在黃土丘陵溝壑區集水流域從分水嶺至溝谷底的垂直斜剖面上，具有明顯的垂直分帶性，在地貌形態上可劃分梁峁坡上部、梁峁坡下部和溝谷坡，而梁峁坡和溝谷坡連接的整體稱為坡溝系統，兩個坡溝系統組成流域最基本的集水區，不同級別的集水區組成流域的毛溝、支溝和干溝。國內外學者對不同空間尺度地貌單元的產流產沙過程開展了不少研究，但多利用室內概化模型開展研究，而且關于產流變化特征的空間尺度研究多是基于單一坡面尺度或流域尺度，不同時間尺度下產流特征多見于河川徑流變化研究，對黃土高原丘陵溝壑區不同空間尺度地貌單元的產流產沙在時間尺度上的差異研究還不多，而研究不同空間尺度地貌單元產流的時間特征，是優化水土保持措施配置方案的實踐需求。鑒于此，文中利用黃土丘陵溝壑區橋溝流域原型觀測設施，開展定位觀測，揭示自然狀態下不同空間尺度地貌單元在不同時間尺度上的產流特征，為進一步揭示流域不同地貌部位水沙關系奠定基礎。
1、研究區概況
以黃土丘陵區橋溝流域為研究對象，橋溝是裴家峁溝流域的一級支溝，流域面積0．45km2，流域年平均降雨約350mm。流域主溝長1．4km，溝道比降1．11%，溝壑密度5．4km/km2，流域不對稱系數0．23。流域內有支溝兩條，呈長條形，其中一支溝面積0．069km2，溝長870m，溝道比降4．97%;二支溝面積0．093km2，溝長805m，溝道比降1．15%。
流域尺度定位觀測設施布設在橋溝流域溝口、一支溝和二支溝溝口，在各溝口布設水文站，采用三角槽觀測，觀測項目有水位、流量、含沙量、泥沙顆粒級配。坡面尺度定位觀測位于橋溝流域左岸坡面，布設梁峁坡、溝谷坡和坡溝系統大型徑流場。梁峁坡徑流場平均坡度22°，傾斜坡長49．2m，平均寬度10m，徑流場出口設分水箱和徑流池;溝谷坡徑流場平均坡度40°06'，傾斜坡長69．3m，平均寬度19．3m，徑流場出口設三角槽;坡溝系統徑流場平均坡度32°18'，傾斜坡長117m，平均寬度25．2m，徑流場出口設三角槽。徑流場觀測內容有每次降水的產流量、產沙量、雨前雨后土壤含水量。橋溝流域水文站、徑流場等原型觀測設施分布\\(圖1\\)。
2、結果與分析
2．1年時間尺度下不同空間尺度地貌單元產流特征
某地貌單元的徑流量是指地貌單元出口斷面徑流量的大小，是該地貌單元集水能力大小的反應。以任一徑流場發生產流為標準，根據橋溝流域1986－1988、1995－1997、1999、2000－2002、2005年等11年的觀測數據，統計不同空間尺度地貌單元多年平均徑流量\\(表1\\)。統計結果表明，就多年平均徑流量而言，梁峁坡為17m3，溝谷坡為48m3，坡溝系統為187m3，一支溝為1641m3，二支溝為1839m3，全流域為9438m3，不同地貌單元徑流量分布規律表現為梁峁坡＜溝谷坡＜坡溝系統＜一支溝＜二支溝＜全流域，即多年平均徑流量表現為隨空間尺度的增大而增加的趨勢。
徑流模數是反映地表產流狀況的一個重要指標，徑流模數是指地貌單元出口徑流量與地貌單元面積之比，徑流模數消除了流域面積的影響。統計不同空間尺度地貌單元年均徑流模數\\(圖2\\)。
從圖2可以看出，多年平均徑流模數隨著尺度的增加，基本呈單峰型分布，表現出"增加－峰值－減小"的變化過程。在坡面尺度，從梁峁坡至溝谷坡為增加趨勢，在溝谷坡達到峰值;在流域尺度，隨著流域尺度的增加，徑流模數呈減小的趨勢，反映了黃土丘陵溝壑區坡溝是產流產沙的重要來源區，而溝道是水沙的輸送通道。
2．2次降雨尺度下不同空間尺度地貌單元產流特征
選擇徑流系數作為分析不同空間尺度地貌單元在次降雨條件下的產流特征。徑流系數是一定匯水面積地面徑流量與降雨量的比值，是任意時段內的徑流深度\\(或徑流總量\\)與同時段內的降水深度\\(或降水總量\\)的比值。徑流系數說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映流域內自然地理要素對降水─徑流關系的影響，可以代表流域產流的綜合狀況。
A型降雨\\(降雨量多為10－30mm，降雨歷時一般為30－120min\\)是引起土壤侵蝕的主要降水過程，選擇橋具有A型特征的場次降水\\(95年9月3日發生的降水，簡稱950903、以下同，960616、970718、970731\\)進行不同空間尺度地貌單元次降水徑流系數分析。950903場次降水歷時98min，降水量24．5mm，土壤前期含水量平均為9%;960616場次降水歷時112min，降水量26．6mm，土壤前期含水量平均為21%;970718場次降水歷時130min，降水量48．2mm，土壤前期含水量平均為8%;970731場次降水歷時105min，降水量17．5mm，土壤前期含水量平均為14%。
不同空間尺度地貌單元的徑流系數\\(表2\\)，不同空間尺度地貌單元次降水徑流系數對比\\(圖3\\)。
由表2可以看出，不同空間尺度地貌單元，次降水徑流系數有很大的差別，當空間尺度由坡面尺度增加到流域尺度時，徑流系數急劇減少，平均徑流系數由0．38減少至0．11，但在同一空間尺度，徑流系數在不同地貌單元呈現波動變化規律\\(圖3\\)，在坡面尺度\\(面積從小到大為:梁峁坡＜溝谷坡＜坡溝系統\\)，溝谷坡徑流系數最大，平均為0．68;在流域尺度\\(面積從小到大為:一支溝＜二支溝＜全流域\\)，一支溝的徑流系數最大，平均為0．18。在坡面尺度和流域尺度，徑流系數最大的地貌單元分別是溝谷坡和一支溝。
對比分析年尺度下多年平均徑流模數和次降水尺度下徑流系數的分布規律，可以發現發生徑流模數和徑流系數最大值的地貌單元共同之處在于坡度大，地形陡峭，由于黃土丘陵溝壑區的產流機制為超滲產流，其產流量主要決定于降雨強度和下滲能力的對比，當降雨強度大于入滲能力的時候，地表產流。肖培青等通過室內模擬實驗，利用實測雨強與徑流資料計算推求坡面土壤入滲過程。入滲率f\\(mm/min\\)由公式計算:
式中:I為降雨強度\\(mm/min\\);θ為地表坡度\\(°\\);t為取樣間隔時間\\(min\\);Ｒj為第j次取的產流速率\\(m3/s\\);S為坡面受雨面積\\(cm2\\);10為單位換算系數。蔣定生等根據室內模擬實驗也發現，黃土丘陵溝壑區坡面的下滲率與坡度成反比，即，坡度愈大，下滲率越小，在相同的降雨條件下，產流量增加。因此，在同一空間尺度，由于溝谷坡和一支溝坡度陡峭，入滲率小，產流量大，徑流系數最大。
3、討論
徑流是陸地上重要的水文現象，水文現象隨空間和時間變化，產流變化涉及空間和時間尺度。就時間尺度而言，不同時段的水文量呈現出性質迥異的變化特征。徑流量、徑流模數、徑流系數是表征降雨徑流過程的重要綜合參數。在本研究中，隨著不同地貌單元空間尺度的增加，不同地貌單元的徑流量增加，說明在降雨、下墊面狀況相似條件下，徑流量與面積成正比;隨著地貌單元由坡面尺度空間尺度的增加，不同地貌單元的年徑流模數、次降雨徑流系數急劇減少，說明面積較大的流域，其平均地表水匯流時間也較長，在匯流過程中的下滲損失就會較大，這也反映了匯流過程中的下滲是徑流模數、徑流系數隨著流域面積的增加而減小的主要原因。對于同一流域，在同一尺度內，由于土壤的空間變異性、地貌差異，在短歷時、強降雨過程對徑流系數的影響增加，土壤性質的空間變異性既可以增加又可以減少地表徑流，造成徑流系數在同一空間尺度內呈現波動變化。
4、結論
利用野外原型定位觀測設施，研究了黃土丘陵溝壑區不同空間尺度地貌單元在年、次降雨時間尺度下的產流特征。
\\(1\\)在年時間尺度上，不同空間尺度地貌單元多年平均徑流量表現為:梁峁坡＜溝谷坡＜坡溝系統＜一支溝＜二支溝＜全流域，即隨著空間尺度的增加，平均徑流量增加，而多年平均徑流模數，隨著空間尺度的增加，徑流模型呈現"增加－峰值－減少"的趨勢，在坡面尺度，徑流模數在溝谷坡達到峰值，在流域尺度，隨著空間尺度的增加，徑流模數呈減少的趨勢。
\\(2\\)在次降雨尺度上，當地貌單元由坡面尺度增加到流域尺度時，次降雨徑流系數急劇減小，坡面尺度的次降雨徑流系數是流域尺度次降雨徑流系數的3．4倍，但在同一空間尺度，徑流系數在不同地貌單元呈現波動變化規律，在坡面尺度\\(面積從小到大為:梁峁坡＜溝谷坡＜坡溝系統\\)，溝谷坡徑流系數最大;在流域尺度\\(面積從小到大為:一支溝＜二支溝＜全流域\\)，一支溝的徑流系數最大。
文中是在現有原型觀測條件下對不同空間尺度地貌單元的產流特征進行了初步探討，主要分析了不同空間尺度地貌單元地形因子對產流的影響，在今后的研究中，還需要進一步研究，在地形差別較小情況下，流域下墊面狀況、降水空間分布不均勻性等因素對產流的影響。
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