坡度对黄土高原森林坡面产流产沙过程影响的模拟研究

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1、坡度对黄土高原刺槐林坡面产流产沙过程影响的模拟研究宋维峰余新晓谢宝元张颖雷学东（北京林业大学水土保持学院北京100083）摘要：选用黄土高原地区山西省吉县蔡家川人工林下土壤栽植刺槐进行人工降雨模拟试验，对比研究了不同坡度刺槐林对坡面侵蚀产流产沙过程的影响规律。试验结果表明，坡度是影响径流、侵蚀产沙的重要因素，坡度与径流量、侵蚀量密切相关。当雨强一定时，随着坡度的增加，产流开始时间提前，平均产流时间缩短，坡面径流量增大，水流含沙量增加。降雨历时与累积径流量、累积侵蚀量几乎呈现直线关系，坡度越大，直线斜率越大，径流量

2、、侵蚀量越大。相同坡度的刺槐坡面和裸地对照坡面相比，产流时间变长，径流量、侵蚀量变小。在降雨历时为60min，雨强为1.5mm/min时，10°、15°、25°刺槐林的径流泥沙含量分别为4.2g/l、13g/l、48.9g/l,10°、15°裸地的径流泥沙含量分别为9.7g/l、20.2g/l，刺槐林平均含沙量高出裸地55.5%～133%。关键词：坡度黄土高原刺槐林产流产沙1引言坡度是影响土壤侵蚀的重要因子，揭示坡度对土壤侵蚀的影响规律是认识土壤侵蚀、进行有效开展水土保持的理论基础[6，16-17]。关于坡度对产

3、流产沙的影响，国内外已经进行了较为深入的研究。早在1940年Zingg采用小区试验资料研究了坡度对侵蚀的影响，并提出了坡长、坡度与坡面土壤流失量之间的估算关系式[3]。1947年,Musgrate[1]提出了计算公式E=0.00257P1.7530KS1.35L0.35C(1)式中:E为单位面积土壤流失量;K为土壤可蚀性因子;S为坡度;L为山坡的水平长度。在侵蚀预报方面最有影响的美国通用土壤流失方程(USLE)，研究了土壤侵蚀与坡面坡度、坡长、降雨侵蚀力因子等方面的关系。9E=0.224RKLSCP(2)式中:R

4、为降雨侵蚀力因子;P为土壤侵蚀控制措施因子;其他字母意义同(1)式。在国内关于坡度与土壤侵蚀关系的研究也很多。贾志军等{5}利用人工降雨，采用雨后量测的方法研究了细沟侵蚀量与坡度的关系，认为在集水区面积相等，降雨特征以及下垫面基本一致的前提下，坡度（α）与单位面积细沟侵蚀量（S）呈正相关。S=357.0085α0.9246（r=0.990），并计算出一次降雨情况下细沟侵蚀量占总侵蚀量的75.1%～96.3%。郑粉莉等{7-8}利用调查、量测的方法，研究了坡耕地细沟侵蚀的影响因素。得出坡度、坡长对细沟侵蚀量的影响为

5、：Rhe=2.08×10-4J2.31D0.733(r=0.968)（3）式中：Rhe为细沟平均深（m）；J为坡度（°）；D为细沟出现后从上至下的距离（m）。王协康等{3-4}研究了坡面侵蚀临界坡度。蒋定生[12]对不同坡度下的娄土室内模拟降雨入渗实验表明:地面开始产流时间与坡度正弦值呈指数关系。认为总之关于坡度对侵蚀产沙的影响研究，所得出的结论大致相同，认为坡度与侵蚀量呈正相关。前人关于坡度对产流产沙影响方面的研究多集中于土壤侵蚀模型的建立等方面，关于坡度对侵蚀产流产沙过程影响的专门研究，尤其是突出森林植被坡面

6、坡度对产流产沙过程的影响的研究并不多。在同一场降雨下，消除土壤、坡长等因素影响来研究坡度对产流产沙过程的影响更不多见。为此，我们专门就黄土高原常见的刺槐林坡面在同一降雨过程中坡长对产流产沙过程影响进行了室内模拟研究，并与裸地坡面进行了比较。2试验设计与研究方法试验在黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点试验室土壤侵蚀模拟试验大厅进行。采用旋转喷射式喷头，降雨高度16m。据试验前的率定结果，降雨均匀度在85%以上。试验选择降雨强度为1.5mm/min。试验在5个宽0.5m，长2m，深0.5m的可调节坡度的槽内进行。先在

7、试验槽下部铺填20cm厚的天然沙，以保持试验土的透水状况接近天然状况。然后把从山西吉县蔡家川人工林下采集的黄土土样风干过1cm孔径的筛后分层填入试验槽，每１０cm为一层，压实。9我们选取栽植密度为２５×２８．５cm，在3个供试验的槽内栽植两行一年生刺槐（苗高80-100cm，地径0.8-1.0cm），2个槽为裸地对照槽。待刺槐生长稳定后进行试验。将3个试验槽的林地坡度调节为10°、15°、25°，将2个对照槽坡面坡度调节为10°、15°开始试验。在试验过程中，用染色法[18]每隔2～3min分别测定每个试验槽的产

8、流、终流时间；在树冠下按对角线布设5个口径为8cm的漏斗盛接树冠下降雨，每个漏斗的下端连接一塑料细管，细管的另一端放入小雨量筒中,测定树冠截流量；用采样法[15]测定径流量，即用取样桶在径流出口取样，每2min更换水桶，累加可得径流总量；每隔2min用烧杯在出口取一次泥沙样，降雨结束后，用量筒测量烧杯中浑水的体积，并待泥沙沉淀后倒出上部清水，放入烘箱烘干，然后用干土重除以