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第41卷第12期2010年6月人 民 长 江Y ang tze R i ve rV o.l 41,N o .12June ,2010收稿日期:2010-04-06基金项目:/十一五0国家科技支撑计划项目(2006BAD09B01,2006BAD 01B04-02);国家水专项(2009ZX 07212-002-003- 02);国家自然科学基金项目(50809056,40701092)作者简介:韩 浩,男,硕士研究生,主要从事水力学及河流动力学、坡面侵蚀方面的研究。
E-m ai:l hanhao .hanhao @163.co m 通讯作者:高建恩,男,研究员,博士生导师,主要从事地表径流调控与利用方面的研究。
E-m ai:l gao ji anen @文章编号:1001-4179(2010)12-0049-06降雨条件下坡面径流泥沙起动流速研究韩 浩,高建恩,梁改革,孟 岩(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,中国科学院水利部水土保持研究所,国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心,陕西杨凌712100)摘要:针对降雨条件下坡面径流泥沙起动规律研究中存在的问题,在前人研究的基础上,将雨滴侵蚀力引入到降雨条件下坡面径流泥沙起动受力分析过程中,建立了降雨条件下坡面径流均匀沙起动公式,进行了典型试验,并利用已有资料和典型试验资料进行了验证。
结果表明,在降雨条件下坡面径流泥沙起动研究中考虑雨滴侵蚀力的作用是合理的,且给出的公式可用于降雨条件下坡面径流及河川径流泥沙起动流速的计算。
关 键 词:降雨径流;坡面;起动流速;均匀沙中图法分类号:TV142.1 文献标志码:A降雨条件下坡面径流泥沙起动问题是土壤侵蚀研究人员在开展坡面土壤侵蚀研究时必须面对的基本问题之一。
水力侵蚀比尺模拟试验是研究小流域水土流失、水土保持措施优化及效益分析的有效工具,起动相似在比尺模拟试验中起着重要作用[1]。
目前,坡面径流泥沙起动规律研究多限于无降雨条件下,而对降雨条件下坡面径流泥沙起动规律的研究则较少。
玉溪红塔区二龙潭小流域暴雨条件下径流泥沙输出特征摘要：降雨是造成径流的因素之一，泥沙的产生与径流又有着密不可分的关系。
本研究以玉溪红塔区二龙潭小流域为研究对象，通过对二龙潭小流域2017年降雨产流产沙情况进行实地观测、实验分析及数据处理，运用EXCEL、SPSS等分析软件对研究区域内暴雨条件下有效数据统计分析，得出小流域在暴雨条件下径流泥沙的输出特征，从而找出造成该研究区水土流失的主要影响因子，为水土流失治理提出最佳对策。
主要研究结果如下：2017年1月至12月小流域内径流量与泥沙量整体呈正相关关系。
其中有四个月没有发生降雨产流，分别为1月、2月、3月、12月；5月降雨指标全年最低值，其径流量为7.57m3，泥沙量为0.03t。
二龙潭小流域降水时间主要集中在6-9月，其中降雨、产流及产沙在8月达到峰值，降雨量为583mm；径流量为51718.06m3；泥沙量356.07t。
流域的产沙量主要取决于几次大的暴雨，且中、低雨强的降雨产流产沙是小流域泥沙的主要来源；径流泥沙随着降雨变化的时间分布主要集中在7、8月份；日降雨形成的径流与泥沙变化一致，降雨量不是衡量土壤侵蚀程度的唯一指标；降雨侵蚀力较大的降雨造成的水土流失也较大。
关键词：径流；泥沙；暴雨；二龙潭小流域1 前言流域是进行水土流失治理，配置水土保持措施的基本单元，因而流域土壤侵蚀特征及其影响因素是当前生态环境保护研究与关注的热点之一[1]，防治流域土壤侵蚀、合理利用流域水土资源等均需了解流域的侵蚀产沙特征。
降雨、地形坡度、土壤、植被覆盖、人为活动等都能在一定程度上造成水土流失，但对于同一流域，地形坡度与土壤形状相对稳定且短时间内难以改变，植被覆盖虽有变化但如在小时间尺度上其变化也不太明显，因此水土流失的主要影响因素是降雨。
降雨的相关因子，如降雨量、降雨强度、降雨侵蚀力等均与流域土壤侵蚀密切相关，许多研究者就降雨对流域土壤侵蚀的影响进行了研究[2]。
·43·杭州市余杭区小流域场次降雨泥沙流失监测方法研究顾妍平１，李 钢２，陆芳春１（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）摘 要：以杭州市余杭区百丈溪小流域为研究对象，在流域出口设置卡口站，连续4 a （2012 — 2015年）对河道中的悬移质含沙量进行连续监测，在场次降雨过程中取样1次/h 。
结果表明：合理的采样时机获得的悬移质含沙量数据可以用来估算流域场次降雨泥沙流失量。
关键词：余杭区小流域；泥沙流失；监测中图分类号：S157 文献标识码：B 文章编号：1008 - 701X (2017)01 - 0043 - 02DOI ：10.13641/j .cnki .33 - 1162/tv .2017.01.0151 问题的提出杭州市余杭区位于浙江省东北部，多年平均降水量1 390 mm ，雨量丰沛。
区域地势由西北向东南倾斜，西部为山地丘陵区，分布有多条小流域。
小流域河道坡陡流急，由于流域河道坡陡流急，降雨强度大，一旦发生严重的水土流失，其径流携带的泥沙将会随径流汇入苕溪，进入平原河网，对下游地区的生态环境及经济发展造成较严重影响。
为计算降雨时产生的泥沙流失量，在小流域出口设置监测断面，连续4 a （2012 — 2015年）对水体中的悬移质含沙量进行监测，并通过流域典型监测过程，估算流域全年泥沙流失量，可为流域泥沙流失程度分析和水土流失治理提供依据。
2 研究区概况百丈溪小流域位于余杭区的西北部，发源于百丈镇北麓，由西北向东南流，与鸬鸟溪汇合后汇入黄湖溪，最终汇入北苕溪。
百丈溪监测断面以上流域河长6.3 km ，比降0.31‰，集雨面积17.29 km 2，地貌以山区丘陵为主，山势较高，土壤以黄壤、红壤和水稻土为主，含沙量较高。
流域内土地类型包括耕地、园地、林地等，林地以竹林为主。
流域内人口密度为195人/ km 2。
小流域验证及流量计算分析xx 线小流域验证及流量计算分析xx 线广东段位于西江沿线，该流域属于西江水系。
南线方案沿途主要跨越的河流有谷圩河、蟠龙河、渌水、小河、桂河、建城河、连城河、南江、蓬远河、南山河等。
沿线水文控制的桥梁较多，因而水文调查水文分析的准确性、可靠性显得尤为重要。
为了准确分析确定桥涵的设计流量，我们做了大量的形态调查工作、搜集了地方各个时期的历史洪水资料，以及既有桥涵、水利工程的设计资料。
采用<铁道部第二勘察设计院暴雨径流计算公式>（以下简称“二院法”）、<广东省暴雨径流查算图表—推理公式法（1988年修订）>（以下简称“地方法”），以及<形态法流量计算公式>三种方法，对重要桥梁以及特征区域进行流量计算分析对比与验证。
一、计算方法简介及相关参数选取 1、“二院法”计算公式及相关参数选取铁道部第二勘察设计院法是根据我国西南地区的气候和降雨特征编制的，其根据地区前期雨情、土壤性质、流域阻力系数A 3值、流域平均坡度I 3值、流域流程长度L 3值、流域面积F 值以及流域所处地区暴雨衰减指数、暴雨强度来概化计算设计流量的方法。
主要计算公式为：10.278p p m Q F C a y = ，1p m F C a y ----其中：汇水面积产流系数设计暴雨强度径流函数相关参数选取与计算参见《桥渡水文》P86～P89页。
广东省雨量丰富，年径流系数大于0.5，属于前期大雨；根据调查该地区多为红黄色粘土以及森林型粘壤土，因此产流系数C 1取0.8~0.9；流域阻力系数A 3值根据流域植被、坡面、地貌、构槽情况而定，一般取2.0~2.5；地区暴雨衰减指数以及暴雨强度参查《广东省暴雨等值线图》计算确定；流域面积F 值根据1：50000地形图进行勾绘量取，流域平均坡度I 3值采用面积等效法加权平均计算；2、“地方法”流量计算公式及相关参数选取根据广东省水利部门提供的“《广东省暴雨径流查算图表》使用手册” ，“地方法”流量计算有综合单位线法和推理公式法两种。
小流域流量计算公式验证情况及结果 （一）验证方法及公式说明 1、验证方法： 利用地方暴雨径流计算公式和铁三院暴雨径流计算公式计算出 的百年流量与用形态法推算出的流量进行比较分析来确定小流域地 区的暴雨径流的计算办法和采用的有关参数是否合适。
2、公式说明： 1）形态法： 用调查所得到的历史洪水位和确定的重现期， 根据河流的断面和 坡度计算出在这一水位时的流量。
2）辽宁省地方公式： 本次勘测范围为赤峰市、翁牛特旗和巴林右旗原属于辽宁省，后 经行政区划调整归入内蒙古自治区， 线位跨经主要河流也属辽河水系, 故采用辽宁公式进行验证计算。
Qp=0.278φp· ip· F ip=Pτp 面/τ Qp-----设计洪峰流量（m3/s） φp---设计洪峰径流系数，查《辽宁省暴雨洪水察算图表》附表 9 ip-----相当于汇流时间τ的设计面暴雨强度（mm/h） F-----集水面积（km3） Pτp 面-----一定频率下τ历时的设计面暴雨（mm）τ-----径流时间（h）(可按水文分区根据 L/ J0.5 查得附图(21) 求得) L-----控制地面以上的河流长度（km） J-----河道平均坡度，以千分率计算。
3）推理单位线法(三院二法)： 根据《小流域暴雨洪水计算—推理单位线法》 推 理 单 位 线 法 设 计 洪 峰 流 量 计 算 公 式 如 下 ：Q P = B * (1 . 22 * 9 . 17 * φ 1 * S * nD− 0 . 17*F0 .9A * I 0 .26 n * y ) *( ) 0 .8 Ly上式中 A、B、φ1 均为参数，可从《小流域暴雨洪水计算—推理 单位线法》P43 页表 7-1 查取。
Sp-----频率为 P 的雨力(mm/min) n-----为暴雨衰减系数。
(本次验证采用沙通线参考数值) D、y-----参数，可按下式计算：y=1 1 − 0 . 33 * nD = 1 － n L-----流域长度，从分水岭算起（km） I-----流域坡度，从分水岭算起，用加权法计算。
小流域降雨径流的泥沙测验分析比较摘要：降雨径流导致的水体流失，会将地面当中含有的碳化合物和处于溶解状态的氮连同泥沙等物质一起冲刷走，不仅会降低地表原有的肥力，更能够让附近的受纳水体收到程度不同的污染。
不同的地区存在着不同的治理标准，其当前的治理程度也存在差异，因此在判断降雨径流对水土流失的影响方面也存在难度。
本文为了为其它的小流域的水土流失治理提供可借鉴的依据，分析和探讨了不同程度的小流域治理对降低径流拦蓄泥沙的效益和功用，同时结合了某省的小流域A和小流域B的对比实例，测验并研究了不同程度治理情况下的降雨径流泥沙问题，希望能够为有关人士和单位提供有益的参考。
关键词：小流域降雨径流泥沙测验对比对于存在较多降雨的区域尤其是那些暴雨形式较多的区域，雨水会形成具有强力冲刷能力的地面径流，并会对地面的表层产生非常显著的表层土的搬运和位移作用。
也就是说，对于地面的表层土而言，地表径流是对其产生搬运和位移作用的最为重要的动力来源。
当然，从严格意义上来讲，植被的疏密情况、土壤性质的不同、地形坡度的大小、降水量的多少、降雨强度的大小以及岩石的软硬程度不同等因素均会对地面的径流速度和动力大小产生影响，但是从起到主导作用的是坡面径流。
以上结论不管是理论层面还是在实践中均已经得到了证实。
为了为其它的小流域的水土流失治理提供可借鉴的依据，笔者分析和探讨了不同程度的小流域治理对降低径流拦蓄泥沙的效益和功用，同时结合了某省的小流域A和小流域B的对比实例，测验并研究了不同程度治理情况下的降雨径流泥沙问题，希望能够为有关人士和单位提供有益的参考。
1 小流域A和小流域B自然情况概述(1)在表1当中总结了小流域A地面坡度组成情况和耕地坡度组成情况。
(2)在表2当中总结了小流域B地面坡度组成情况和耕地坡度组成情况。
2 小流域A和小流域B的治理情况概述小流域A和小流域B的治理的明细情况见表3。
3 布置降雨量、径流量、泥沙量的测验设备将径流观测点分别设置在小流域A和小流域B的出口位置以便观测径流；同时，在洪水情况下，测量流速时采用流速仪进行，水位的读取采用控制断面进行。
小流域降雨径流泥沙测验对比分析摘要凡是在有降雨且多以暴雨形式出现的区城，坡面径流是导致陆地表土产生位移和搬运的主要动力。
虽然径流速度及其动力大小与降雨强度、降雨量、地形坡度、土壤性质、植被稀密、岩石软硬等因素密切相关，但是主导因子是坡面径流。
通过对治理程度不同的两条小流域的降雨径流泥沙测验对比分析，为综合治理水土流失提供理论依据。
关键词小流域；降雨；径流；泥沙；测验对比分析随着我省农业综合开发水土保持项目的开展，全省出现了许多水土保持高标准小流域治理典型，由于各流域治理的标准不同，程度也不一样，因而对水土流失的影响也有差异，为了寻求由于小流域治理程度不同，对减少径流拦蓄泥沙的作用和效益，为其他小流域治理提供依据，我县在2000年、2001年选取了高桥和峡江两条小流域进行不同程度治理的降雨径流泥沙对比测验。
1自然情况1.1高桥小流域自然条件1.1.1流域概况。
高桥河系资江的一级支流，源于严塘镇的分水岭，流经严塘镇。
所处地理坐标为：东径111°31′48″～111°34′12″，北纬27°20′00″～27°25′00″。
流域内包括14个行政村。
境内地形多变，北面群山起伏，南面是低丘地，呈北高南低趋势。
北部的分水岭为境内的最高处，海拔630m，最低处为210m，相对高差为420m。
境内侵蚀地貌发育，岭梁沟谷相间，形成以丘陵为主，平地、岗地、丘陵、山地兼具的多种地貌形态。
流域内共有水土流失面积483.4hm2。
1.1.2地质地貌。
流域地质主要由石灰岩构成，另有砂岩、变质岩等。
地层以中上泥盆系、下三迭统碳酸盐岩类夹少量砂、白岩组成。
流域地貌以丘陵为主，平地、岗地、丘陵、山地兼有，山地多分布在流域的北部，平均分布在高桥的周围，中部大部分为丘陵地带。
海拔最高处为境内的分水岭，高635m，最低处海拔210m，相对高差420m（地面坡度组成见表1，耕地坡度组成见表2）。
流域内干沟长度约为6.5 km；支沟长度约为5条。
沟壑密度为1.9km/km2。
1.1.3土壤。
流域内土壤类型是以红壤、黄壤为主，红壤1 426.0hm2，占流域面积的60.0%，主要分布在低山、丘陵及溪谷；黄壤570.4hm2，占流域面积的24.0%，主要分布在300～500m高的中山土壤，其他380.2hm2，占流域面积的16.0%，高山草甸土极少。
流域内土壤结构较好，土层较深厚，土壤有机质含量在 3.0%以上的面积占流域面积的40.0%；pH值 4.5～6.5的占流域面积的23.4%。
土壤质地以砂壤、壤土为主。
1.1.4植被。
流域内植被属中亚热带常绿针阔混交林带。
由于自然演变和人类活动等关系，原生植被已遭破坏，多代逆向演替而产生的马尾松纯林遍布，形成马尾松—杉木—楠竹的植物群落。
森林资源大幅度降低，生态环境恶化，植被覆盖率为47.2%。
据调查，流域内现有林地面积 1 121.3hm2，其中用材林814.6hm2，经果林70.3hm2，疏幼林236.4hm2，分别占林地面积的72.6%、6.3%、21.1%。
1.1.5土地资源及利用情况。
高桥流域总面积 2 376.6hm2，其中耕地面积504.9hm2，占总面积的21.2%；林地面积1 121.3hm2，占总面积的47.2%；草地150.8hm2，占总面积的6.4%；荒山荒坡64.2hm2，占总面积的2.7%；水域面积96.4hm2，占总面积的4.1%;非生产用地84.3hm2，占3.5%；难利用地354.7hm2，占14.9%。
耕地面积中，水田293.4hm2，梯坪地28.7hm2，坡耕地182.8hm2。
林地面积中用材林814.6hm2，经果林70.3hm2，疏幼林236.4hm2。
流域内人均耕地0.1hm2/人。
1.2峡江小流域自然条件1.2.1流域概况。
峡江系资水的一级支流。
峡江小流域位于新邵县严塘镇，所处地理坐标为：东径111°22′02″～111°24′01″，北纬27°20′00″～27°25′00″。
整个流域呈扇形状，北高南低，海拔高程最高处585m，最低处224m，相对高差361m，属丘陵地貌类型，总面积为2 142.1hm2。
其中耕地面积408.9hm2，林地面积1 057.3hm2，草地148.7hm2，荒山荒坡59.3hm2，水域105.8hm2，非生产用地72.9hm2，难利用地289.2hm2。
耕地面积中，基本农田216.9hm2，梯坪地24.5hm2，坡耕地167.5hm2。
流域内现有水土流失面积446.0hm2，占流域总面积的20.8%，其中轻度流失面积177.0hm2，中度以上流失面积267.6hm2。
1.2.2地质地貌。
流域地质属坪上—豹马山半背斜。
核部由寒武系和奥陶组成。
地层属泥盆系的棋子桥组，有明显的岩相分布，由灰岩和白云岩相间。
上段为深灰色厚层——巨厚层状灰岩、白云岩；下段为白云岩、灰岩及白云岩、页岩。
岩石以石灰岩为主，主要分布在峡江流域以北。
流域地貌以侵蚀剥蚀地貌——丘陵为主，岗地、丘陵呈垅状相间，既有低丘陵区，又有高丘陵区，低丘陵区分布在该流域的南部，高丘陵区分布在该流域的北部。
平均海拔高度404.5m，最高处585m，最低处224m，相对高差361m。
地层主要以中上泥盆系、下三迭碳酸盐岩类夹少量砂、白岩组成，兼有风化性花岗岩，地表岩溶风化强烈，基岩裸露。
流域内有干沟和支沟各一条。
干沟长度约为5.2km，平均坡降为12‰；支沟长度约为10.0km，平均坡降为18‰，沟壑密度为0.71km/km2，沟壑面积占总面积的3.3%。
流域内地面平均坡度为20°（地面坡度组成见表3）。
流域内有耕地面积408.9hm2，耕地坡度组成见表4。
1.2.3土壤。
峡江流域土壤类型以红壤、黄壤为主。
地层厚薄不一，一般40cm 左右，pH值5～5.5，适宜多种植物生长。
红壤主要分布在地势较低的地区，黄壤主要分布在地势较高的地区。
植被覆盖率低，腐殖质微薄或不明显，有机质分解快，土壤肥力较低。
1.2.4植被。
流域内植被属中亚热带常绿阔叶林带。
由于人类活动频繁，植被遭到破坏，为马尾松、杉木、楠竹等纯林和一些杉木、马尾松、楠竹、梓、棕、栓、栎等针叶阔叶次生混交林所代替。
流域内现有林地面积1 057.3hm2，其中用材林778.5hm2，占林地面积的73.6%；经果林61.0hm2，占林地面积的5.8%；疏幼林217.8hm2，占林地面积的20.6%。
现有植被覆盖率为56.3%，森林覆盖率49.3%。
1.2.5土地资源及利用情况。
该流域土地总面积2 142.1 hm2，其中耕地面积408.9hm2，林地面积1 057.3hm2，草地148.7hm2，荒山荒坡59.3hm2，水域面积105.8hm2，非生产用地面积72.9hm2，难利用地289.2hm2。
农业人口人均耕地0.1hm2/人。
2治理情况高桥小流域于1997年开始治理，根据设计要求于2000年完成治理任务，治理度为95%；峡江流域于2000年开始治理，当年的治理度为30%。
到2000年底两条小流域完成治理措施（见表5）。
3降雨、径流、泥沙测验设备和布置为了进行径流观测，在两条小流域出口设置径流观测点，在洪水情况下采用流速仪施测流速，采用控制断面读水位。
水位读数精确到厘米，当洪水变化急时，每隔2～5min读1次水位，当洪水变化不大时、流量小，每隔10～15min读1次水位，并分时段采集水样，分析含沙量，沙样分析采用值换法。
雨量观测：在高桥和峡江两条小流域的上、中、下分别设置3个自计雨量观测点，共6个，具体布置见图1。
4径流观测成果分析4.1年水土流失比较2000年和2001年对高桥和峡江流域的降雨、径流、泥沙进行了观测，观测成果见表6。
从表6可以看出，高桥和峡江两条小流域由于治理程度不同，年水土流失量有很大的差别。
根据2000年的观测：高桥流域比峡江流域减少径流量23.9%、土壤冲刷量减少60.7%，2001年高桥流域比峡江流域减少径流量33.9%、土壤冲刷量减少70%。
4.2两条流域最大一次暴雨水土流失比较从表7可以看出：2001年6月25日一次暴雨径流泥沙比较中得出，在降雨量和降雨强度一致的情况下，高桥比峡江减少径流量24.7%、土壤冲刷量减少55.7%。
2001年6月25日暴雨两条小流域洪水过程如图2。
在削减洪峰延长洪水历时方面，高桥也比峡江显著，2001年6月25日暴雨中高桥最大洪峰流量是50.21m3/s，而峡江洪峰流量是126.2m3/s，高桥比峡江削减了60.2%，高桥洪水开始时间比峡江洪水开始时间晚1.2h，高桥比峡江延长洪水历时3个多小时，峡江由于当年还没有治理，所以暴雨所形成的洪水过程是陡涨陡落过程。
4.3降雨强度与水土流失分析本次测验对比分析还选取了2次降雨强度不同的降雨过程所造成水土流失量的大小进行比较，2001年5月11日和6月25日2次降雨强度不同的观测结果见表8。
影响水土流失的因子很多，特别是暴雨强度大会带来严重的水土流失，根据2a降雨、径流、泥沙观测资料列表分析：2001年6月25日降雨量153.2mm，降雨强度（平均）为51.1mm/h，最大降雨强度为71.1mm/h。
2001年5月11日降雨量为95.2mm，降雨强度（平均）为68.2mm/h，最大降雨强度为85.3mm/h，5月11日的降雨量小，但强度大，因而造成5月11日降雨量产生径流比6月25日的大，高桥的大9.8%，峡江的大13.6%；土壤冲刷高桥的增大4.6%，峡江增大7.7%。
5结语小流域水土保持综合治理中工程措施能拦截、拦蓄和分散径流；植物措施能延长径流汇流时间和减少降雨对地面的冲刷力，也能拦截、拦蓄和分散径流。
但其核心都是解决坡面径流的科学调配和合理利用问题，将上下游、左右岸、坡面与沟道的径流分割成若干部分，依此布设相应的调控措施，将坡面径流合理聚集和科学分流，形成一个完整的径流聚散工程体系，在此体系中，优化配置的每项治理措施，就是一项径流聚散工程；也不论是工程措施，还是植物措施，都是依径流调控理论，在体系中各自承担处理不同地段坡面径流的能力，像一条完整有序的链条，缺一不可。
各项措施之间有其互依存和互补的关系。
否则，就起不到科学调控和合理利用坡面径流的作用，就不可能有效防治水土流失和改造退化的侵蚀劣地。
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
