黄河上游滩区不同生态类型产流特征与降雨径流的耦合关系

黄河上游滩区不同生态类型产流特征与降雨径流的耦合关系

河南蒙津黄河湿地国家级自然保护区位于洛阳孟津县北部，位于小浪底水库下游16.40公里处。这是黄河从山区进入平原的过渡地带。该段湿地南靠邙山、北滨黄河,在4～6km宽的山河间冲积平原上,连绵20km,形成独特的滨河生态走廊本文通过分析2006年5月～2007年7月保护区内的降雨特征,并结合滩区不同生态类型产流特征定位实验研究结果,以探讨天然降雨侵蚀与径流面源污染之间的耦合关系。1材料和方法1.1降雨、蒸发量观测野外定位实验地设在河南省洛阳市孟津县会盟镇扣西村的河漫滩上(东经112°45′07″～112°47′30″,北纬34°47′54″～34°50′00″),海拔高度109～117m,漫滩平均坡降0.15%,区内年降雨量400～605mm,年际变化大。降雨仪和蒸发器安装在扣西村农户房顶,地势较高、且周围无干扰物,降雨量观测采用虹吸式雨量记录仪,蒸发量观测采用601小型蒸发器。从2006年5月22日起连续观测降雨量和蒸发量。两组共6个径流场(5m×5m)分别设置在靠近河岸的小麦-大豆田和人工杨树林(后文分别以耕地和林地表述),开发和种植期均为5年,杨树林内主要草本植物为野艾蒿(1.2降雨侵蚀强度验算本文涉及的降雨特征参数包括降雨历时、降雨量、最大10min降雨强度、降雨侵蚀力1.3测定可溶性总磷、总氮、高锰酸盐指数每组径流场设3个平行径流池。在降雨后6～10h内对降雨形成的径流进行测定和采样。现场测量径流量、pH值、浊度、电导率,一部分样品直接带回实验室测定TSS;另一部分样品加酸调节pH<2.0后,带回实验室通过0.45μm的微孔滤膜过滤,测量可溶性总磷、总氮、高锰酸盐指数。所有物化监测指标均采用现行国标A类测定方法进行测定2结果与讨论2.1降雨次数对降雨分布的影响对观测到的单次降雨量大于10mm的十次降雨进行统计,结果如下(表1)。2.1.1降雨集中型自然降雨的雨强是一个瞬时变量。由表1的单次降雨雨强分布数据可以明显看出,孟津滩区的单次降雨可明显分为3种类型:小雨集中型、暴雨集中型、均匀分布型。其中,小雨集中型:小雨一般超过总降雨历时的50%,降雨历时较长,降雨侵蚀力小,一般不产生径流,如2006-7-31,2007-6-18降雨。暴雨集中型:暴雨超过总降雨历时的50%,降雨历时短,产生的径流量较少,如2006-6-25,2006-8-14降雨。均匀分布型:各类型降雨时间占总降雨历时的比例大致相等,降雨历时较长,降雨量偏大,一般都能产生径流。2.1.2影响降雨侵蚀力的因素降雨侵蚀力值=1.94·因此,降雨量和最大降雨强度是影响降雨侵蚀力的两个重要因素。同时通过线性拟合可以大大减少降雨侵蚀力值的统计工作量。2.2地表植被类型的影响整理观测结果,得到降雨侵蚀力与径流产生量之间的关系如图1所示。由图可见,对于侵蚀力值小的单次降雨,滩区耕地和林地产生的径流量相差不大,均在0.15mm左右。此时,由于降雨雨滴动能较小,植被的差异对降雨动能缓冲作用的差异不明显,因此对于侵蚀力小的降雨,地表植被类型的差异对径流产生量的影响不大。而对于侵蚀力值较大的单次降雨,滩区耕地和林地产生的径流量差异性增大,平均0.85mm,当Motohisa等耕地:=-0.5772+0.0544林地:=-1.3139+0.0504式中:因此,对于坡度平缓的河岸滩区,适当种植大林冠层的乔木,对缓冲强降雨,减少径流产生量和土壤侵蚀将会起到明显的作用。此外,影响径流产生的因素除上述的降雨侵蚀力、林冠层阻挡外,还包括土壤入渗等因素。通过测定,两组径流场表层土的土壤饱和渗透系数分别为10.42mm/h和12.24mm/h,林地具有相对较高的降雨入渗能力,但两者相差不大,因此其影响也相对较小。2.3径流污染物发生情况耕地和林地不同降雨产流的面源污染物产生量计算结果如图2所示。由图2可以看出,与林地比较,滩区耕地由降雨引起的在土壤颗粒物、有机质、总氮、总磷的流失量差异性较大。污染物产生量不仅仅受降雨特征的影响,同时受地表植被状况和农业耕作制度的影响显著。例如,每年的6～7月份期间存在农作物更替、幼苗施肥与喷洒农药等问题,径流污染物产生量远大于林地,此期间径流污染物产生量约占全年的50%;而林地则相对受降雨特征尤其是降雨侵蚀力的影响稍大。从污染物流失总量上看,河岸滩区开发成农耕旱地后年流失污染物总量分别为:颗粒物45.0kg/hm3径流污染的主要影响因素(1)孟津黄河滩区的降雨可分为3种类型:小雨集中型、暴雨集中型和均匀分布型,其中均匀分布型降雨产生径流的可能性最大。(2)降雨侵蚀力受降雨量和最大降雨强度两大因素的影响,降雨侵蚀力是影响径流产生量的重要因素。对于侵蚀力