基于径流侵蚀功率的流域次暴雨产沙模型研究

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1、．54．第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集基于径流侵蚀功率的流域次暴雨产沙模型研究李占斌1鲁克新1李鹏1郭彦彪2朱永清1，3(1．西安理工大学水资源研究所西安710048；2．华南农业大学资源与环境学院广州510642；3．长江流域水土保持监测中心站武汉430010)摘要：本文提出了基于径流深和洪峰流量两个流域次暴雨洪水特征的径流侵蚀功率的概念，并利用黄土高原两个小流域次暴雨径流泥沙资料，建立了基于径流侵蚀功率的流域次暴雨产沙模型。经初步研究，本文所建立的幂函数型产沙模型的计算精度较高，表明径流侵蚀

2、功率综合反映了降雨径流侵蚀和搬运泥沙的能力，可以用于黄土高原小流域次暴雨侵蚀产沙预报。关键词：径流侵蚀功率径流深洪峰流量流域输沙模数预报模型长期以来，在自然因素和日益严重的人为因素的双重作用下，我国的水土流失情况非常严重。国内外的研究学者在流域侵蚀产沙过程及其影响因素等方面开展了大量的研究工作，并取得了许多丰硕的研究成果。国外学者研制的以USLEtll、RUSLE【2】、ANSWERSE"、WEPPt41、EUROSEM[51、AGNPSt61、LISEMt71等为代表的流域土壤侵蚀模型，对于我国土壤侵蚀机

3、理研究和土壤侵蚀模型的研制具有较好的借鉴作用。然而，上述土壤侵蚀模型的基本理论公式大部分是在缓坡的基础上建立的，而我国水土流失严重的黄土高原地区具有沟壑纵横、坡陡沟深的地貌特征，并存在重力侵蚀和高含沙水流的侵蚀产沙特点，因此将国外现有的土壤侵蚀模型直接应用于我国坡陡沟深的侵蚀现状必然存在许多问题。自20世纪60年代以来，我国学者在学习和借鉴国外先进土壤侵蚀模型的基础上，相继成功研制和开发了一批具有中国特色的土壤侵蚀预报模型【8叫7】，但限于土壤侵蚀过程本身的复杂性和实际客观条件，这些模型都不同程度地存在着资

4、料要求过于严格、物理概念模糊和实际应用困难等局限。在借鉴国内外已有研究成果的基础上，本文提出了基于径流深和洪峰流量两个流域出口洪水特征的径流侵蚀功率的概念，并利用黄土高原典型小流域的实测径流泥沙资料，建立了基于径流侵蚀功率的流域次暴雨产沙模型。1径流侵蚀功率的理论基础流域侵蚀产沙是一个极其复杂的物理过程，究其原因，流域产沙不仅受降雨特征(包括降雨量、降雨强度)及其在流域尺度上的时空分布特征等影响，还受流域下垫面特性(包括土壤、植被、地形、地貌等)及其空间分布特征的共同作用。降雨特性的时空分布差异基金项目：国

5、家自然科学基金项目“坡面径流侵蚀输沙动力过程试验研究”(40371075)。作者简介：李占斌，男，1962年出生，河南镇平人，教授，主要从事水文水资源及流域泥沙等方面研究工作。二、流域侵蚀及产沙·55’和流域下垫面因素的空间分布多样性是造成不同流域侵蚀产沙特征千差万别的主要原因。次暴雨条件下流域出口的洪水特征是天然降雨与流域下垫面共同作用的最终体现，间接反映了天然降雨和流域下垫面对流域侵蚀产沙的综合影响。与此同时，降雨在流域下垫面上产生的径流不仅是流域坡面和沟道侵蚀产沙的根本动力，而且是泥沙输运的主要载体，

6、径流的多少很大程度上决定了被径流输送的泥沙的多少。正因为如此，一些研究学者利用流域出口水文站的径流泥沙资料，构建流域出口处的水沙关系(可划分为不区分涨落段的径流深一输沙量关系和区分涨落段的流量一输沙率关系两类)，进而建立流域侵蚀产沙模型[18,19]。关于次暴雨条件下的流域产沙量研究，国内外学者一般采用由径流总量(或径流深)和洪峰流量构成的单个N-Y：或组合因子计算流域产沙量[8’9·24'251。蔡强国等‘261、崔灵周等【211通过对岔巴沟流域不同尺度流域产沙量与洪峰流量和径流深的回归分析发现，流域产沙

7、量与流域出口的径流深、洪峰流量具有显著的相关性，在此基础上，建立了各自的岔巴沟流域不同空间尺度上流域产沙量和径流量、洪峰流量的统计回归模型。径流深和洪峰流量是反映次暴雨条件下流域出口洪水特征的两个重要参数。径流深代表次暴雨在流域上产生的洪水总量的多少，间接反映了降雨量的大小以及流域下垫面对降雨的再分配作用的强弱，而洪峰流量则代表洪水的强度，间接反映了降雨的时空分布特征和流域下垫面对径流汇流过程的影响。一般情况下，径流深与洪峰流量之间没有明显的相关关系，虽然洪峰流量的大小在一定程度上影响到径流深的大小，但径流

8、深并不取决于洪峰流量，可以认为两者是相互独立的。为此，本文将径流深日和洪峰流量瓯的乘积Q槲作为表征次暴雨条件下流域出口径流深和洪峰流量对流域产沙量的影响的综合指标，并令E=绋H(1)为了进一步明确指标E的物理意义，对公式(2)进行如下变换：E：等绋：堡∥酶：竺wAA’A=』L(2),ogWVpgA由物理学知识知：F=昭形，1、P=FV＼一，令K：』，则式(2)转化为：,ogAE=KP(4)式中：矿为次暴雨的径流总