暴雨是引起坡地水土流失的主要原因，对影响坡地降雨起始产流时间（产流历时）的因素进行研究， 可为延长坡地降雨产流历时的到来、减轻坡地水土流失及合理配置水土保持措施提供帮助。张光辉 ［１］曾研究了草地（沙打旺、草木樨）降雨强度、草地盖度、土壤初始含水率对产流历时的影响 ，并提出了它们之间的定量关系；石生新［２］、王玉宽等［３］研究了裸地降雨强度对产流历时 影响的定量关系。而对林地、农地、裸地在不同坡度下影响产流历时的因子进行系统研究目前国内 少有报道。本文以陕北安塞纸坊沟小流域为例，采用作者研制的用于测定野外坡地入渗产流产沙的 小型降雨装置，来寻求产流历时同其主要影响因子坡度、承雨强度（降雨强度与坡度余弦之积）、 土壤初始含水率及植被盖度、枯落层厚度之间的定量关系。并且初步探讨了地表结皮对产流历时的 影响。我们所采用的降雨装置其工作指标为：降雨高度１．５０ｍ，高度可调，试验区面积为５０ ｃｍ×３０ｃｍ，雨强重复性误差为１．５％～５．５％，降雨均匀度系数为０．９２～０．９９ ，模拟雨强为０．４ｍｍ／ｍｉｎ～１０．０ｍｍ／ｍｉｎ。该装置具有体积小，重量轻，价格低 廉，野外使用运输方便，用水量少等优点，现将试验情况介绍如下。１试验样地的选择试验于１９ ９８－０６－０９进行，样地布设在纸坊沟小流域（８．２７ｋｍ２）的峙崾岘（包括林场）、瓦 树塌、纸坊村，土壤类型为黄绵土，０ｃｍ～５０ｃｍ土层土壤容重为０．８５ｇ／ｃｍ３～１． ３２ｇ／ｃｍ３，平均为１．１８ｇ／ｃｍ３。试验样地按照不同土地利用方式可分为林地、农地 、裸地。其中林地树种主要为洋槐、柠条、沙棘，林下杂草主要有：草木樨、黄蒿、长茅草、紫花 苜蓿等；农地主要作物有：麋子、马铃薯、谷子、小麦、豆子、麻子等。在流域的不同断面（上、 中、下游）按照坡向的不同分为阳坡、阴坡；同一坡向又可分为坡顶部、坡中部、坡下部。选取其 中重复性较好的２４组试验数据作如下分析。２影响产流历时（ｔｐ）的单因子分析２．１坡度（ θ）对产流历时的影响坡度是影响产流历时的一个主要因素，由于黄土高原地形复杂，千沟万壑， 野外试验时供水困难，交通运输不便均限制了对这一因素的研究。据蒋定生［４］对不同坡度下的 娄土室内模拟降雨入渗实验表明：地面开始产流时间与坡度正弦值呈指数关系。经对林地、农地、 裸地实测数据点绘而成的散点（图１），运用直线、指数函数、对数函数及幂函数进行拟合，除农 地用幂函数拟合精度较高外，其它方程拟合其精度均不高，但是将坡度的正弦值和产流历时之间的 关系运用上述四种方法进行拟合，发现用指数函数进行拟合精度均较高，所得结果与蒋定生等人室 内模拟结果相一致。拟合方程如下林地：ｔｐ＝１４．９９９ｅ－４．３９７ｓｉｎθ（ｎ＝９， ｒ＝－０．７１２）；农地：ｔｐ＝３５．３ｅ－４．９０２ｓｉｎθ（ｎ＝９，ｒ＝－０．８４ ８）；裸地：ｔｐ＝８０５．９１９ｅ－９．３８６ｓｉｎθ（ｎ＝６，ｒ＝－０．９１０）。由 方程可知，随着坡度θ的增加，产流历时ｔｐ逐渐缩小，也即产流时间提前。上述三式中，林地相 关系数最小，表明林地与农地和裸地相比，坡度对产流历时的影响较小，这从比较方程式中常数项 系数大小也可发现这个规律，林地为１４．９９９，小于农地３５．３和裸地８０５．９１９。可 能的原因是林地与裸地相比，林地植被覆盖起了关键性的作用，从而在一定程度上掩盖了坡度对林 地产流历时的影响作用。２．２承雨强度（ｉ）对产流历时的影响关于雨强与产流历时的定量关系 ，国内外研究较多，１９７２年Ｓｍｉｔｈ和Ｐａｒｌａｎｇｅ分别得出定量求解产流历时的方程 ［５］，王玉宽等［３］、石生新［２］、张光辉［１］等先后研究了雨强对产流历时影响的定量 关系。本文除研究承雨强度与产流历时的关系外，还对承雨强度的组合因子与产流历时的定量关系 进行探讨。图２承雨强度对产流历时的影响Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｅｆｅｃｔｂｅｔｗｅｎｒａｉｎｉ ｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｒｕｎｏｆｄｕｒａｔｉｏｎ将原始数据点绘成图，据散点的分布趋势， 对林地、农地、裸地承雨强度与产流历时的关系用幂函数曲线进行拟合（图２）。回归方程为林地 ：ｉ＝３．６２８ｔｐ－０．４２８（ｎ＝９，ｒ＝－０．９４７）；农地：ｉ＝２．８６９ｔｐ －０．４２１（ｎ＝９，ｒ＝－０．８８５）；裸地：ｉ＝２．３６２ｔｐ－０．６３１（ｎ＝６ ，ｒ＝－０．９６８）。各方程的相关系数ｒ均＞０．８５，表明模型具有较高的精度。模型中的 常数项代表了产流历时的发生快慢程度，其值越大，表明起始产流时间越长，土壤渗透能力越强。 由于林地模型常数项最大，为３．６２８，故而林地起始产流时间最长，农地次之，裸地起始产流 时间最短，从而更进一步表明无水保措施的裸露坡地是产生水土流失的主要场所，而林草植被则是 保持水土、延缓径流发生的重要保障。模型中的指数项均小于零，表明无论是林地、农地还是裸地 承雨强度同起始产流时间均呈负相关。此外模型指数项数值大小也在一定程度上反映了产流历时随 承雨强度衰减快慢程度。其数值越大，表明产流历时随雨强增大而衰减越快，也即产流变化越快。 裸地指数项数值最大，为０．６３１，表明裸地产流历时随承雨强度的变化而变化最快；农地指数 项数值略小于林地，可能的原因是由于农地大多采用水平阶、大垄沟等水土保持耕作措施，在一定 程度上改变了微地形，加强了水分的入渗，阻缓了产流历程。２．３土壤初始含水率（ｗ）对产流 历时的影响图３土壤初始含水率对产流历时的影响Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｅｆｅｃｔｂｅｔｗｅｎｉｎ ｉｔｉａｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｏｉｌａｎｄｒｕｎｏｆｄｕｒａｔｉｏｎ贾志军等 ［６］曾专门研究了土壤初始含水率对坡耕地产流入渗的影响，并得出初始含水率同产流历时间的 定量关系，但是研究仅是在同一种雨强下进行的，而对于雨强变化时的情形报道很少，本文除定量 研究土壤初始含水率与产流历时的关系外，还将雨强与初始含水率组合因子对产流历时的影响进行 定量研究。林地、农地、裸地不同初始含水率对产流历时的影响关系如图３所示。回归方程为林地 ：ｗ＝１１．５９１－０．３６９ｔｐ（ｎ＝９，ｒ＝－０．９１９）农地：ｗ＝１３．５３８－ ０．５７２ｔｐ（ｎ＝９，ｒ＝－０．９２４）裸地：ｗ＝９．１２４－０．５８３ｔｐ（ｎ＝６ ，ｒ＝－０．９１５）。图４枯落层厚度对产流历时的影响Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｅｆｅｔｂｅｔｗｅ ｎｔｈｉｃｋｎｅｓｏｆｌｅａｆ＿ｃｏｖｅｒｌａｙｅｒａｎｄｒｕｎｏｆｄｕｒａｔｉｏｎ模 型中常数项代表着三种不同土地利用类型土层深度在０ｃｍ～５０ｃｍ范围内的平均土壤初始含水 率的极值，其大小顺序为：农地＞林地＞裸地。农地土壤初始含水率之所以大于林地的主要原因是 林地植被根系吸水能力强，造成林地土壤一定深度范围内出现干层现象，而农地有时还人为接受浇 灌，加之农作物根系吸水能力小于林木根系。裸地由于无任何地被物保护，其土壤初始含水率最低 。一次项系数均小于零，表明林地、农地、裸地土壤初始含水率均与产流历时呈负相关，土壤初始 含水率越大，起始产流时间越短。一次项系数数值的大小反映了产流历时随土壤初始含水率变化的 快慢程度，其数值越大，表明产流历时随土壤初始含水率增大而衰减越快，也即产流越快。由于一 次项系数数值裸地＞农地＞林地，故而裸地土壤起始产流时间随土壤初始含水率的变化反映最为明 显，即随土壤初始含水率的增加而减小得最快，农地次之，林地变化最慢。２．４枯落层厚度（ｈ ）对林地产流历时的影响林地中聚集的枯枝落叶通过土壤中动物和微生物的活动，进行分解，增加 土壤有机质含量，而土壤中的有机质具有良好的胶结作用，能将分散的土壤颗粒胶结成大团体，提 高土壤的抗蚀能力、增加土壤的孔隙度，有利于降水入渗，减少土壤侵蚀，阻延产流历时的到来， 因此，林地枯落层具有良好的水土保持作用。据枯落层厚度与产流历时散点分布趋势图４，用对数 函数拟合方程为ｈ＝１．５０３ｌｎｔｐ＋１．１４６（ｎ＝９，ｒ＝０．９３２）２．５植被盖 度（Ｖ）对林地产流历时的影响图５植被盖度对产流历时的影响Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｅｆｅｃｔｂｅ ｔｗｅｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒｄｅｇｒｅｅａｎｄｒｕｎｏｆｄｕｒａｔｉｏｎ林地 由于植被的保护作用，使得其产流历时的变化情况较之农地、裸地要复杂得多。将林地植被盖度与 产流历时原始数据点绘成图５，据各散点的分布趋势，用对数函数进行拟合，所得回归方程为Ｖ＝ １６．２２ｌｎｔｐ＋５６．５５（ｎ＝９，ｒ＝０．９２０）由于受降雨装置的限制，此处的植 被盖度仅指近地表草灌的盖度。由方程可知，植被盖度与产流历时呈正相关，即产流历时随植被盖 度的增加而延长，从而表明坡地减轻水土流失的重要措施之一是增加近地表植被的覆盖。３影响产 流历时的多因子分析一般情况下，影响产流历时的各因子间是相互作用的，根据产流历时与诸影响 因子间的主成分分析得出，林地影响产流历时的主要因子为承雨强度和植被盖度；农地、裸地其三 因子均被选入。拟合的回归方程如下林地：ｔｐ＝１３．６７８ｉ－０．８９１ｌｎ０．０２２Ｖ （ｎ＝９，ｒ＝０．９３５）；农地：ｔｐ＝３．５７３ｗｉ－１．１８１ｅ－３．８３９ｓｉｎ θ（ｎ＝９，ｒ＝０．９１１）；裸地：ｔｐ＝３．５３１ｗｉ－１．２６９ｅ－３．２１６ｓｉ ｎθ（ｎ＝９，ｒ＝０．９４６）。表１地表结皮形成前后产流历时比较１）Ｔａｂｌｅ．１Ｃｏ ｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｕｎｏｆｄｕｒａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｓｕｒｆａｃ ｅｃｒｕｓｔｆｏｒｍｉｎｇ土地利用方式结皮形成前产流历时（ｍｉｎ）结皮形成后产流历时（ｍｉｎ）Ｔ后／Ｔ前林地１２１１．４０．９５农地９．４６．８０．７２裸地５．１１．７０．３３１）表中数据均为两次测定之平均值，是在承雨强度为１．０ｍｍ／ｍｉｎ，坡度约为２０°时测得的据上述方程可知，通过植被盖度、坡度、土壤初始含水量三个易于测定的因子，再由不同
More abstracts about the 影响坡地降雨产流历时的因子分析