相邻，流向一致，地质地貌、面积和坡度等条件相似。插财主沟面积为0.193km2，主沟长776m，地形高差为167m，平均坡角31°，平均比降11.9%：羊道沟面积为0.206km2，主沟长752m，地形高差173.5m，平均坡角31°，平均比降12.7%。

（2）植树造林。植树造林是各地普遍采取的水土保持措施。1990-2015年，植树造林面积增幅较大，从1.98km2增大到3.67km2（见图1）。

（3）淤地坝。修建淤地坝是山区群众治沟造田的传统做法，也是水土保持沟道治理的重要工程措施。王家沟小流域1990-2015年淤地坝数量变化见图2。分析淤地坝对汇流影响时，将淤地坝数量由小到大排序，分析不同淤地坝数量对应的不同量级降雨量的洪水历时。

3 水保措施对流域汇流的影响

（1）梯田。选取插财主沟和羊道沟1990-2015年8场典型暴雨洪水，采用相似对比法进行分析，根据洪水过程线（见图3）及洪水特征值（见表2）比较，分析梯田对暴雨产汇流的影响。

由图3和表2可知：相同降水情况下，插财主沟和羊道沟子流域洪水历时没有明显变化；插财主沟的洪峰流量比羊道沟的小，说明梯田会减小洪峰流量，减小幅度平均为38.78%。降雨量小于20mm的3场降雨（19940825、20010829、20090715），洪峰流量减小幅度分别为49.43%、57.68%、57.46%；降雨量为20～50mm的3场降雨（19930729、20010814、20130806），洪峰流量减小幅度分别为33.03%、44.96%、34.40%；降雨量大于50mm的2场降雨（19940820，20040727），洪峰流量减小幅度分别为17.42%，15.88%。说明梯田对不同量级降雨量的洪水流量减幅不同，对较小量级降雨量的洪峰流量减幅较大，而对较大量级降雨量的洪峰流量减幅较小。

（2）植树造林。选取王家沟支沟老四沟（水保措施为植树造林）1990-2015年不同量级降雨量的洪水要素进行前后对比，见表3。

由表3可知，不同量级降雨量滞时延长率大部分达到100%，这主要是流域植树造林的作用，林地面积不断增大。50～60mm雨量的洪峰流量衰减率最大，而洪量衰减率最小；40～50mm雨量的洪峰流量衰减率最小，而洪量衰减率最大。不同量级雨量的洪峰流量衰减率和洪量衰减率分别为11.6%～84.1%和4.8%63.2%。20～50mm雨量的洪峰流量衰减率比0～20mm雨量的小，而洪量衰减率比0～20mm雨量的大，表明雨量越大，洪量波动越大；大于50mm量级的降雨量越大，洪量波动越小。

（3）淤地坝。将降雨量按不同量级划分，并以淤地坝数量作为横坐标，点绘其与洪水平均历时的关系，见图4。从图4可以看出，在不同量级降雨量情况下，淤地坝数量越多洪水历时越长，说明淤地坝对延长洪水历时有显著作用。0～20、20～50、>50mm降雨量情况下，洪水历时极差分别为12.0、20.1、11.0h，说明降雨量小于50mm的洪水歷时极差随着降雨量的增大而增大，降雨量为20～50mm时淤地坝数量的增加对延长洪水历时作用最为显著，降雨量大于50mm时的洪水历时极差较小。

4 结论

（1）梯田对延长洪水历时没有明显影响，但会减小洪峰流量，减小幅度为38.78%。梯田对不同量级降雨量的洪峰流量减幅不同，对较小量级降雨量的洪峰流量减幅较大，而对较大量级降雨量的洪峰流量减幅较小。

（2）植树造林可减小洪峰流量和洪量、延长洪水历时。随着植树造林面积的增加，0～20mm量级洪峰流量衰减率大于20～50mm量级的，而洪量衰减率与洪峰流量衰减率相反。

（3）淤地坝可以延长洪水历时，洪水历时极差随着降雨量的增大而增大。降雨量为20～50mm的情况下，淤地坝数量增加对延长洪水历时作用最为显著。

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