基于大流量时段黄土丘陵沟壑区流域水沙关系模型.pdfVIP

中国水土保持学会规划设计专业委员会2009年年会暨学术研讨会论文集 基于大流量时段的黄土丘陵沟壑区流域水沙关系模型’ 郑明国。 蔡强国1 程琴娟2 (1．中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环和地表过程实验室，北京100101； 2．陕西师范大学学报编辑部， 西安710062) 摘要：对水沙关系的研究，目前一般集中在次暴雨过程(intra--event)时间尺度，如流量含沙量关系的研 究。丽对次暴雨(inter-event)时间尺度，如次洪总水总沙关系的研究则较少。根据陕西子洲试验站9个流 域和山西离石试验站3个流域的观测数据，研究了黄土丘陵沟壑区次洪总水量和总沙量的关系。结果表明： 由于在研究区，当流量超过某一临界值后，含沙量保持稳定，且次洪平均含沙量主要取决于大流量时段， 故对于较大的洪水事件，其平均含沙量也趋于稳定，两个时间尺度的水沙关系表现出很好的相似性。因此 可用比例函数来拟合较人洪水径流深和产沙模数之问的关系。由于极端事件对研究区水土流失的重要性， 这使得该模型有很好的实用性。 关键词：水沙关系；流域产沙；时间尺度：黄土丘陵沟壑区 1引言 流域产沙是一个复杂的物理过程。影响土壤侵蚀和泥沙输移的所有因素，如气候、地形 地貌、土壤、植被、土地利用等11,21，都会对流域产沙量产生影响13,41。目前存在的许多产 沙模型12,4-71，可能出于实用的需要，一方面希望模型能够在较大的空间范围内适用，因此模 型中必须考虑许多的变量，另一方面，这些模型考虑的是多年平均产沙而不是次暴雨产沙， 这样由于空间和时间平均的结果，难以揭示流域产沙时空变异的真正原因。 小流域尺度的研究对理解大流域侵蚀过程和泥沙输移过程之间的联系尤其重要14’刀，而 目前对小流域的水文过程还缺乏详尽的研究，这限制了对水文过程的模拟水平【8】。对一个特 定的小流域，许多在大的空间尺度上影响产沙的重要因素，如气候、地质、土壤等因素，基 本可视为常量，径流可以认为是影响次暴雨流域产沙的最重要因素，例如，在黄土丘陵沟壑 区，许多流域都存在较好的水沙关系【9】，次暴雨总水量和总沙量的拟合采用幂函数【101或线 性函数形式Ill,12]都有很好的拟合效果，决定系数经常接近0．9，这表明次暴雨产沙变异的90％ 可以用径流因素来解释。但实际上这种水沙关系究竟是何种关系，甚至是线性还是非线性目 前都没有确切的答案。 次暴雨总水总沙的关系可以认为是次暴雨(inter-event)时间尺度的水沙关系，同样流 量含沙量以及流量输沙率关系可以认为是次暴雨过程(intra-event)时间尺度的水沙关系， 显然这两种不同时间尺度水沙关系之间存在某种联系。黄土高原水沙关系的研究已取得了大 量成果ll孓101，但这些研究主要在次暴雨过程时间尺度展开，对次暴雨时间尺度和这两种时间 尺度水沙关系之间的联系尚缺乏应有的研究。本文根据黄土丘陵沟壑区的岔巴沟和王家沟流 域的观测数据，分析了流域水沙关系特性，并提出一种新的流域水沙关系模型。 2研究区及数据简介 为对黄土高原的侵蚀产沙过程进行研究，黄河水利委员会和各省的水土保持部门先后建 立了若干野外试验流域，其中资料比较完整的是位于岔巴沟流域的陕西子洲试验站和位于王 家沟流域的山西离石试验站等【171两个试验站均位于黄土丘陵沟壑区，除特别说明外，文 中所用数据均来这两个试验站资料，与原始数据比，数据分析仅删除了径流深或产沙模数为 0的洪水记录(次洪径流总量或产沙总量太少，因此径流深或产沙模数记录为0。选择水文 站数据及流域基本情况见表1。 作者简介：郑明国(1971一)，男，湖北钟祥人，博士，中国科学院地理科学与资源研究所助理研究员，主 要研究兴趣为侵蚀产沙空间尺度问题及模型和遥感分类研究。TEL010- E-mail：zhengmg．04b@igsnrr．ac．cn —-189—· 中国水土保持学会规划设计专业委员会2009年年会暨学术研讨会论文集 表1流域特性及观测数据情况 ．．．．． ：!垒垒：!兰!竺竺垒苎!!!!竺!空!里兰!!!!!!璺苎竺曼!璺曼壁苎!!!!苎翌坚璺兰竺!竺!!!!!!!! 子洲试验站