松华坝水源区迤者小流域径流和泥沙变化特征

松华坝水源区迤者小流域径流和泥沙变化特征

高天天

（西南林业大学 环境科学与工程学院，云南 昆明 650224）

摘要：通过实地观测、实验分析及数据处理，对松花坝水源区迤者小流域的径流和泥沙进行了初步研究，通过探究径流和泥沙变化特征来揭示该区水土流失的原因，以采用合理的方法治理该区水体流失。结果表明：松花坝水源区迤者小流域5～10月的降雨量最大，降雨是产生径流和泥沙的主要因素，但不是唯一因素，降雨、径流、泥沙之间存在着正相关的关系，如8月4日降雨深度达到394mm，径流总量达到8812m3，产沙量达到15068kg。又如9月19日降雨深度只有02mm，径流总量只有022m3，产沙量也只有001kg。降雨具有周期性和随机性，而径流和泥沙的日变化规律和降雨历时、采样时间及土地利用类型有很大的关系。我们只能分析径流和泥沙的大致变化趋势，而无具体的变化规律。

关键词：松花坝；径流变化；泥沙变化

收稿日期：20130408

基金项目：国家自然科学基金项目（编号：30660037）和西南林业大学水土保护与荒漠化防治重点学科资助

作者简介：高天天（1987—），男，新疆乌鲁木齐人，西南林业大学环境科学与工程学院硕士研究生。中图分类号：P334.91文献标识码：A文章编号：16749944（2013）05017405

1引言

松花坝水源区是我国第一个饮用水源保护区，是昆明最重要的饮用水源地，也是滇池水体交换的重要水源，松华坝水源保护区径流总面积593km2，水库总库容达2.19亿m3，每年向昆明供水1.2亿m3，占昆明总供水量的50%以上，被称做昆明市头上的“一碗水”[1-3]。据昆明市水利局的调查显示，松华坝水库水质下降趋势日益严重；水土流失情况严重，造成土地资源的破环，降低土地生产力，耕地减少，生产条件恶化，供水不足，严重影响人们的生活；加剧洪涝灾害，降低水源涵养能力，增加水资源利用难度[4]。通过探究径流和泥沙变化特征来揭示该区水土流失和水质下降的原因，从而采用合理的方法治理该区水体流失和提高水质。因此加强对松花坝水源区迤者小流域径流和泥沙变化特征是研究和治理该区水土保持和提高水质的重要环节和重要理论依据[5]。

国内外研究表明，对一个闭合流域，影响径流变化的因子一是降水的多年变化，二是由于生产发展引起城市生活、工业和农业耗用水量的增加，三是人类经济活动引起下垫面条件的改变。应结合具体流域分析[6]。如对汾河水库入库径流减少的影响因子分析，通过分析得出汾河水库径流减少趋势主要由降水的减少趋势所至，上游人类活动影响不显著。而对官厅水库入库径流减少趋势影响因子分析得出降水量不是引起官厅水库入库径流减少的主要因子，而人类活动是影响官厅水库径流趋势变化的重要因素。针对各地不同情况，准确分析出引起径流变化的主要因素，通过主要影响因素的变化发展趋势；来预测出径流的变化趋势，从而采取合理的措施，以起到治理的效果[7]。

河川水流所携带的固体颗粒叫河流泥沙。它不仅是河流的水文要素之一，也是反映流域水土流失情况的重要指标。国内外研究河流泥沙变化情况时由于目前推移质测验精度较低，而且其数量通常较悬移质少的多，因此通常对悬移质泥沙进行分析即可。江河水所携带的泥沙，主要是由雨水对土壤的冲击作用下，被崩散的泥沙融于径流之中随水流动。泥沙随水流沿坡面，经毛沟、支沟进入江河，在整个输送过程，随水流集中，径流增大，又产生沟、河的侧蚀下切，并随水流速度的增加和减缓而发生河床泥沙的冲淤变化。河流含沙量大小与暴雨强度、地形土壤、植被等情况有密切关系。以长春市行政区内主要河流上选用的6处沙量监测站进行分析为例，长春市河流地处北方、泥沙的季节变化很大，绝大部分河流高含沙量集中在汛期的暴雨多发期。连续最大4个月的输沙量占全年输沙量的85%左右。最大月份的含沙量一般是最小月份含沙量的十几倍或几十倍。长春市河流泥沙的年际变化大的河流，输沙量变化也大。以饮马河流域饮马河干流各站为例，最大、最小年输沙量比值在100～140倍之间，多数站最大年输沙量是最小年输沙量的几十倍、甚至几百倍。通过分析可知，长春市主要河流的含沙量变化规律十分复杂，其各河流之间含沙量相比变化较大，这主要是地形、土壤、植被、暴雨强度等差异造成的。就单一河流而言，河流泥沙有其季节性变化规律，沙量一般主要集中在汛期的暴雨多发期，而暴雨、洪水、人类活动等因素是造成河流沙量年际间变化大的重要因素。应在逐步积累沙量资料的同时，不断分析、研究沙量的变化规律，为保护环境、保护自然、实现生态平衡，科学合理开发利用土地资源，减少和避免水土流失提供必要的技术依据[8，9]。

河流泥沙含量增加是水土流失加剧的直接表现。河流泥沙含量的增加，一方面使河流水质变差；另一方面其携带的泥沙淤积直接造成水库和湖泊容积损失，河道河床抬高，进而影响防洪、供水、发电、灌溉等效益的正常发挥[10]。

国内外学者认为很多因素在造成径流和泥沙变化的同时也造成了大量的水土流失，水土流失极大程度的危害着我们的生活和生产[11]。现在治理水土流失最好的方法就是水土保持综合治理，是以植物措施为主工程措施结合植物、耕作保土措施，充分发挥治理措施。植物措施主要考虑几个原则：选择与林业产业结构相一致并突出经济效益并保护水源上游的树种；严格按照植物的立地条件进行水平阶、鱼鳞坑等方式整地，进行等高种植；只考虑种植一个树种[12]。在工程措施方面主要考虑坡面和沟道两大方面的治理：在山地、丘陵坡面上修筑的蓄、排水和保土工程措施；在沟道上修建的防止沟蚀发展、拦蓄洪水泥沙及水沙利用的工程措施；建立防止沟道两岸冲刷的重要工程措施。在做到以上方面的同时应该加大宣传力度，让广大群众增加水土保持的意识[13-14]。

2研究区概况

松花坝水源区迤者小流域地处云贵高原的山岳河谷地带，冬季受干暖西风影响，夏季受印度洋西南季风控制，气候特点夏秋温热，冬春干凉。属北亚热带和暖温带混合型气候，流域内多年平均降雨量925.6mm。年内降水分布极为不均，5～10月为雨季，降雨量占全年的87.5%，11月～次年4月为旱季，降雨量仅占全年的12.5%，具有夏秋多雨，冬春干旱的特点。10年一遇3～6h降雨量61.2mm，24h降雨量91.5mm。多年平均风速2.95m/s，以春季最大，最高可达14.6m/s，主要风为西南风。迤者小流域年径流总量673.5万m3。现有水利设施少，水资源利用率低。小流域内土壤有两个土类，分别是红壤和冲积土，绝大部分地方为红壤，部分箐沟下游分布极少量的冲积土，除部分山体基岩出露，土层较薄外，其他大部分地方土层都较厚。迤者基本农田少，水资源难以利用，对山区人畜饮水和农业水利化十分不利。流域内，由于人口密度大，对环境造成压力大，过度采薪、放牧造成植被被毁严重，而且疏、残、幼林比重大，林相单一。迤者小流域地貌类型以高原低山为主，属嵩明本部浅切割低山丘陵中轻度流失区，地势总体西北高东南低，平均海拔2200m。

3研究内容和方法

3.1研究内容

主要是针对松花坝水源区迤者小流域内的降雨、地形、坡度、土壤、植被等要素进行测定和分析以研究引起径流和泥沙变化的原因。总结径流和泥沙的变化规律，并对径流和泥沙变化所引起的水土流失、水质下降、供水不足等情况进行研究并提出科学的治理方法。

3.2试验地布设

根据不同的土地利用方式共布设投影面积为5×20m2的9个径流小区，在小区下端分别建量水建筑物-集流池，容积约为2m3，在流域出口布设了卡口站，对整个小流域的径流泥沙情况进行反映。

3.3样品的采集

在卡口站取两瓶，小样方。施肥后连续取3次（一般在产生径流后取样品，雨量大或持续时间长一般产生径流），集流池及水窖每一个星期取一次左右，集流池取3瓶，水窖取2瓶，小湿地雨前取好，注意每次取完当天送回实验室。

3.4样品测定和分析

在径流小区附近安置自记雨量计一个，对试验区降雨量进行观测。每场典型降雨后立即量出径流池内的泥水总量，扣除降雨量后得出小区地表径流量。

搅拌水池内的泥沙，并取一定体积水样带回实验室称重，经澄清后收集泥沙在固定的烧瓶内，测定泥重。根据汇流槽内的泥水总量，泥沙样品比重，得出小区泥沙量。

利用置换法求泥沙含量。测量方法：①将100mL容量瓶准确注入100mL清水，放在电子天平（精确到001g）称重得清水重Ww；②将取回的泥水样充分摇匀后准确注入同一100mL容量瓶至刻度，称重得泥水重Wws；③每种水样重复测验3 次，记录数据，记录数据，按下式计算出泥沙质量，再换算成单位面积土壤流失量。按下式计算泥沙重：

W=γs（Wws-Ww）/（γs-γw）（1）

式中：γs-泥沙的比重；γw-水的比重；Ww-清水重；Wws-泥水重；W-泥沙重。

4结果与分析

4.1迤者小流域降雨特征

由图1看出，迤者小流域降雨最大是在7月达到240.3mm，其次是6月达到166.5mm。降雨大多数集中在5～10月，其他月份降水极少。在12年的总降雨量达到689.6mm。

图112年松花坝降雨变化

4.2迤者小流域径流和泥沙变化特征

4.2.1卡口站产流产沙情况

2012年迤者小流域降雨总径流量13518.81m3，总产沙量3.135t，由表1可知，产流量最大是7月30日，径流量为90.71m3，产流量最小是9月23日，径流量几乎为0m3；产沙量最大的是8月21日，产沙量为25918kg，产沙量最小是9月23日，产沙量为0kg。12年迤者小流域卡口站径流和泥沙数据见表1。

表1中如7月16日径流总量为65.92m3时，产沙量达到38.89kg；而到了7月26日的时候径流总量有所下降为23.71m3，而产沙量也下降为23.95kg；7月30日径流总量上升为90.71m3，产沙量也相应上升为68.03kg。由此可以看出径流总量的变化伴随着产沙量的变化，径流总量的变化和产沙量的变化趋势较为一致，从而可以得出径流总量和产沙量之间存在正相关关系。