纸坊沟流域暴雨侵蚀与坡面人工降雨产流产沙试验研究

发布时间：2020-11-19 02:15

　　 本文以甘肃省平凉市纸坊沟小流域为研究对象,通过分析流域历年降雨、径流、泥沙资料,结合坡面人工模拟降雨试验,分别从坡面、小流域尺度上对流域暴雨侵蚀进行了研究。首先,根据气象部门暴雨标准,筛选出1959~1997年间发生的历次暴雨,阐述小流域暴雨时空分布及产水产沙特征,建立了次暴雨的水沙数学模型;其次,通过实测不同坡面土壤体积含水率的变化,分析土壤水分动态变化规律,为研究坡面水循环过程提供了依据;同时,开展了不同下垫面径流试验场人工模拟降雨试验,分析了降雨侵蚀规律,并建立了坡面降雨侵蚀模型。本文主要研究结论如下:(1)1959~1997年间,共发生暴雨97次,多以历时小于12h为主,占总次数的47.4%;年内暴雨主要分布在汛期,其中7月份出现39次,占总次数的40%;暴雨空间分布特征表明,暴雨中心在全流域均有出现,平均离差系数Cv为0.23,不均匀系数η为0.79,极端比值系数α为2.46,历时较长的暴雨在空间上的不均匀性一般小于短历时暴雨。(2)采用累积距平、Mann-Kendall秩次相关等方法分析暴雨径流变化趋势,结果表明:由于气候和下垫面因素的变化,1966~1985年间暴雨形成的径流量呈较大波动,1985年后径流量变幅明显减小;暴雨形成的侵蚀量占年侵蚀量的16.5%~89.8%,平均值62.7%,土壤侵蚀主要来源于流域中、下游区域。(3)构建了基于前期影响雨量、径流深、平均降雨强度因子的小流域暴雨侵蚀方程,R2为0.818,模拟结果表明:该方程在小流域暴雨侵蚀预报中具有较好的适用性。(4)土壤深度30cm以内,土壤水分动态强烈受气温和降水的影响;土壤深度30~40cm坡面土壤水分动态主要受降雨、气温等因素的影响;土壤深度40~180cm土壤水分动态主要受土壤特性和植被根系分布等的影响。表层土壤水分消耗量与水面蒸发量相关性较好。(5)降雨历时相同情况下,产流阈值与植被覆盖度呈正相关关系,与坡度呈负相关关系;径流深、产沙量与植被覆盖度呈负相关关系,与坡度呈正相关关系。在试验降雨强度范围内,植被的减水率、减沙率最高分别为29%、87%。(6)降雨强度为60mm/h时,裸露坡面产流初期产沙量增加较快,在5~10min达到峰值,20min以后产沙量达到稳定状态;草坡对于产沙过程调控作用明显,产沙量呈现稳定的变化规律,随降雨的进行,含沙率有微小增大。(7)构建了基于降雨因子、坡度坡长、植被覆盖度等因子的小流域坡面次降雨产沙经验模型,R2为0.91,模拟效果较好。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S157
【文章目录】：
中文摘要
Absract
第一章 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 坡面尺度水土流失
        1.2.2 小流域尺度水土流失
        1.2.3 暴雨下的水土流失
    1.3 研究内容
        1.3.1 坡面尺度人工模拟降雨试验
        1.3.2 小流域暴雨侵蚀
        1.3.3 坡面土壤水分动态
    1.4 技术路线
第二章 研究区概况
    2.1 地理位置
    2.2 地形地貌
    2.3 土壤与植被
        2.3.1 土壤类别及特征
        2.3.2 植被覆盖
    2.4 河流水系
    2.5 水土流失治理概况
第三章 坡面人工降雨试验研究
    3.1 试验设计
        3.1.1 试验场地
        3.1.2 人工模拟降雨装置
        3.1.3 试验过程
        3.1.4 数据收集
    3.2 坡面产流阈值研究
        3.2.1 降雨强度与产流阈值之间的关系
        3.2.2 坡度对产流阈值的影响
        3.2.3 植被覆盖对产流阈值的影响
    3.3 坡面地表径流研究
        3.3.1 降雨强度与径流深的关系
        3.3.2 坡度对于径流的影响
        3.3.3 植被覆盖对坡面产流的影响
    3.4 坡面产沙研究
        3.4.1 降雨强度对坡面产沙的影响
        3.4.2 坡度对坡面产沙的影响
        3.4.3 植被覆盖对坡面产沙的影响
    3.5 坡面产沙过程研究
    3.6 次降雨坡面产沙模型研究
        3.6.1 RUSLE模型在坡面的应用
        3.6.2 经验模型在纸坊沟流域的应用
第四章 小流域暴雨侵蚀研究
    4.1 资料来源
    4.2 暴雨特征
        4.2.1 暴雨识别
        4.2.2 暴雨年际（内）分布特征
        4.2.3 暴雨空间分布特征
        4.2.4 降雨量等值线
    4.3 径流特征
        4.3.1 累计距平法
        4.3.2 归一化分析
        4.3.3 Mann-Kendall秩次相关检验法
        4.3.4 次暴雨径流特征
    4.4 泥沙特征
        4.4.1 暴雨产沙年际变化
        4.4.2 径流对产沙量的影响
        4.4.3 泥沙主要来源
        4.4.4 典型暴雨水沙过程
    4.5 次暴雨产水产沙模拟
        4.5.1 相关性分析方法
        4.5.2 参数相关性分析
        4.5.3 暴雨径流模拟
        4.5.4 暴雨侵蚀模拟
第五章 坡面土壤含水率特征研究
    5.1 坡面土壤水分时空变化规律
        5.1.1 土壤水分日变化
        5.1.2 土壤水分垂向变化
        5.1.3 不同坡度、坡位含水率变化
    5.2 表层土壤水消耗
第六章 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 存在的问题及未来展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢

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