径流侵蚀功率理论在不同尺度坡面侵蚀产沙中的应用

基于次暴雨洪水过程中径流深、洪峰流量模数2个的重要水文特征参数,提出了用以描述坡面次暴雨水蚀动力的径流侵蚀功率的概念,并以岔巴沟流域团山沟不同空间尺度径流场历年实测次暴雨径流泥沙资料为基础,分析了径流侵蚀功率与坡面径流场次暴雨侵蚀模数之间的相关性,提出了适用于坡面次暴雨侵蚀产沙计算的基于径流侵蚀功率的坡面次暴雨水沙响应关系.研究结果表明:径流侵蚀功率与坡面次暴雨侵蚀模数之间存在极显著的幂函数相关关系,径流侵蚀功率可以较好地表征坡面次暴雨水力侵蚀动力.本研究成果可为黄土高原坡面次暴雨侵蚀产沙模型侵蚀动力因子的确定提供参考.     

基于典型次洪泥沙动力学过程的岔巴沟流域水沙关系分析

为准确把握岔巴沟流域径流泥沙变化趋势并分析其原因,以岔巴沟流域1970—2016年98场洪水输沙过程为研究对象,通过分析不同年代次洪输沙量,阐明了次洪水输沙动力学过程。结果表明:岔巴沟流域近50 a来次洪输沙滞回曲线模式主要表现为顺时针型、逆时针型、8字型、复杂型4种,4种模式中逆时针型所占比例和次洪输沙量最大,顺时针型所占比例最小,但平均洪峰流量和平均输沙峰值最高,复杂型洪水平均持续时间最长。不同年代次洪输沙频率表现为1980—1989年间洪水输沙滞回曲线以逆时针型为主,其次为复杂型洪水,2006年以来逆时针型和复杂型洪水数量大幅减少,8字型洪水数量增多; 出现这种现象可能是由于岔巴沟流域自20世纪70年代以来开展小流域综合治理,各种水土保持措施在1970—1989年间产生较强的作用,但2000年后,由于长期使用后产生淤满和损坏等状况,效力逐渐降低,对岔巴沟流域整体的水沙输移模式产生影响。     

森林植被变化对流域产水产沙的影响——以长江中游香溪河流域为例

针对香溪河流域森林变化及河川径流泥沙的产生特点,采用流域自身对比法,以森林覆盖率和活立木总蓄积量为主要森林指标,分析研究了森林变化与单场暴雨径流系数、洪水总量、洪水过程及年输沙模数的关系,结果表明:森林植被覆盖度降低,使洪水径流系数增大,洪水总量增加,暴雨洪水峰值增大,洪水过程历时明显缩短。     

悬移质瞬时输沙单位线的探讨

本文试用纳希瞬时单位线法推求悬移质瞬时输沙单位线.通过对陕北黄土丘陵沟壑区岔巴沟支流刘家沟流域暴雨、洪水、泥沙资料的分析,得到了产沙量W_s与地面径流量W的相关方程及瞬时输沙单位线滞时m_(s1)与平均产沙强度的I_(scP)相关方程.经验证,用本方法在已知净雨过程时,便可推出流域的悬移质输沙过程线.     

湘中红壤丘陵区小流域次雨洪产沙模型研究

为建立适用于湘中红壤丘陵区小流域次雨洪产沙模型,对湖南省武水河井头江水文站上游流域共27场具有代表性的小洪水的降雨、径流与泥沙进行了相关分析和精度检验。结果表明：次暴雨输沙模数和最大0.5 h雨强、次降雨量、次地表径流深都有较好的相关性,因此选取次降雨量与最大0.5 h雨强做因子,采用最小二乘法建立了次输沙模数的二元一次线性回归模型。经检验,该模型具有一定的精度,可据此模型对该流域次雨洪产沙量进行预报。     

岔巴沟流域土壤抗蚀能力分析

针对土壤因素在流域产流产沙中的作用,借助35技术,利用抗蚀性指数模型计算了岔巴沟流域各土种的抗蚀力值,并绘制了土壤侵蚀分类图和综合因子下的土壤侵蚀分级图。结果表明:岔巴沟流域土壤侵蚀趋势与以人类活动为主的影响因素呈相关分布;土壤类型的侵蚀分异为西北部及东南部最强,东北部最弱。     

流域植被对减缓土壤侵蚀作用的实验研究

根据河北省邢台市西部山区两个小流域实验站的水文泥沙监测资料,对不同流域在不同植被情况下,流域植被对减缓土壤侵蚀的作用进行分析,阐明流域植被对年输沙模数、地表径流含沙量以及次暴雨对输沙模数的影响等,结果表明,较好的流域植被对涵养水源、控制土壤侵蚀起重要作用。     

黄河数字流域模型

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,可以理解为“数字流域 流域水沙、水质模型”。文中在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立具有多层结构的产流模型;在坡面产流的基础上,建立坡面产沙数学模型。进而以流域分级理论为依据,将坡面、小流域、区域、全流域四个层次的模型整合成一个完整的流域整体模型。文中提出了不同层次模型之间的联系途径和整合方法,探讨了模型框架、参数提取、模型计算原理方面的技术问题。应用建立的模型,给出了四个计算实例:黄河全流域水量计算、小花间汛期洪水模拟、多沙粗沙区产沙计算和岔巴沟淤地坝规划。实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨—径流模拟、侵蚀产沙计算和进行淤地坝规划的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报。     

流域侵蚀产沙过程随尺度变化规律研究

寻求不同尺度下侵蚀产沙过程的变化规律和普遍规律,是进行尺度转换的基础。本文以岔巴沟流域及其团山沟径流场实测水文数据为基础,探讨了不同尺度下流域径流过程、侵蚀产沙过程、水沙关系随尺度的变化规律。通过对峁坡、全坡面、毛沟、支沟、干沟的径流和泥沙分析表明,全坡面将流域径流过程、侵蚀产沙过程、水沙关系有机的区分开为坡面和沟道两种类型的变化过程,而全坡面又对毛沟的径流和泥沙起主导作用。     

模拟降雨条件下径流侵蚀力与地貌特征的动态响应关系

本文通过模拟降雨模型试验,用高精度摄影测量、GIS技术和分形理论,对不同雨强条件下小流域模型次降雨径流侵蚀力和地貌形态分形维数变化及其动态响应关系进行了研究。结果表明,基于次降雨洪峰流量模数和径流深乘积的流域尺度径流侵蚀力量化方法揭示了径流的做功效率;大雨强的次降雨径流侵蚀力明显高于小雨强,不同雨强的次降雨径流侵蚀力随模拟降雨场次增加均呈现较为相似的变化趋势;小流域模型历经25场模拟降雨,地貌形态趋于复杂化,地貌形态分形维数呈波动增加趋势;小流域模型地貌形态分形维数的所处取值范围对于相同降雨条件下次降雨径流侵蚀力变化趋势具有决定性影响。本研究揭示了地貌形态特征与次降雨径流侵蚀力空间变异定量作用关系,提高了流域尺度土壤侵蚀预报模型精度和适用性。     

三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征试验研究

三峡库区暴雨集中,历时短,强度大,是造成土壤侵蚀的重要因素。为开展对三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征研究,通过建立三峡库区小流域微缩模型,分别实施降雨强度为60,90,120 mm/h的3场人工模拟降雨,对小流域模型降雨入渗规律和径流侵蚀过程进行了分析。研究结果表明:径流量均随降雨强度的增加而增加,而降雨强度增加入渗的作用仅在一定范围内是有效的;随着降雨的进行,产流强度和入渗率都趋于稳定状态,入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;3场降雨中累计产沙量和累计径流量的关系均满足幂函数形式,含沙量和侵蚀量之间呈较好的线性关系。该研究成果可为这一区域的水土流失防治提供重要的科学依据。     

皇甫川流域产流产沙数学模型及水沙变化原因分析

该模型是从泥沙运动力学的基本理论出发，结合水文学，气象，土壤学和地理地貌学的原理建立起来的。并着重解决了在大流域计算中的流域的地理，地貌的差异性和降雨在时空分布上的不均匀性问题。     

大暴雨作用下黄土高原典型流域水土保持措施减沙效益研究

正确评估大暴雨条件下流域水土保持措施的减沙作用,可为科学揭示流域侵蚀产沙变化的驱动机理提供理论支撑。综合采用改进的水土保持成因分析法、林草植被减沙模型和分布式土壤侵蚀模型,对近10年大暴雨作用下4个典型流域的水土保持措施减沙作用进行了系统分析和研究。结果表明:佳芦河流域水土保持措施在"2012.7.27"大暴雨中减沙效益为65.4%;杏子河流域在"2013.7.12""2013.7.25"和"2013.7.27"三场连续降雨中,水土保持措施减沙效益分别为56.5%、40.7%和36.5%;西柳沟流域上游在"2016.8.17"大暴雨中,林草植被措施减沙效益达84.2%;岔巴沟流域在"2017.7.26"大暴雨中,水土保持措施减沙效益为79%。大暴雨作用下水土保持措施减沙效益明显,但遭遇连续极端降雨情况,水土保持减沙效益会降低。     

窟野河泥沙输移与冲淤特征分析

依据实测资料,并结合流域地质、地貌特点,对窟野河泥沙输移与冲淤特征做了分析。结果表明,流域的地质背景及地面物质组成决定了流域高产沙的特征;产沙量与汛期水量有良好的相关关系;河床有周期性的揭河底冲刷特征;流域内分布特征不同的暴雨产生的泥沙对黄河干流的影响明显不同,在黄土区出现暴雨的情况下黄河干流会较快做出响应;近年来窟野河水沙量有显著减少的趋势,但存在稀遇暴雨下的增沙可能。     

乌兰木伦河流域暴雨产沙分析研究

乌兰木伦河流域位于沙粗沙地区，其产流，产沙变化具有独特的规律。本文用考虑雨强时空分布的超渗产流模型及胜前期影响雨量为参数分别就涨水、落水段的含沙星 与流量关系的流域沙经验模型以计算产流量和产沙量，效果良好，基本满足实用要求，具有生价值，也可应用于同类流域。     

吕二沟小流域水土保持措施对径流和侵蚀产沙的影响

以甘肃天水吕二沟流域22年实测水文泥沙数据为基础，从降水～侵蚀产沙、径流～产沙关系入手，统计分析了小流域水土保持措施对径流和侵蚀产沙的影响。结果表明：小流域径流和侵蚀产沙在年内的分布与降水的季节分配和植被生长发育期有关；径流和侵蚀产沙的年际变化是随流域水土保持措施全面实施和小流域林草植被面积的增加，流域径流量和侵蚀产沙量逐渐减少。从单次降水～径流、降水～侵蚀产沙关系曲线来看，小流域水土保持措施发挥着明显的减水、减沙效益，为流域的综合治理、水土资源的合理开发利用提供科学依据。     

岔巴沟流域植被变化特征及其对水沙的影响

基于30 m×30 m分辨率陆地卫星(Landsat)遥感数据分析1987—2018年岔巴沟流域植被覆盖度的时空演变特征并生成流域土壤面蚀等级图,分析其对流域产流产沙的影响。结果表明:岔巴沟流域植被覆盖度整体呈现快速增长趋势,从1987年的24.7%增加至2018年的53.1%;流域植被覆盖度构成发生很大转变,2002年以后中、高覆盖度区域比例大幅上升,增长主要集中在丘陵沟壑地区;随着植被覆盖度的增长,流域产流产沙呈现减少趋势,地表面蚀有所减少,植被对产沙影响大于对产流影响。     

黄土高原小流域分布式水蚀预报模型

本文基于黄土高原丘陵沟壑区小流域地形复杂、径流与侵蚀产沙具有明显垂直分带性的特点，以栅格DEM(Digital Elevation Model)为基础，提出由水文模块和侵蚀模块两部分组成的黄土高原小流域分布式水蚀预报模型。水文模块包括降雨、截留、微地形表面存储、入渗、地表径流和沟道流过程，采用运动波方程实现汇流演算；侵蚀模块考虑雨滴击溅分离、坡面薄层水流、细沟水流、浅沟水流和沟道流剥离与沉积等基本过程，运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算。应用模型对次降雨事件模拟的初步结果表明，模型对中度以上侵蚀性降雨事件的模拟精度在85％以上。