水土保持措施既有以林草植被營造為主的生物措施，還有包括梯田、條田、魚鱗坑、池塘、水壩等的工程措施。按照各項措施對水文過程作用機理的不同，可將水土保持措施劃分滯蓄型和攔蓄型水土保持措施。滯蓄型措施如造林、種草和農田輪作等能通過增加地表覆蓋和地表糙度，促進水分下滲，減少并延緩產流。攔蓄型措施，如淤地壩和水庫等，具有一定的容水量，以直接攔蓄徑流的方式減少水土流失量。

水土保持改變了流域下墊面條件，進而對洪水徑流產生了影響。

流域綜合治理會引起洪水徑流特征的變化，并可以定量分析下墊面變化對徑流量的影響程度，但很少區分水土保持措施對徑流的定量影響。水土保持措施對水文水資源的定量影響研究，主要采用水文法和水保法兩種方法。水文法是利用水文觀測資料建立水文統計模型分析水土保持措施減水減沙作用的一種方法。水文法就具體方法而言，分為經驗公式法、雙累積曲線法、不同系列對比法以及水文模型法。水保法是根據水土保持措施對徑流形成的影響機理和徑流小區觀測資料，通過分析和確定各項措施對徑流量的作用強度，計算各項水土保持措施對徑流量的影響，各項之和即為流域水土保持措施對徑流的影響量。綦俊諭等采用經驗公式法、雙累積曲線法和不同系列對比法計算了岔巴溝、大理河與無定河流域20世紀70年代水土保持綜合措施的平均減水效益和減沙效益。并采用減水效率來表示水土保持綜合措施減水作用的能力。穆興民等采用小流域平行對比觀測法，分析了黃土高塬溝壑區水土保持對小流域地表徑流的數量及其時間分布特征的影響。并在變量共線性分析基礎上，提出了流域降水量標度和水土保持標度及其計算方法，建立了流域降水－水土保持－徑流統計模型。仇亞琴等采用分布式水文模型\\(WEP－L模型\\)，以汾河流域為研究對象，定量研究了流域尺度水保措施對流域水循環分量及水資源量的影響。張升堂，康紹忠等研究表明水土保持綜合治理可以明顯改變中雨、大雨級的降雨產流量。冉大川采用水保法估算了黃河中游水土保持措施的減水減沙作用。Sauer在人工徑流場利用水量平衡方法分析了坡地單元的地表特征、暴雨特性等因素與產流的相互關系。Basic分析了不同耕作方式下的徑流及土壤流失。Tan分析了耕作對蒸發及經流的影響。這些研究不同程度揭示了各種水土保持治理措施對降雨徑流的影響。

統計模型結構相對簡單，使用方便且能達到一定的精度，在生產和實踐中得到了廣泛應用。雙累積曲線法主要用于水土保持措施對年徑流的影響，水文模型相對復雜，需要輸入的參數較多，而且缺乏觀測資料，參數獲取也較為困難。水土保持措施對次洪洪峰和洪量的影響，一般采用系列對比法，即選擇水土保持措施實施前后兩場相似降雨產生的洪水過程，對比其洪峰和洪量。但要求選擇的每組暴雨具有相似降雨量、時空分布和前期影響雨量，由于暴雨發生的隨機性，從歷史暴雨洪水資料中選擇完全相似的暴雨過程是比較困難的。因此，該方法分析得到的水土保持措施對洪水的影響程度受其他因素的影響。文中研究的目的是為了消除降雨特征等因素的影響，根據歷史實測暴雨洪水資料，估算出水土保持工程措施的蓄水容量，在此基礎上分析水土保持工程措施對洪峰和洪量的影響程度。

1、材料與研究方法

1．1數據來源

基于實測水文資料分析水土保持工程對流域洪水特征影響，主要采用冷口以上流域實測暴雨洪水資料，資料系列長度為1956～2010年，由河北省水文水資源勘測局提供。為了說明研究流域暴雨洪水變化主要原因為水土保持措施，采用中國科學院遙感應用研究所提供的1970、1980及2000年代的土地利用遙感數據，分析冷口以上流域土地利用變化。

1．2研究方法

為了估算谷坊壩、水平溝等水土保持工程措施對洪水的影響程度，首先應估算水土保持工程的蓄水容量和集水面積。但由于冷口以上流域修建谷坊壩等水土保持工程眾多，無法根據實際調查或地形信息得到其蓄水容量，因此，需要利用實測水文資料來估算。首先選擇水土保持工程修建前后兩場相似降雨過程，其降雨量較大，認為產生的地面徑流可以使谷坊壩等水土保持工程蓄滿，經過分割地面徑流，兩場降雨過程產生的地面徑流量差值即為水土保持工程的蓄水容量。另外，統計水土保持工程修建前多場暴雨洪水的時段最大降雨量與洪峰，并建立二者之間的關系式。選擇水土保持工程修建后主雨峰靠前的降雨過程，其在水土保持工程集水面積上產生的徑流全部被水土保持工程攔蓄，根據時段最大降雨量與洪峰關系式計算水土保持工程修建后暴雨應產生的理論洪峰值Q計算，并與實測洪峰Q實測對比，計算值與實測值的相對變化程度即為水土保持工程的集水面積占全流域面積的百分比幔\ue0e3縭?\\(1\\):

1．3研究流域概況

冷口以上流域位于灤河流域下游\\(圖1\\)，地處河北省秦皇島市青龍滿族自治縣，面積502km2，河道全長76km。流域汛期多年平均降水量575mm，7～8月降水量占汛期降水量的71．5%，降雨強度大，降雨歷時短，降雨量集中，以超滲地表徑流為主。流域多年平均年徑流量為1．03億m3，洪水主要產自汛期暴雨，洪水暴漲暴落。1962年7月25日實測最大流量1580m3/s。

冷口站以上流域是河北省水土保持重點治理區，70年代主要修建谷坊壩，1997～1999年主要是修水平梯田，營造用材林，栽植經濟林，營造薪炭林，修建谷坊壩，挖圍山轉\\(水平溝\\)，挖大埯。另外，該流域土地利用類型也發生了變化，但變化程度較小。下墊面變化導致洪水量級減小。

2、結果與分析

2．1土地利用變化分析

采用中國科學院遙感應用研究所提供的1970、1980和2000年海河流域250m×250m土地利用資料，從中提取冷口以上流域的土地利用數據\\(圖2和表1\\)。

由圖2和表1可以看出，冷口以上流域主要土地利用類型為林地和草地，占全流域面積的80%以上，耕地也占有一定比例。流域內1970～1980年間，耕地、林地、草地和建筑用地均增加，水域面積減小，但是各土地利用類型變化程度均不足2%。1980年和2000年土地利用面積相比，沒有變化，流域內水土保持以工程措施為主。

2．2水土保持工程蓄水容量估算

選擇冷口以上流域水土保持工程修建前后量級較大，且相似降雨產生的洪水過程，分別為640813和940711次洪水過程，進行水土保持工程蓄水容量估算。兩場暴雨洪水過程特征值\\(表2\\)，暴雨空間分布\\(圖3\\)。由于940711次洪水過程產生的地面徑流為69．5mm，可以使水土保持工程蓄滿，因此，640813和940711次洪水過程產生的地面徑流差值7．8mm即為冷口以上流域水土保持工程的蓄水容量。

2．3水土保持工程集水面積估算

統計水土保持工程修建前的8場暴雨洪水的最大1h降雨量與洪峰值\\(表3和圖4\\)。擬合最大1h降雨量與洪峰的關系如式\\(2\\)，相關系數為0．823。Q=958．271nP－1984．5\\(2\\)選擇880808、960809、980713和080704次洪水過程對應的降雨過程，分別估算水土保持工程的集水面積幔\ue0e3緩筧∑驕\ue2c7底魑\ue01f淇諞隕狹饔蛩\ue1a4簾３止こ痰募\ue200\ue19a婊\ue40aＭ臣普?4場降雨的最大1h降雨量，代人式\\(2\\)，即可得到水土保持工程修建前的洪峰流量。根據公式\\(1\\)即可得到水土保持工程的集水面積占全流域面積的比例，選擇的降雨洪水特征及計算結果\\(表4\\)。根據表4中計算結果可知，冷口以上流域水土保持工程的集水面積約占全流域面積的73%。

2．4水土保持工程對洪水影響程度分析

根據估算的冷口以上流域水土保持工程蓄水容量和集水面積，對70年代以前的洪水進行還現計算，對70年代以后的洪水進行還原計算，分析水土保持工程對洪量和洪峰的影響程度\\(表5\\)。

從表5中可以看出，冷口以上流域水土保持工程措施對每場洪峰和洪量的影響程度差異較大，由于冷口流域洪水直接徑流比例較大，一般可以將谷坊壩等工程蓄滿，因此，如圖5所示，水土保持工程對洪量的影響程度隨著洪水量級的增加而減小，如620724次洪水過程實測洪量為152．2mm，洪量減小5．1%，880808次洪水洪量22．4mm，洪量減小25．8%。

但是谷坊壩等水土保持工程對洪峰的影響程度與洪水量級關系不明顯，洪峰變化率與洪峰的關系比較散亂\\(圖5\\)，主要和降雨的時程分配有關。水土保持工程對洪峰的影響與降雨類型有關，如620724次洪水，水利水保工程對洪峰影響為0，主要是因為該次洪水的洪峰是由分布在降雨歷時末的主雨峰形成，該次洪水總量為152．2mm，主雨峰之前的降雨產生的地表徑流將谷坊壩等工程蓄滿，主雨峰形成的洪水過程不受水土保持工程的影響。

另外，根據表中水土保持工程對880808、960809、980713和080704次洪水洪峰的影響程度，與表中由統計方程計算的水土保持工程集水面積對比，二者比較接近，驗證了采用統計方程計算集水面積的合理性。

3、討論

水土保持措施對洪水徑流的影響程度，一般采用分項估算的方法，即根據單位面積林地、草地及單位長度水平階、谷坊壩等各項工程的蓄水保水能力及綜合治理面積求得，這種方法雖然可以得到各種措施對洪水徑流的影響程度，但是對于多數流域實際的水平溝及谷坊壩等的蓄水容量難以調查。在小流域也可以采用平行對比觀測法。在缺少這些詳細資料的情況下，由實測暴雨洪水資料系列來估算水土保持措施對洪水的影響是一種可行的方法。

對于冷口以上流域水土保持工程蓄水容量和集水面積的估算方法，僅適用于流域內水土保持措施以工程措施為主的流域，對于綜合治理的流域蓄水容量和計算面積的估算，需要根據土地利用變化分析的結果進一步研究。如果流域內土地利用變化較大，則應根據林地、草地及梯田的保水能力將洪水還原到同一土地利用條件下，再根據文中的估算方法來計算谷坊壩等工程對洪水的影響程度。

另外，水土保持工程對洪峰和洪量的影響程度分析結果，僅考慮了常遇洪水情況，一旦谷坊壩等水土保持工程遭遇超標準洪水將會潰壩，和沒有水土保持工程相比將會增加洪峰，對下游帶來更大的災害。

4、結論

根據冷口流域水土保持實際情況，估算了冷口流域水土保持工程的蓄水容量和集水面積，并分析了水土保持工程對冷口流域洪峰和洪量的影響，得到了以下主要結論。

\\(1\\)根據冷口流域水土保持主要是谷坊壩等工程措施的實際情況，提出了由歷史實測暴雨洪水資料推求水土保持工程措施蓄水容量的方法，并選擇兩場暴雨量、空間分布及歷時等特征相似的大暴雨產生的洪水過程進行對比，估算出冷口流域水土保持工程措施的蓄水容量為7．8mm。

\\(2\\)建立了水土保持工程修建前時段最大雨量與洪峰的統計方程，選擇水土保持工程修建后主雨峰靠前的幾場暴雨洪水過程，根據該方程計算了這幾場暴雨產生的理論洪峰值，在此基礎上估算了冷口流域水土保持工程的集水面積為73%。

\\(3\\)根據估算的冷口流域水土保持工程的蓄水容量和集水面積，選擇多場洪水進行還原和還現計算，估算了水土保持工程對洪峰和洪量的影響。水土保持措施對歷史實測洪水洪量的影響程度隨著洪水量級的增加而減小，對洪峰的影響程度與降雨的時程分配有關。對主雨峰靠前的洪峰影響程度大，主雨峰靠后的洪峰影響程度小，甚至沒有影響。在遭遇特大洪水時，需要考慮谷坊壩等的潰壩情況進一步分析。

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