黄土区小流域侵蚀泥沙来源与植被防止侵蚀作用研究

面积Πkm2 百分比Π% 面积Πkm2 百分比Π% 面积Πkm2 百分比Π% 面积Πkm2 百分比Π% 面积Πkm2 百分比Π% 面积Πkm2 百分比Π% 面积Πkm2 百分比Π%
农地
01008 8 14110 01036 8 2135
— — 01020 9 1149 01107 6 7116 01266 5 7155 01761 0 23171
2002204220 收稿 http :ΠΠwww. chinainfo. gov. cnΠperiodicalΠbjlydxxbΠ 3“十五”国家重点科技攻关专题“黄河中游黄土丘陵沟壑区 (吉县) 水土保持型植被建设综合技术研究与示范”(2001BA510B0101) 的部分内 容. 作者简介 :魏天兴 ,1969 年生 ,博士 ,副教授. 主要研究方向 : 防护林 ,森林水文 ,水土流失规律. 电话 :010262338060 Email :tianxingw @hot2 mail . com 地址 :100083 北京林业大学水土保持学院自然地理学教研室.
1 研究地概况与方法
1. 1 研究地概况 本研究试验地在北京林业大学山西吉县科研试
验场 ,位于山西省西南部黄土区. 地理坐标在东经 110°27′～111°07′与北纬 35°53′～36°21′之间. 属暖温 带大陆性气候 ,冬季寒冷干燥 ,夏季温度较高. 年降 水量为 576 mm ,无霜期平均 170 d 左右 ,年平均气温 10 ℃. 大部分地区为典型黄土高原侵蚀地形 ,吉县海 拔最高为高天山主峰1 82015 m ,最低黄河沿岸海拔 440 m ,但大部分在海拔 800～1 350 m ,为典型的黄 土残塬 、梁峁侵蚀地形 ,主侵蚀沟已停止发展 ,横断 面成 U 字形 ,有宽阔沟底及明显的沟坡坡脚塌积 物 ,植被开始恢复. 侧沟成 V 字形并仍在发展. 地形 部位可以明显区分出 :梁顶 、残塬 、斜坡 、沟坡 、沟坡 坡脚 、沟底. 1. 2 研究方法 11211 降 水
降雨量利用定位实测资料和气象站资料. 11212 坡面 (沟间地) 土壤侵蚀规律研究
(1) 采用坡面 20 m ×5 m 标准径流小区 ,长期定
位观测. (2) 自然坡面径流小区 500 m2 . (3) 典型调查法 :在特定季节和暴雨后选择典型
地段实地调查. 11213 沟道 (沟谷地) 水土流失规律与流域水沙研 究
摘要 该文研究山西西南部黄土区小流域的泥沙来源. 从实验小流域泥沙来源的地貌部位来看 ,沟谷地 (沟头 、沟道 和沟坡) 大于沟间地 (坡面 、梁峁坡) ,沟谷地产沙量占流域总产沙量的 60 %以上 ,沟谷地侵蚀模数是沟间地的 1128～ 2148 倍. 坡面无水土保持措施的陡坡耕地是坡面侵蚀产沙的主要地类. 根据长期定位观测资料分析了不同林地防治 土壤侵蚀的作用 ,在生物量达到 14151 tΠhm2 时 ,林地就具有很强的水土保持效益. 所分析的林地 (乔木 、灌木及乔灌混 交林) 和草地均具有较强的水土保持功能 ,林地覆盖度达到 40 %以上具有明显的防蚀效果 ,林地活地被物和枯枝落叶 物具有较好的防止土壤侵蚀的作用 ,无人为破坏的草地和疏林地水土保持功能也很强 ,其土壤侵蚀量远远小于允许 侵蚀量. 关键词 黄土区 , 小流域 , 侵蚀 , 泥沙来源 中图分类号 S71417
第 24 卷 第 5Π6 期 2002 年 9 月
北 京 林 业 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJ ING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 24 , No. 5Π6 Sep. , 2002
黄土区小流域侵蚀泥沙来源与植被防止侵蚀作用研究 3
魏天兴
(北京林业大学水土保持学院 , 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室)
Wei Tianxing. Sediment sources and effects of vegetation on erosion control in the gully2hilly loess area in north China . Journal of Beijing Forestry University (2002) 24 (5Π6) 19～24 [ Ch , 19 ref . ] College of Soil and Water Conservation , Beijing For. Univ. , 100083 , P. R. China.
01062 4
0145
01138 7
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11565 5
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北 京 林 业 大 学 学 报
第 24 卷
坡面径流下沟对沟谷的影响进行了研究 ,总体上都 认为坡面径流下沟影响沟道产沙 , 但结论差异较 大[1 ,6 ,12] ,石辉认为差异的原因除了研究方法不同以 外 ,可能是所研究的小流域发育阶段不同所致[3] ;陈 浩在分析小流域黄土坡面横剖面坡沟侵蚀机理基础 上 ,采用成因分析法确定丘陵区 、塬区小流域的泥沙 来源 ,认为从不同地貌部位泥沙产生的根源上看 ,黄 河中游小流域的泥沙主要来自坡面[1] . 本文应用径 流小区和小流域 (含小集水区) 沟口测流堰实测泥沙 减去沟间地侵蚀量 ,推算沟谷地侵蚀量[1 ,7] ;同时应 用长期定位观测资料分析了小流域中不同土地利用 状况下泥沙来源 ;研究不同林分防治土壤侵蚀的作 用 ,并首次研究林地生物量与侵蚀的关系.
从小流域土地坡度来看 ,岳家湾流域大于 25°的 坡地占土地面积的 5418 % ,木家岭流域大于 25°的 土地面积为 63178 % ,庙沟流域大于 25°的土地面积 为 62134 %.
从小流域水土流失面积分布来看 ,庙沟流域为 5616 % ,木家岭流域为 43190 % ,多林流域木家岭流 域水 土 流 失 面 积 比 少 林 流 域 小 , 但 均 在 40 % 以 上. 庙 小 沟 流 域 为 93190 % , 木 家 岭 小 沟 流 域 为 2110 %.
1138
01542 0
01392 8
1181
31210 0
4140
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01185
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河流比降 01318 8 01051 8 01261 7 01058 2 01121 1 01087 01094 0
第 5Π6 期
魏天兴 :黄土区小流域侵蚀泥沙来源与植被防止侵蚀作用研究
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流域
庙小沟 庙沟 木家岭 小沟 木家岭 北坡 南北窑 岳家湾
表 2 实验流域土地利用现状表 TABLE 2 Land use of the experimental watershed
2. 1 坡面 (沟间地) 与沟道 (沟谷地) 面积比 利用 1∶10 000 比例的地形图 ,实地调查现场勾
绘小流域地形地貌图 、土地利用现状图和水土流失 现状图. 分析吉县黄土丘陵区小流域中不同地貌部 位面 积 分 布 情 况 , 梁 峁 坡 所 占 比 例 , 木 家 岭 为 47187 % ,庙沟为 39193 %和岳家湾为 50145 %. 在小 集水区 (木家岭小沟 、庙小沟流域) 中 ,梁峁坡面积比 例为 74124 %和 69143 % ,沟道为 0170 % ,8103 % ,沟 坡为 20192 %和 22153 %.
The sediment sources in the gully2hilly loess area in southwest Shanxi Province ,north China was studied. The result shows that the sources of sediment in the small watersheds mainly come from the gullies. The sediment discharge of valleys and channels (including gully head ,gully path and valley side) is larger than that of areas between channels (including slope of weir and mound of the loess plateau) . Amount of sediment discharge in val2 leys occupies 60 % ,erosion modulus in valleys and channels is 1. 28 - 2. 48 times that of in the areas between channels. If there are no control measures ,the steep slope plantation is apt to produce sediment . When the bio2 mass of stand in the hillslope is nore than 14. 51 tΠhm2 ,the function of erosion prevention is good. If forest cover2 age reaches 40 % ,it will provide better protective effect . When both vegetation coverage and biomass are in appro2
priate state ,the protective function will be the best . Key words loess area , small watershed , erosion , sediment source
黄土高原是我国土壤侵蚀最强烈的地区 ,水力 侵蚀居全国首位. 侵蚀类型和强度的空间分布既有 区域差异又有垂直变化规律. 在小流域内 ,流域上 、 中 、下游的侵蚀特点各不相同. 分析黄土地区侵蚀环 境与水土流失的关系 ,区分小流域坡面与沟道水土 流失量 ,对于因害设防 、合理配置水土保持措施 ,有 效防治水土流失具有重要的意义. 从 1950 年以来 , 关于黄土高原小流域水土流失规律和泥沙来源研究 的报导很多[1～19] 而且多采用定位观测 、人工模拟降
雨试验与点面调查结合的方法. 具体主要有径流小 区法 、地貌调查法 、遥感摄影法 、经验数学法 、示踪法 等. 由于研究方法的不同 ,结论有明显差异. 陈永宗 根据流域水力重力侵蚀的空间变化 ,研究小流域产 沙方式的垂直规律[3 ,6] ,蒋德麒等人采用流域径流分 配原理分析了小流域坡沟泥沙产生的根源 ,认为黄 河中游小流域的泥沙主要来源于沟道 ,但在分析中 未考 虑 由 于 坡 面 径 流 通 过 沟 坡 时 所 增 加 的 泥 沙[1 ,3 ,19] . 陈永宗 、焦菊英 、曾庆伯 、蔡强国等人对于
沟道水土流失调查采用实验流域 ,选择对比流 域 ,在沟口修建量水堰 ,观测径流泥沙变化. 11214 实验布设
根据研究内容和研究总体思路 ,选择坡面径流 小区 、侵蚀切沟和实验流域观测径流和泥沙 ,作为定 位试验点 ,研究侵蚀规律和泥沙来源 ,见表 1～2 ,表 5 和表 8.
2 黄土丘陵沟壑区 (含残塬沟壑区) 小 流域侵蚀环境分析
试验流域名称 庙小沟 庙沟
木家岭小沟 木家岭 北坡 南北窑 岳家湾
表 1 试验小流域自然地理特征 TABLE 1 Features of physical geography in the experimental watershed
流域面积Πkm2
流域长度Πkm
流域·km - 2)