霍山县江子河小流域产流产沙规律及水土保持效益分析

张乃夫，桂博文，汪军红，吕陈

（1.淮河水利委员会淮河流域水土保持监测中心站，安徽 蚌埠 233001；2.霍山县水土保持试验站，安徽 六安 237200；3.六安市水利工程建设管理处，安徽 六安 237000）

水土保持监测是国家宏观决策的基本依据，是水土保持事业的重要组成部分。为探索水土流失防治成效评价及土壤侵蚀模型参数精细化的有效途径，近年来，水利部持续推进典型小流域观测数据分析工作。本文根据淮河流域典型小流域数据分析工作成果，以霍山县江子河小流域为研究对象，探索分析小流域产流产沙规律及水土保持效益。

1 研究区概况

安徽省霍山江子河小流域综合观测站位于霍山县上土市镇，流域面积9.25km2，属淮河支流淠河水系。项目区属北亚热带温暖湿润季风气候区，四季分明，雨热同期，多年平均气温14.8℃，多年平均降水量1423.3mm，多年平均蒸发量1240.05mm，无霜期240天。江子河小流域地形北高南低，北、东、西三面环山，海拔高度在370.00～1169.86m 之间，流域内有干沟2 条，支沟105 条，沟壑总长度61.43km，沟壑密度6.63km/km2，沟底平均比降11.23%，流域长度4.24km，流域宽度1.48km，流域完整系数0.35。江子河小流域地处北亚热带向暖温带过渡地带，具有良好的过渡带森林生态系统，植物区系南北兼容，植物资源十分丰富，主要为次生植被和人工植被。

2 研究方法

2.1 小流域产流产沙规律及其影响因素

本文分别基于场次和年度降雨数据，对不同降雨条件下的产流产沙规律进行对比分析，探索一定条件下产流产沙的下限值，通过年度小流域水土流失状况纵向比较，分析年际小流域产流产沙变化趋势，并通过不同降雨因子与产流产沙进行相关性分析，探索影响小流域产流产沙的因素。

2.2 小流域水土保持效益

根据水沙量平衡原理，通过小流域产流产沙方程进行水土保持效益计算。

小流域产流产沙方程：

式中：

W产—计算期流域产流量；

WS产—计算期流域产沙量；

W控—控制站水文年实测径流量；

WS控—控制站当年实测全沙量；

W坡拦—坡面措施保水量；

WS坡拦—坡面措施保土量；

W沟拦—沟道工程拦洪量，可通过库坝测量、调查获取；

WS沟拦—沟道工程拦沙量，可通过库坝测量、调查获取；

W引—灌溉引水量，可通过灌区监测、调查资料获取；

W引沙—灌溉引沙量，可通过灌区监测、调查资料获取；

WS淤—河道淤积量，可通过历年断面测量成果获取；

W增—人类活动增洪量；

WS增—人类活动增沙量。

各年的水土保持措施效益计算采用下式：

式中符号意义同上。

3 结果和分析

3.1 小流域次产流产沙规律分析

3.1.1 小流域次产流产沙规律分析

江子河小流域控制站2009—2021年共产流221次，产沙214 次，平均次降水量55.1mm，最大次降水量351.5mm，最小次降水量4.6mm；平均次I30为19.8mm/h，最大次I30为67.8mm/h，最小次I30为2.25mm/h；平均次径流深14.5mm，最大次径流深280.1mm，最小次径流深0.27mm；平均次输沙模数18.4t/km2，最大次输沙模数1890t/km2，最小次输沙模数0.02t/km2。

通过对江子河小流域采用次降雨量、次I30分别与次径流深进行分析可知，次径流深与次降雨量、次I30相关性比较明显，其相关系数分别为0.713、0.631，说明降雨量和雨强是影响江子河小流域产流的重要因素之一。通过对江子河小流域采用次降雨量、次I30分别与次输沙模数进行分析可知，其相关系数分别为0.451、0.321，次输沙模数与次降雨量、次I30具有一定的相关性，但相关性不明显，说明江子河小流域产沙除了受降雨因素影响外还受其他因素影响。

3.1.2 小流域产流产沙下限分析

江子河小流域2009—2021 年间共产流221 次，产流产沙的最小降雨量为2013年7月21—22日的4.6mm，其对应径流深2.9mm，对应输沙模数1.051t/km2，产流产沙的最小I30为2014 年9 月8—9 日的2.25mm/h，其对应径流深2.29mm，对应输沙模数1.000t/km2。说明在江子河小流域，特定条件下降雨量大于4.6mm，I30大于2.25mm/h 可能会造成该小流域产流产沙。

3.2 小流域年产流产沙规律分析

3.2.1 小流域年产流产沙规律分析

江子河小流域控制站2009—2021 年间平均降水量1514.9mm，年最大降水量2506.5mm，年最小降水量910.0mm；年平均I30为343.3mm/h，年最大I30为637.4mm/h，年最小I30为93.5mm/h；年平均径流深305.6mm，年最大径流深887.9mm，年最小径流深46.5mm；年平均输沙模数3.12t/hm2，年最大输沙模数21.40t/hm2，年最小输沙模数0.06t/hm2。

以江子河小流域2009—2021 年观测数据为基础，分别采用径流、泥沙单累积曲线法分析径流泥沙变化年际节点，结果表明：输沙量节点出现在2016 年、2019 年，径流深节点出现在2019 年，2016 年之后累积输沙量增长迅速，2019 年以后累积输沙量增长趋于平缓，2019 年累计径流深增长迅速，2019 年之前累计径流深增长较平缓。结合历年降雨、土地利用方式等综合分析，小流域产流、产沙受降水影响显著，但部分年份也存在产流、产沙变化规律不一致的现象，说明小流域内的产流、产沙还受人为扰动等其他因素的影响。小流域累积年输沙量、年径流深累积曲线见图1。

图1 江子河小流域累积年输沙量、年径流深累积曲线图

3.2.2 小流域径流及产沙影响因子分析

江子河小流域2009—2021 年径流深与降雨因子相关系数表现为降雨侵蚀力＞降雨量＞I30＞降雨历时，输沙模数与降雨因子相关系数表现为降雨量＞降雨侵蚀力＞降雨历时＞I30，且径流深受降雨因子影响比产沙模数受降雨因子影响更加明显，说明江子河小流域降雨因素是影响该小流域产流的重要影响因素，但该小流域降雨因子对流域产沙影响较少，说明流域产沙除了受降雨因素影响外，还受到其他因素影响。相关系数统计表见表1。

表1 江子河小流域控制站径流深、产沙模数与降雨因子相关系数统计表

3.3 水土保持效益分析

将各因子代入小流域产流产沙方程及水土保持措施效益计算方程，分别求得小流域水土保持措施的减流、减沙效益。小流域内无自流域外引水灌溉，故W引、W引沙均为0；小流域内无淤地坝，故暂不考虑W沟拦、WS沟拦；小流域内未进行河道淤积泥沙观测，暂不进行WS淤计算。综合坡面径流小区措施设置及小流域具体情况，本次小流域水土保持措施效益为坡面措施（梯田）拦蓄效益。

综上所述，经计算，江子河小流域2013—2021年坡面拦蓄效益表现为年均拦蓄径流量9.89 万m3、拦蓄泥沙量0.23 万t、年均径流拦蓄效益3.21%、泥沙量拦蓄效益39.18%。水土保持措施减流保土效益见表2。

表2 江子河小流域2013—2021 年间水土保持措施减流保土效益统计表

4 结论

（1）江子河小流域控制站2009—2021 年共产流221 次，产沙214 次，次径流深介于0.27～280.1mm，次产沙模数介于0.02～1890t/km2。通过对江子河小流域采用次降雨量、次I30分别与次径流深、次输沙模数分析可知，次径流深与次降雨量、次I30相关性比较明显，说明降雨量和雨强是影响江子河小流域产流的重要因素之一，次输沙模数与次降雨量、次I30具有一定的相关性，但相关性不明显，说明江子河小流域产沙除了受降雨因素影响外还受其他因素影响。

（2）江子河小流域2009—2021 年间产流产沙的最小次降雨量为4.6mm，其对应次径流深2.9mm，对应次输沙模数1.051t/km2，产流产沙的最小次I30为2.25mm/h，其对应次径流深2.29mm，对应次输沙模数1.000t/km2。说明在江子河小流域，特定条件下降雨量大于4.6mm，I30大于2.25mm/h 可能会造成该小流域产流产沙。

（3）以江子河小流域分别采用径流、泥沙单累积曲线法分析径流泥沙变化年际节点，结果表明：输沙量节点出现在2016 年、2019 年，径流深节点出现在2019 年。结合历年降雨、土地利用方式等综合分析，2016 年降雨量显著增加，2019 年降雨量显著减少，受降雨影响，2016 年产流、产沙均明显增长；2019 年径流、泥沙增长相对减缓。综上所述，小流域产流、产沙均受降水影响明显，但也存在产流、产沙变化规律不一致的现象，说明小流域内的产流、产沙还受到了其他因素的影响。

（4）江子河小流域2013—2021 年坡面拦蓄效益表现为年均拦蓄径流量9.89 万m3、拦蓄泥沙量0.23万t，年均径流拦蓄效益3.21%、泥沙量拦蓄效益39.18%，说明梯田水土保持措施具有较好拦蓄径流泥沙效果，且拦蓄泥沙效果更好■