坡面径流调控水沙效应研究

我中心2007届硕士研究生鞠伟同学，在导师吴普特研究员和高建恩研究员的指导下，经过三年努力完成了坡面径流调控水沙效应研究

                                 摘要

     干旱与水土流失是黄土高原地区面临的主要生态问题，而坡面径流又是导致水土流失的主要原动力，因而科学调控坡面径流是实现控制水土流失和缓解干旱缺水的重要途径。本文就是基于径流调控思想，在前人的放水冲刷试验和模拟降雨试验的基础上结合天然降雨定位观测试验，用新近提出的调控率和保土需水量作为指标，研究分析了几中不同坡径流调控措施的水沙效应，主要得出以下结论：
1、用调控率、保水需水量作为坡面径流调控的指标，可以真实客观地反映出坡面径流调控措施的水沙调控效应。
     结合实地放水冲刷试验，模拟降雨试验和定位观测试验表明，不同坡面调控措施产流调控率数值在较大的降雨强度较小，在较小的降雨强度下较大，但产沙调控率却正好相反。同时可发现，对于径流系数或侵蚀量相差不大的调控措施，它们的产流调控率或产沙调控几乎相等，如模拟降雨中的种草+PAM和种草+地孔；定位观测试验中苜蓿与苜蓿+PAM+地孔；玉米+PAM、玉米+地孔和玉米+PAM+地孔措施，虽然在径流系数和侵蚀量上有一定差异，但它们的调控率非常接近，说明它们的调控能力是相当的。
     保土需水量反映的是布设坡面径流调控措施后，减少一定产沙量的同时是用减少多少的产流量来实现的，同时可以反映出一种调控措施对产流和产沙哪个方面调控起主导作用，如有的措施径流调控能力强，有的泥沙调控能力强，有的两个方面能力都强。本研究中放水试验，模拟降雨试验和定位观测试验表明，相似坡面调控措施，在产流和产沙调控率相差不大的时候，保土需水量也接近。例如苜蓿和苜蓿+地孔+PAM的保土需水量很小，而苜蓿径流调控率却不高，但产沙调控率却很高；玉米，玉米+地孔+PAM，玉米+地孔，玉米+PAM，产流调控率和产沙调控率都很高，但保土需水量却比苜蓿大不少。
     因而，在可允许水土流失范围内，调控率和保土需水量可以作为流域综合治理中优选坡径流调控措施的指标，可以客观真实的反映出坡面径流调控措施的水沙调控效应，并应用于坡面径流调控实践中。
2、单一调控措施中，坡面覆盖的水沙调控效应最好。
     放水试验表明，秸秆覆盖的水沙调控效应最好，苜蓿的调控效应次之。定位观测试验表明，单一措施中苜蓿和玉米的调控率都很高，可以对坡面径流进行有效的调控。模拟降雨和定位观测结果表明，单一地孔的调控率不高，对坡面径流调控的能力十分有限。放水冲刷试验中鱼鳞坑效果和定位观测中的等高垄，鱼鳞坑在较大的放水流量或降雨强度下，会出现溃坝现象，另外鱼鳞坑在坡面拦蓄径流、泥沙的同时，淤积的泥沙消耗了一定的拦蓄容积，秸秆在坡面上会慢慢的腐烂，因而像苜蓿这样植被覆盖是非常有效的坡面径流调控方法。
3、复合调控措施较单一调控措施有更好的水沙调控效应，一些复合措施中植被起主导调控作用，从经济性上来说不宜复合太多单项措施。
     模拟降雨试验中种草+PAM，种草+地孔，地孔+PAM这几个措施的调控率都较高，对坡面径流的调控效果较好。定位观测试验中，杏树+等高垄和柿树+鱼鳞坑均比杏树和柿树调控作用强；定位观测试验中几种调控效应较好的措施：苜蓿+地孔+PAM的调控率也比苜蓿略大；玉米+PAM，玉米+地孔，玉米+地孔+PAM几乎相等而比玉米略大，而地孔的调控率却较小，因此这些措施中起主要调控作用的是植被，在合理的水土流失范围内，过多的单一措施复合就显得不经济了。苜蓿和苜蓿+PAM+地孔，保土需水量比玉米，玉米+地孔+PAM，玉米+地孔和玉米+PAM要小些，这种类型的坡面调控措施，在有效减少坡面产沙的同时，对坡面产流量的却响不大，因此可用于固坡集流，对黄河下游河水补给及河道泥沙的输移问题有一定的积极意义。
     坡面径流调控复合措施可以有效提土壤含水量。放水试验显示，对不同坡面调控处理后的，调控坡面的土壤水分变化量要高于无调控坡面的土壤水分变化量。定位监测试验显示，杏树+等高垄和柿树+鱼鳞坑土壤水分要比它们各自的对照杏树和柿树要高；苜蓿+地孔+PAM比苜蓿略高；玉米+地孔+PAM，玉米+地孔，玉米+PAM的土壤含水量也要高于玉米小区。