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黄土高原小流域沟道水沙运移模拟试验研究

舒若杰  
【摘要】: 支离破碎的黄土高原由不同大小的(小)流域组成,是黄河泥沙的主要来源区。研究小流域产流产沙过程和机理,可深入理解小流域土壤侵蚀的时空分布规律,为小流域侵蚀预报模型研究和水土流失防治提供思路和数据。目前小流域坡沟系统土壤侵蚀研究的取得了一批高水平的研究成果。但由于问题的复杂性,迄今为止,对坡沟关系还没有一个较为完满的答案,尤其在泥沙来源、治理策略等一些基本问题上还存在较大分歧与争议。本文针对以上问题,将小流域沿沟缘线分为坡面与沟道两部分,运用正态整体模型试验的方法研究小流域沟道水沙运移规律。全文主要包括以下三部分内容: 1.小流域模型人工模拟降雨 在模型试验的基础上,运用计算机矢量化软件和色斑法相结合,分析了模型人工降雨雨强率定、雨滴取样、雨滴大小组成分布、降雨能量等降雨特性参数,得出不同喷头组合、不同水头压力条件下模型降雨强度、以及不同雨强条件下降雨雨滴中数直径与模型降雨总动能,为模拟黄土高原小流域水沙运移试验降雨尺度的选择提供依据。 2.小流域沟道产流 针对以往小流域沟道产流产沙研究建立在小区模拟降雨试验,或小区观测,以及由完整小流域水文资料推导的问题,在小流域的纯沟道上进行试验,研究了人工降雨条件下小流域沟道产流、汇流以及沟道降雨入渗跟降雨强度的关系,最后根据验证的相似比尺向原型进行了转换。在跟坡面产流比较的结果表明:沟道径流量、产流系数均高于坡面,其中次降雨径流量为该小流域坡面径流量的1.14~1.2倍。 3.小流域沟道产沙 基于延安燕沟康家圪崂沟小流域模型,通过人工降雨试验研究沟道产沙情况,得出沟道平均含沙量、泥沙输移量、侵蚀模数与降雨强度均存在aI b的关系,沟道次降雨平均含沙量为小流域坡面的3.17~4.33倍,侵蚀模数是坡面的3.78~5.10倍。对沟道产沙过程用相似比尺进行转换,并跟原型小流域降雨产沙过程进行比较,结果表明:转换后沟道起沙过程与含沙量峰值与原型产沙对应过程一致,基本能正确反应出这两过程的变化趋势;含沙量的消退过程与原型产沙不符,通过对沟道产沙过程的修正,推导得出原型沟道输沙变化过程。


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