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　　物理成因产沙模型研究中亟待解决的几个问题论文 摘要：剖析了HUM-1、THU和CSU三个国内外有代表性的物理成因产沙模型的结构、特点和存在的问题，分析了物理成因产沙模型应该考虑和解决的主要水沙物理过程，指出该类模型当前急需解决的六个问题和基本思路。 关键词：物理成因产沙模型 模型结构 泥沙输移 参数区域规律 水土保持 1 引言 流域侵蚀产沙模型是对流域内土壤侵蚀和泥沙输移现象的概化和近似表达，包括统计模型和物理成因模型两大类。前者基于大量的实测气象、水文、泥沙观测资料，经统计分析得到。又可分单位线法、经验方程和随机模型等，其中，以经验方程形式多样，研究和应用最多；后者以流域上实际发生的水沙物理过程为基础.freelann四点隐式差分格式，可推求出水流运动差分方程 (2) 式中θ为权重系数，在0.6,1取值；K为系数；α为指数。对坡面流Q为单宽流量，R(x,.freel、γs分别为浑水容重和泥沙密实干容重；g为重力加速度；τ0、V分别为各区坡面或沟道水流的切应力和平均速度；为斜坡上泥沙起动切应力。 由此可得到单元流域土壤侵蚀率ET为 ET=2(Er+Eg)+Ec （6） 2.1.4 全流域产沙量 坡面及沟道的侵蚀物质必须输移到出口断面才能成为流域的产沙量，侵蚀物质的输送受到水流条件、泥沙条件、沟道边界条件和流域尺度等多种因素的制约，尤其以流域尺度的影响反映最直观。一般来讲，在不考虑其它因素条件下，流域越小，泥沙输移比就越大。模型研究的流域尺度均属小流域，假定泥沙输移比为1.0，完全能够满足计算精度要求，并且可使计算大大简化。这样，流域出口断面的产沙量可由各单元土壤侵蚀量错开若干个传播时段叠加求得。 2.2 THU模型2 THU于90年代初由清华大学谢树楠等研制，主要应用于黄土丘陵沟壑区的暴雨产沙模拟。 2.2.1 模型结构 由产流模型与产沙模型组成。产流模型用径流系数法，考虑降雨量、降雨强度和前期影响雨量对它的作用，通过回归分析确定径流系数；产沙模型假定坡面流为一维流动，压强按静水压强分布，流动中的动量系数为常量，不考虑泥沙的粘性，沟道泥沙输移比为1，根据水流连续方程、动量方程、泥沙连续方程和挟沙力公式，结合水文、气象、土壤和地质地貌学的基本原理，导得流域侵蚀产沙量计算公式。 2.2.2 产流计算公式 次暴雨过程中，单位面积单位时段内产生的径流深R用下式计算 R=f·P (7) 式中 P为时段降雨量；f为径流系数，与降雨量P、降雨强度I和前期影响雨量Pa有关 { f=0.002693P0.3814I0.9023 I 10mm/h (8) f=0.0006017P0.9051I1.44Pa0.1442 I 10mm/h 2.2.3 产沙计算公式 坡面产沙由（9）计算 (9) 沟道产沙由（10）计算 (10) 时段产沙量为 ing Li等人提出。该模型可以模拟流域表面水文过程、产沙过程和小流域上的水沙运动和时空变化，是一个物理成因较强的分散性模拟模型。 2.3.1 模型结构 模型分成坡面漫流部分和河道系统部分。坡面漫流部分可以模拟截留、蒸发、填洼、下渗等损失及雨滴溅蚀和面流冲刷等过程，并将坡面水沙演算到最近河槽；河槽系统部分模拟坡面水沙在河槽内的运动，确定槽泥沙的冲淤。 2.3.2 产流计算 时段平均下渗率用（13）式表示 （13） ΔF=-(2F-KΔt)/ 2+{(2F-KΔt)2+δKΔt(δ+F)/1/ 2}/2 （14） 式中 Δt为时段长；ΔF为下渗改变量；F为下渗量；K为水力传导度；δ为势头参数。 产流量计算如下 (15) 2.3.3 汇流计算 坡面及沟道汇流均用一维运动波方程组来描述 (16) 式中 Q为流量；A为断面面积；ql为超渗雨或旁侧来流；S0为坡面或沟道坡度；f为阻力系数；R为水力半径；g为重力加速度。 方程组（16）采用有限差分方法联立求解，即可求得坡面或沟道内任意位置的流量过程及其它水力要素。 2.3.4 产沙计算 流域产沙量计算遵循以下产沙模式：假定雨滴溅蚀量为Za，供沙量为Sa，Sa=Za，水流挟沙能力为GT，径流冲刷量为D,则 { -1和CSU模型考虑了坡面及沟道汇流计算，所得结果为时空变化过程。THU模型未考虑汇流计算，所得结果为时间变化过程；（5）CSU模型单独模拟降雨溅蚀过程，HUM-1模型将雨滴溅蚀考虑在梁峁坡土壤侵蚀计算中，THU模型将之列于流域总侵蚀量计算中；（6）HUM-1、CSU模型都考虑了坡面径流侵蚀产沙和沟道侵蚀产沙计算，THU模型将之都考虑在总量计算中；（7）三个模型在实测资料验证的基础上，都较好地应用于产流产沙量预报计算。其中，HUM-1、THU模型进一步用来计算水土保持减水减沙效益，分析水沙变化之原因。 同时，各模型存