张平仓，程冬兵

（长江水利委员会长江科学院，430010，武汉）

细沟作为坡面水土流失红线监测标志可行性探讨

张平仓，程冬兵

（长江水利委员会长江科学院，430010，武汉）

水土流失红线为计入水土流失面积的土壤流失量控制线，容许土壤流失量是水土流失红线特征值，但缺乏水土流失红线监测的指示标志。解决水土流失监测对象问题是水土流失红线研究的首要任务。细沟是水力侵蚀作用下在坡面上产生的一种小沟槽地形，细沟形成是坡面水土流失由轻微转向强烈的最明显标志。根据细沟形态特征、侵蚀特点和发育条件，论证了细沟作为坡面水土流失红线监测标志的可行性，即细沟不仅具备坡面水土流失监测对象的条件，还可作为坡面容许土壤流失量判别的标志，而且可作为坡面水土流失治理效果评估的重要指标，更是坡面水系工程布局的依据。

水土保持；监测；细沟；水土流失红线；标志

一、水土流失红线及监测标志研究

“红线”一词近年在各行业逐渐兴起，诸如耕地红线、生态红线、水资源利用控制红线等，表示为控制线、临界线、警戒线等含义。然而，“红线”在水土保持领域还未见相关科学报道，与之非常相近的一个术语叫“容许土壤流失量”，意思是当土壤流失量超出容许土壤量即要计算水土流失面积，反之则认为没有水土流失。

为此，参照其他行业红线的含义，笔者认为水土流失红线可以定义为计入水土流失面积的土壤流失量控制线。容许土壤流失量可以认为是水土流失红线特征值。那容许土壤流失量如何确定？有没有指示标志？土壤流失量如何获取？

经多年水土保持实践并结合专家经验，《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 190—2007）中确定了全国不同区域容许土壤流失量值，但一直未能提出相关指示标志。而土壤流失量的获取是水土流失监测的基本内容之一。自20世纪80年代以来，我国以水土流失监测为主的水土保持监测工作蓬勃发展，初步建成了全国水土保持监测网络信息管理系统，全面开展了重点地区、流域和项目的监测工作，不断完善和规范水土保持监测管理工作，完成了大量与水土保持相关的技术支撑和服务工作。然而，限于水土保持理论研究滞后于生产实践的原因，水土流失监测对象不明确导致的水土流失监测成果普遍受到质疑问题最为突出，也就是说土壤流失量监测受到质疑，水土流失红线无从谈起。因此，解决水土流失监测对象问题是水土流失红线研究的首要任务。

水土流失监测对象是什么？看似简单的问题，但又不易回答。这一方面反映了水土流失监测的复杂性，监测对象不明确；另一方面也反映了对水土流失监测理解还未有共识，这也许就是造成监测成果受到各方质疑的根本原因。

我们尝试从水土流失监测内涵进行探讨。顾名思义，“监测”为“监视量测”之意，水土流失监测即为对水土流失进行监视量测。除科学家为研究水土流失机理及相关理论，相对比较关注水土流失过程和成因外，政府或主管部门所指的水土流失监测主要是水土流失结果监测，关注的是水土流失面积、强度、分布等。因此，围绕政府或主管部门需求，水土流失监测对象应该满足几个条件：其一，监测对象的合理性，监测结果能回答水土流失面积、强度、分布等要求；其二，监测对象可监视量测，看得见摸得着；其三，监测对象的普适性，没有专业门槛，普通百姓均能理解，一看就知，一说就懂。

以水蚀监测为例，当前坡面尺度主要通过小区监测土壤流失量，小流域尺度主要通过卡口站监测泥沙量，区域尺度主要通过模型计算土壤流失量或地类、坡度、植被覆盖度三要素判断法，进而统计水土流失面积、强度及分布。可以看出，目前土壤流失量是水土流失监测的直接监测对象，然而对照水土流失监测对象的条件，我们可以发现土壤流失量不宜作为直接监测对象，尤其是坡面尺度上，其原因有：其一，土壤流失量在小区之外，土壤流失量看不见摸不着，不可监视量测；其二，普通百姓难以理解，没有感性认识；其三，坡面小区本是用于研究水土流失机理的实验，而非水土流失监测之用，局限性明显，一方面封闭的小区设置无法反映自然条件下水土流失结果，另一方面小区的代表性也无法满足山丘区破碎的地形和下垫面的变异性。

综上所述，当前水土流失监测对象不明确，亟须寻找并确定水土流失监测对象和红线监测标志。

二、细沟及其特点

1.细沟侵蚀

细沟侵蚀是指细沟小股流对细沟沟壁、沟底、沟头土壤的分散、冲刷和搬运过程。细沟侵蚀属于水力坡面侵蚀的一种类型，反映的是一种侵蚀过程方式。

细沟是指在坡面径流差异性侵蚀条件下，坡面上产生的一种小沟槽地形，其纵剖面与所在斜坡纵剖面一致，并能为当年犁耕所平复，其横剖面呈V形或箱形。细沟表征的是可能的土壤侵蚀结果之一。

2.侵蚀特点

朱显谟研究指出黄土高原坡耕地上细沟侵蚀量占坡面侵蚀量的70%。郑粉莉等通过定位观测、实地调查和人工模拟降雨试验，得出黄土丘陵沟壑区细沟侵蚀量平均占坡面侵蚀量的74.2%。Mutchler et al.研究发现通过细沟沟道输移出去的坡面上的泥沙流失超过80%。Meyer et al.也观测到细沟产生后，坡面土壤流失量增加3倍。Whiting et al.利用不同核素示踪定量区分了次暴雨后片蚀和细沟，通过黄土坡面细沟发育与形态特征研究侵蚀量，得到结果是细沟侵蚀占坡面侵蚀量的97%，为片蚀量的29倍之多。严冬春等试验研究发现坡面25°时细沟侵蚀量占坡面侵蚀量的比例达91.16%。

国内外研究皆表明细沟发生后坡面侵蚀产沙量比未发生细沟时增加几倍至几十倍，细沟侵蚀量占坡面侵蚀量的70%~90%，充分反映了细沟出现是坡面侵蚀转向强烈的显著节点。

3.形态特征

张科利等通过径流冲刷试验表明，当坡面冲刷形成的侵蚀沟深度大于0.8~1cm时，侵蚀量剧增，可以认为此深度是细沟侵蚀的开始；陆兆熊等也认为在降雨条件下，坡面上出现1~2 cm的小沟就标志细沟侵蚀的开始。唐克丽和刘秉正、吴发启研究认为细沟的宽度和深度均变化在1~10 cm，长达数米至数十米。柯克比和摩根也认为细沟是在细沟水流作用下，土壤颗粒被剥离搬运，最终在地表留下深度小于20 cm的线状小沟。Gómez el al.将细沟定义为在降雨过程中能够观测到径流汇集的区域，而在降雨结束后坡面上又有明显可见的小切口。

因此，普遍认为，细沟宽度小于30 cm，一般不超过 50 cm；深度小于20 cm，一般不超过30 cm。

4.发育条件

影响细沟侵蚀的最直接因素是降雨径流侵蚀力和土壤抗侵蚀力，其他诸如地形、地表覆盖、土地利用等因素则是通过削弱或者加强这两类因素而对细沟侵蚀产生影响。20世纪70年代后期以来，学者们逐渐开展了细沟侵蚀临界条件的研究，主要有临界水流条件、临界土壤条件、临界地形条件。其中细沟临界坡长日益受到关注，为坡面水土流失治理措施布局提供了新的思路。

三、细沟作为坡面水土流失红线的可行性

1.细沟作为坡面容许土壤流失量判别的标志

降雨初期，降雨击溅作用仅完成了祼露地表的土壤破碎过程，从统计学上理解，此时并没有土壤流失或者说土壤流失非常有限，当地表有覆盖保护或有水流时，降雨击溅作用影响更小。当坡面处于薄层水流且处于层流时，由于流速均匀、没有加速度，水流没有冲刷力，坡面土壤不易破坏搬运，土壤流失轻微，此情况下发生面状侵蚀造成的土壤流失在某种意义上可以认为没有或忽略不计，也就是在坡面容许土壤流失量范围内。当坡面层流变紊流、股流时，水力学特征发生根本性转变，水流冲刷力破坏地表，在坡面上形成诸如细沟的痕迹。以往众多学者研究已表明，细沟发生坡面侵蚀产沙量将增加几倍至几十倍，此时土壤流失变化明显，已超出容许土壤流失量范围，且细沟侵蚀量占坡面总侵蚀量的比例最高可达90%以上。因此，细沟形成是坡面水土流失由轻微转向强烈的最明显标志，将细沟作为坡面容许土壤流失量判别的标志不仅具有科学依据，而且易操作。

2.细沟具备坡面水土流失监测对象的条件

其一，通过现场量测细沟的形态参数、密度可以确定土壤流失量、水土流失强度，凡有细沟发育的坡面可计入水土流失面积和分布范围。

其二，细沟痕迹看得见，摸得着，可监视量测。

其三，百姓易理解，对坡面上有沟时土壤流失严重具有感性认识，由此得出的监测成果易让各方接受。

其四，无须修建相关监测设施，不需额外建设成本，也无须长期人力观测，不受经济条件限制，无人员技术要求。

3.细沟作为坡面水土流失治理效果评估的重要指标

以细沟消灭作为坡面水土流失治理最基本目标，通过布置各项综合治理措施，将土壤流失量控制在容许土壤流失量范围内，从而达到保持水土的基本要求。待项目实施完成后，检查验收时，其一，将细沟分布与否作为水土流失治理面积和强度的判断指标，坡面无细沟时不计入水土流失面积，坡面有细沟时则计入水土流失面积，且根据细沟形态大小和分布密度，将水土流失强度划分为若干等级。其二，将细沟发生与否作为治理措施效果评估重要指标，坡面无细沟时，说明治理措施保持水土资源的效果较好，反之则说明治理措施不得当，需要整改。

4.细沟作为坡面水系工程布局的依据

为防止细沟发生，以细沟发育临界顺坡坡长为间隔，沿等高线横向设置截水沟（配套田间道路），拦截上坡径流泥沙及其携带的养分，截水沟两端接沉沙池和过滤带，泥沙沉淀过滤后，径流流入蓄水池，蓄水池蓄满后通过设置纵向排水沟（配套田间道路）向下坡蓄水池逐级排导，在最后排入附近溪沟前设置面源污染净化处理措施，保障下游水质安全，实现水土流失与面源污染兼顾治理的双重目标。

四、结 语

尽管细沟的形态特征、侵蚀特点和发育条件都说明细沟作为坡面水土流失红线监测标志的可行性，但由于细沟相关研究成果主要在北方黄土高原地区，在南方研究较少，在南北方自然地理条件差异显著的情况下，细沟发育机理和特点是否相似还难下结论。因此建议深入开展尤其是南方地区的细沟发育过程和启动条件研究，为进一步论证全国乃至全球推广细沟作为坡面水土流失红线监测标志提供科学依据，也为实施开展以细沟治理为核心的生态治理工程提供决策依据。

[1]张新玉,等.我国水土保持监测工作现状及探讨[J].中国水土保持,2014(4).

[2]郑粉莉,等.黄土高原沟蚀演变过程与侵蚀产沙[M].北京：科学出版社,2010.

[3]朱显谟.黄土高原水蚀的主要类型及其有关因素[J].水土保持通报,1982(3).

[4]郑粉莉,等.坡耕地细沟侵蚀的发生、发展和防治途径的探讨[J].水土保持学报,1987(1).

[5]Mutchler C,et al.Soil detachment by raindrops.In:Present and Prospective Technology for Predicting Sediment Yields and Sources[J].Agricultural Research Service Report,1975,ARS-S-40.

[6]Meyer L D,et al.Source of soil eroded by water from upland slopes[J].Agricultural Research Service Report,1975,S-40.

[7]Whiting P J,et al.Depth and areal extent of sheet and rill erosion based on radionuclides in soils and suspended sediment[J].Geology,2001(12).

[8]严冬春,等.川中紫色丘陵坡耕地细沟发生临界坡长及其控制探讨[J].水土保持研究,2010(6).

[9]张科利,等.坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究 [J].地理研究,1998(2).

[10]陆兆熊,等.黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀过程研究 [J].中国水土保持,1991(11).

[11]唐克丽.黄土高原地区土壤侵蚀区域特征及其治理途径[M].北京:中国科学技术出版社,1990.

[12]刘秉正,吴发启.土壤侵蚀[M].西安:陕西人民出版社,1996.

[13]柯克比,摩根.（王礼先,吴斌,洪惜英译）.土壤侵蚀 [M].北京:水利电力出版社,1987.

[14]Gómez J A,et al.Runoff and sediment losses from rough and smooth soil surfaces in a laboratory experiment[J].Catena,2005（59）.

[15]李君兰,等.细沟侵蚀影响因素和临界条件研究进展[J].地理科学进展,2010(11).

Feasibility studies on using rill as monitoring sign of redlines for soil and water loss on slope surface//

Zhang Pingcang,Cheng Dongbing

Redlines of soil and water loss refer to control lines of soil loss calculated in eroded areas.Allowable soil loss refers to characteristic value of soil erosion redlines.However,there is no indication sign for monitoring of soil erosion redlines.The first task of studying soil erosion redlines is to find out the objects of monitoring.Being one of the rill landscapes under the function of hydraulic erosion,the formation of rill may be applied as the clearest sign of slope erosion ranging from slight to intensive.According to its morphological characteristics,erosion feature and development condition,the possibility of using rill as monitoring sign is examined.It is demonstrated that rill can be a monitoring object and sign for judging allowable soil loss of slope and also key indicator for assessment of erosion control and basis for design of slope water system.

soil and water conservation;monitoring;rill;redlines of soil and water loss;sign

S157

B

1000-1123（2017）16-0042-03

2017-05-12

张平仓，教授级高级工程师，博士，主要从事土壤侵蚀与山洪灾害防治研究。

长江科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费（CKSF2017050/TB）。