貴州是典型的喀斯特地貌,可溶性碳酸鹽巖出露面積占全省國土面積的 73%,95% 的縣( 市) 都有喀斯特分布[1],而碳酸巖風化具有成土速度慢、土層薄、土被不連續、植被生長緩慢的特點[2],加之坡耕地面積大,占全省耕地面積的 61%[3],人地矛盾突出,陡坡開荒現象嚴重,使得喀斯特地區水土流失極為嚴重。多年來,研究學者們為貴州喀斯特地區水土流失的防治做了大量工作,有生物防治措施和土壤侵蝕規律等方面的研究,其中生物防治主要集中在植物籬、橫坡種植、農林復合經營等; 對土壤侵蝕規律的研究主要從氣候、土壤、地質、地形地貌等方面著手,而氣候因素中的降雨是侵蝕產沙的直接動力因子[4],所以對降雨侵蝕力、侵蝕性降雨標準以及降雨對不同植被類型土壤侵蝕的影響等[5 ~8]的研究較多。
目前,對喀斯特地區降雨數據的統計分析、侵蝕性降雨標準區間值的研究還鮮見報道,本研究采取徑流小區觀測法,分析和探討黔中喀斯特地區降雨特征和侵蝕性降雨標準,為該地區的土壤侵蝕、產流產沙的研究提供理論基礎。
1 研究區概況與研究方法
1. 1 研究區概況
研究區位于黔中地區安順市西秀區巖臘鄉三股水村,東經 106°00'49″,北緯 26°02'53″,距西秀區行政中心 43. 5km,該監測站屬珠江流域北盤江水系,所控制流域面積 23. 09km2,水土流失面積 12km2,是安順市水土流失最嚴重的地區。小流域屬中亞熱帶濕潤季風氣候,多年平均氣溫 14. 5℃; 主要植被類型為常綠落葉針闊混交林,喬木樹種以松、杉為主,土壤為黃壤。三股水監測站始建于 1958 年,但 2009 年 5 月才開始正常的監測工作。觀測站共設 5 個徑流小區,放置雨量筒和自計雨量計,自計雨量計安置在觀測場內固定架子上,器口保持水平,距地面高度 70 ㎝。
1. 2 研究方法
采用貴州省水土保持監測中心 2009 ~2012 年的降雨監測數據。
雨量觀測: 徑流場共設水平投影面積為 100m2的徑流小區 5 個,坡度均為 20°,徑流小區為坡耕地農作物,設置自記雨量計和雨量筒,相互校驗,在降雨日18∶ 00 更換記錄紙,并相應記錄雨量筒雨量。泥沙觀測: 在降水結束、徑流終止后立即采樣觀測,首先將集流槽中泥、水掃入集流池中,然后攪拌均勻,在池中采取柱狀水樣 2 ~3 個( 總量在1 000 ~3000cm3) 混合后從中取出 500 ~ 1 000cm3水樣,作為本次沖刷標準樣,將水樣靜置 24h,過濾后在 105℃ 下烘干到恒重,再進行計算,求取含沙量。
分析方法: ①統計分析法: 統計 4a 每月所有降雨的場次、降雨量、泥沙量,分別將各月所有降雨場次、降雨量、泥沙量相加,除以 4 可得平均每年每月的降雨場次、降雨量、泥沙量; 統計 4a 來每年各季度發生降雨的場次、降雨量、泥沙量、侵蝕性降雨量; 將 4a 來的所有降雨按 H < 5mm、5mm≤H < 10mm、10mm≤H< 15mm、15mm≤H < 25mm、25mm≤H < 50mm、50mm≤H <100mm、100mm≤H <150mm 的降雨等級劃分,統計各等級的降雨場次、降雨量、泥沙量、侵蝕性降雨量。②頻率分析法: 將 4a 的所有降雨按 7 個降雨等級劃分,分別統計各降雨等級中的降雨場次、降雨量、產沙量,用典型頻率分析法計算其頻率大小。
2 結果與分析
年內降雨分布能直觀地反映出每 1 年的降雨分布特征,對農業生產和徑流的年內調控都有重要意義。
2. 1. 1 年內降雨特征分析
由表 1 可知,4a 總降雨量為 4 757. 68mm、總降雨場次為 857 場、總泥沙量為38 484. 44g.5 ~9 月的降雨量、降雨場次、產沙量明顯高于其他月份,分別為 3 996.10mm、512 場、38 424.19g,占全年的83.99%、59.74%、99.84% .從不同月份降雨分布情況來看,H <5mm 的降雨全年均有分布,5mm≤H < 10mm 的降雨從 3 月份開始出現,大于 10mm 的降雨從 4 月開始出現,大于100mm 的降雨集中發生在 6、7 月。