小湾水电工程弃渣场植被减蚀作用分析

时间：2013-07-13 作者：lyqkw 所属分类：未知 点击：115次

　　[关键词] 植被,USLE模型,减蚀

　　[摘 要] 以小湾水电站工程区弃渣场水蚀观测径流小区观测数据为基础，结合植被减蚀原理和USLE模型，分析植被盖度变化对土壤侵蚀的影响作用。分析结果表明：小湾水电站工程区弃渣场植被覆盖度从0%增至67%期间，植被减蚀作用特别明显;植被覆盖度达到67%时，土壤侵蚀强度可以控制在水土流失防治标准容许值500t/km2.a以下，其后随着植覆被盖度的增加而土壤侵蚀强度变化趋缓，土壤侵蚀得到有效控制;C因子每减小0.032个数值，即植被覆盖度每增加5%，土壤侵蚀模数值减小140。该分析成果可为开发建设项目水土流失防治植物措施实施控制、抚育管理和直观判断水土流失防治效果等提供参考。

　　0.引言

　　近年来，云南省大规模的开发建设项目支撑全省经济发展的同时，基础性工程建设不可避免产生大量开挖面、弃土石渣，扰动地表无保护和弃土石渣松散堆积体抗侵蚀能力弱，在降雨作用下极易造成土壤侵蚀，加剧区域水土流失。

　　降雨是云南省土壤侵蚀的基本动力，其促进了土壤侵蚀发生发展，造成土壤流失和生态恶化，而植物措施可以有效防止土壤侵蚀的发展。植被冠层和枯枝落叶层能够削减降雨引起击溅、面蚀、细沟侵蚀的动力;植被枯枝落叶层分散、滞缓和过滤地表径流，减少地表径流量，阻延流速，削弱了径流侵蚀力。因而，植被措施是水土保持综合治理的治本措施，在水土流失治理中得到广泛应用。

　　本文结合植被减蚀原理和USLE模型，利用小湾水电站工程区和尚田(中)弃渣场布设的2个径流小区的2007年6月～2010年7月观测数据，计算出模型中的C因子数值，根据C因子数值变化分析植被减蚀作用。

　　1.植被减蚀原理

　　1.1林冠截留作用

　　降雨雨滴落在植被上，受到植被林冠阻挡，引起降雨的再分配，一部分为林冠截留，一部分直接蒸发返回大气中。影响林冠截留量因素可分为外因和内因：外因有风速与风向、地形和坡度、降水量、降水特性、空气湿度等;内因有林冠特征(冠幅、冠高、枝叶数、叶比表面、枝条着生角度、林冠湿润程度等)、林份特征(树种、郁闭度、林龄等)。

　　影响林冠截留量的内因难以改变，但可以通过改变外因来利用植被削减降雨动能的减蚀作用，如草灌结合、林灌结合、林灌草结合模式进行水土流失防治。大量研究表明，林灌郁闭度大、枝叶表面积大的林份截留量大;成年树较幼龄树截留量大;针叶树较阔叶树截留量大，软阔叶树较硬阔叶树截留量大。

　　1.2枯枝落叶层截留作用

　　枯枝落叶最大持水量可达到自身重量的2～4倍，有效减少了地表径流。枯枝落叶层截流量用最大持水量表示，为枯枝落叶充分吸收水后的重量与其干容重的白分比。

　　大量研究表明，枯枝落叶层越厚，其截留量越大;枯枝落叶层越干燥，其截留量越大;同时枯枝落叶层截留量与树种和林份有密切关系，植被形成的枯枝落叶含有机质较多的，其吸水作用较强，截留量也较大。

　　1.3植被的减蚀作用

　　降雨具有一定的动能，裸露地表在降雨打击下，土壤结构特别是团粒结构和水稳性结构遭到破坏，土壤抗蚀性下降。当地表覆盖有植被时，降雨雨滴落在植被上，受到植被林冠阻挡，减小了雨滴速度，减小了雨滴动能，减缓了降雨对地表的冲击破坏。植被形成的枯枝落叶截留，有效减少了地表径流量，减缓了径流对地表的冲刷侵蚀;同时，枯枝落叶层的存在，避免了降雨对地表的直接冲击，避免了溅蚀的产生。如何合理利用植被对降雨侵蚀力的削减作用防止水土流失，为水土流失防治提供指导和优化防治措施设计具有重要意义。

　　2.USLE模型因子分析

　　2.1.USLE模型

　　从1877年开始，德国土壤学家Ewald Wollny就开始了定量化研究土壤侵蚀。经过长期的研究积累，于1965年由W.Hwischmeier和D.Smith在美国提出了土壤侵蚀的经典模型——水土流失通用方程(USLE)：

　　A = R·K·L·S·C·P (1)

　　(1)式中：A为年平均土壤流失量(t/hm2);R为降雨和径流侵蚀因子MJ/m2.h;K为土壤可蚀性因子;LS为地形因子(L为坡长因子，S为坡度因子);C为作物管理因子;P为治理措施因子。

　　2.2 R因子分析

　　Wischmeier等经统计分析发现，降雨的总动能与其30min雨强的乘积和土壤流失量的关系最为密切，并建立了年均降雨侵蚀力因子的经验公式，见式(2)。利用小湾水电站坝址处设置的小湾气象站观测的2007～2010年逐月降水资料，采用式(2)进行降雨侵蚀力R值计算。

　　(2)

　　式中：

　　为多年第

　　月的平均降雨量，mm;

　　为多年平均降水量，mm;

　　为月份，等于1，2，3…,12。

　　表1 2007～2010年逐月降水量(mm)及R值计算表

　　年 月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月R值

　　2007年048081.612686.8318.422398.678.300367

　　2008年56.11.28.920.5122.7117.3248.4183.173.2128.541.46.8569

　　2009年8.11.4832.481.473.11411750000485

　　2010年4.90.12.879.731.787.4209.6147.6206.1233.812.341.1270

　　2.3 K因子分析

　　K代表土壤的可蚀性系数，表示土壤的可蚀性能，一般在0.02～0.75之间，数值越大可蚀性越强。K与土壤本身的颗粒组成、结构、有机质含量等因素有密切关系。在没有足够资料的情况下， 采用Shiriza等建立的土壤可蚀性指数的计算公式计算K值。

　　(3)

　　(4)

　　(3)、(4)式中Dg为土粒平均粒径，mm。

　　和尚田(中)弃渣场径流小区地表为植被恢复覆土，土层后0.25～0.30m，土壤平均粒径1.5mm左右，计算出K=0.028 。

　　2.4 LS因子分析

　　LS是反映地面坡度大小(S)和坡面长度(L)对土壤侵蚀的影响因素。LS取值按式(5)计算，为某一坡地与坡长22.1m、坡度9%的标准小区单位面积水土流失之比。

　　(5)

　　(5)式中：

　　为坡长因子，m;

　　为坡度因子，%。

　　和尚田(中)弃渣场径流小区L=20.0m,坡度28o，按照式(5)计算，LS=11.31。

　　2.5 C因子分析

　　C取值是根据地面植物覆盖状况不同而反映植被对土壤流失影响的因素，地面覆盖度稀疏或裸露的土地侵蚀严重，反之轻微，C值一般介于0.001～1之间。

　　2.6 P因子分析

　　P值是有利于保持水土的因素，当没有任何保护措施时P值等于1。据美国测定，不同措施的P值见表2。表2表明 ，措施在坡度3～8%时作用明显，当坡度大于16%时，保土作用便差了。在大降雨作用下，措施的作用不大。

　　表2 不同坡度下耕地P值表

　　坡度(%)等高耕作带状间作隔坡梯田

　　1～20.60.60.6

　　3～50.50.50.5

　　6～80.50.50.5

　　9～120.60.60.6

　　13～160.70.70.7

　　17～200.80.80.8

　　21～250.90.90.9

　　目前，国内研究尚缺乏对P值确定的方法，实际计算中一般通过对比的方法求出某些水土保持措施下的P值，大不同地区的误差较大。根据表2显示，随着坡度的增大，措施作用效果减弱，利用USLE模型进行和尚田(中)弃渣场的土壤流失计算分析，取P=1.0。

　　3.结果分析

　　3.1径流小区观测结果

　　小湾水电站和尚田沟(中)弃渣场径流小区布设于2007年6月8日，用于观测坡面土壤侵蚀量。单个小区面积100m2，小区宽5m，顺坡向长20m，坡度28o，小区汇流出口布设1m×2m×1m(宽×长×深)收集池。为模拟堆渣初期弃渣场土壤侵蚀状况，小区布设时清除了小区内所有植被(植被盖度0%)，对地表土进行翻松处理，径流小区2007年6月～2010年7月观测数据见表3。

　　3.2C因子值计算结果

　　小湾水电站和尚田沟(中)弃渣场径流小区不受外部降雨汇流影响，观测期限较短，K、LS、P的变化较小，其变化产生的影响可以忽略不计，采用径流小区观测的土壤流失数据计算得出的C因子数值结果见表3。

　　表3 径流小区观测数据统计及C因子值计算结果表

　　观测值RKLSPC值

　　时间土壤模数(t/km2.a)植被覆盖度(%)年值均值年值计算均值计算

　　2007年8月1942153672100.02811.3110.16700.2920

　　2007年10月178763672100.02811.3110.01530.0267

　　2008年10月58805692100.02811.3110.00320.0086

　　2009年7月26854852100.02811.3110.00170.0040

　　2010年7月28852702100.02811.3110.00330.0043

　　3.3 结果分析

　　利用表3观测数据和计算结果，采用作图法进行分析。

　　(1)小湾水电站工程区弃渣场堆渣在植被恢复阶段，植被覆盖度每增加5%，即C值每减小0.032个数值，土壤侵蚀模数值减小140。

　　(2)当小湾水电站工程区弃渣场植被覆盖度达到67%时，即C值等于0.1384时，植被对土壤侵蚀的减蚀作用显著，土壤侵蚀强度可以控制在水土流失防治标准容许值500t/km2.a以下。当植被盖度达到67%以上时，土壤侵蚀变化趋缓。

　　4.结论

　　植被措施具有再生、永久有效的优点，是良好的水土流失防治措施。植被形成的地面覆盖，减弱了降雨动能，防止地面击溅;植被生长促进地表下渗，减少地面径流、滞缓流速，降低径流冲蚀力，控制面蚀沟蚀的发生和发展，能有效地减少了水土流失。在利用植物措施进行水土流失防治时，应加强对植物措施的实施和抚育管理，直至植被覆盖度达到一个临界值并充分发挥了水土流失防治功能后，才能转为自然修复为主。

　　USLE模型是根据美国的自然条件建立的，主要适用于地形坡度较缓，地形比较完整的地区，且考虑地类多为坡耕地、完整坡地。对于云南以山区为主、沟壑林立地区不完全适用，特别是降雨因子R具有较强的地域性，其精度受空间尺度影响。由于小湾水电站工程区和尚田沟(中)弃渣场径流小区观测时限较短，数据较少，且2009年度为云南省特旱年，降水侵蚀因子R分析出现异常值，导致分析得出的数据精度不高。但从分析得出的植被覆盖度达到某一临界值时，土壤侵蚀控制在容许范围内，以此可用指导于水土流失防治工程建设管理、运行和水土保持设施验收直观判断水土流失防治效果，从此方面说本文具有一定的研究意义。

　　[参考文献]

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