华北平原区典型下垫面降雨产流规律试验研究

发布时间：2020-10-25 20:29

　　 本文以河北工程大学降雨—径流—灌排试验场为依托,以各雨量站收集到的邯郸市多年短历时强降雨资料为人工模拟降雨依据,在试验场径流小区尺度分析了华北平原典型区地表径流和壤中流的产流过程及其发生规律,并构建产流预测模型,试验所得结论可进一步为流域尺度上华北平原区水文过程研究提供参考和依据,也是对该地区流域分布式水文模型产流模块进行的一次有益尝试。研究主要结果如下:(1)研究区年均降雨量为523.40mm,绝大多数降雨都发生在5～10月的汛期,一年中日降雨多为1Omm/d以下。对292场次降雨过程进行分析归纳将研究区降雨类型大致分为大雨强、短历时和小雨强、长历时两种雨型,且前者发生概率约为后者3.5倍。(2)依据邯郸市多年水文站资料的统计分析结果,本研究选取0.77mm/min、1.22mm/min、1.56mm/min 和 1.78mm/min 四种典型降雨强度和 53.6min、85.4min和127min三种典型降雨历时,共12种降雨组合进行人工降雨模拟试验研究。计算表明12场降雨平均降雨均匀度的为82.4%,通过色斑法对人工模拟降雨的降雨雨滴直径研究表明,试验中降雨雨滴大小分布满足贝斯特雨滴大小分布函数,式中a = 3.15I0.147 n = 3.27I-0.134。(3)通过人工模拟降雨获取的实测数据建立一套符合华北平原区的P+Wa～R降雨径流经验图。并通过回归方程建立径流系数(α)与降雨量(P)、雨强(i)和降雨前期土壤含水量(Wa)的经验关系式如下:α = 0.006P + 0.180i+ 2.666Wa-0.950(n=12,R2 = 0.91)(4)通过对人工模拟降雨的实测数据计算得出共有4场降雨达到土壤稳定下渗率,虽然不同场次初始下渗率不同,但土壤的稳定下渗率都趋近于约0.10mm/min左右。(5)可以将华北平原区退水常数k分为两类,即将河道径流和地表径流归纳为一类,k值范围为0.77～0.89,平均k值为0.85;各层壤中流归纳为一类,k值范围为0.92～0.98,平均k值为0.95。(6)通过采用Horton入渗模型来描述表层土壤入渗过程和水箱模型描述地下径流过程,经过实测数据验证,整体拟合效果较好。可为华北平原区水文过程研究提供参考和依据。
【学位单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P333.1
【部分图文】：

中包气带的岩土结构绝大多数情况下并非均质。魏普基（R.E.W在美国俄亥俄州东部森林中的山坡径流场所观测的资料进行上最早发现壤中水径流的学者之一[5]。壤中水径流产生的物理包气带必须存在相对不透水层，并且上层土壤的质地比下层粗含水量达到田间持水量。随后人们又发现在地表土壤下渗容量可有地表径流的产生。这是经典 Horton 产流理论不能解释的， 年代被邓恩（Dunne）等人通过大量实验和观测所证实[6]。这提出的超渗机制，还存在饱和机制。饱和地面径流产生的物理存在相对不透水层，且上层土壤的下渗容量远远强于下层土壤上层的土壤含水量达到饱和含水量。由上述分析可以看出无论产生，都是由于相对不透水层的存在，这就是所谓的界面产流情况异常复杂，即使针对特定的下垫面，由于降雨历时、降雨初始含水量的不同，产生的径流成分也多种多样。因此，邓恩（出了一个图（见图 1-1）可以较好的阐述产流机制随包气带特互转化的情况[8]。

表 2-1 试验小区的基本情况Characteristics of the experimenta向 植被向南农耕地，土壤表面杂草50%左右.草高一般小脆弱,属幼距离安置降雨行车 5 架，水泵 5 个，用来为每架降降雨参数的设置(如降雨强度降雨。每架降雨行车下在东量筒 10 个用来测量人工设土壤水分监测设备 29 根、160cm、190cm、250cm 和

图 2-2 河北工程大学降雨径流试验场概况全景图Fig.2-2 A panoramic view of rainfall runoff plot of Hebei University of Engineering2.2.2 气象因子的观测为准确的观测径流小区附近的气象情况，在降雨径流试验场旁架设小型气象站用以采集试验小区近地面 2m 气温、相对湿度、风速等，采集频率为 15min/次。试验小区自 2017 年 1 月到 10 月气温、相对湿度、风速变化折线图见下图 2-3（每天的平均气温、相对湿度、风速的计算方法为全天 96 次信息采集的均值）。
【参考文献】

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本文编号：2855917