地表径流调控与模拟试验研究

    我中心2005届博士研究生高建恩，在导师吴普特研究员的指导下，经过三年努力完成了地表径流调控与模拟试验研究     摘  要    地表径流调控和高效利用是同步解决黄土高原干旱缺水与水土流失矛盾的关键。本文针对地表径流的物理模拟技术、试验方法、调控技术与指标等方面存在的不足，采用理论分析与试验相结合的方法，开展了不同坡地及小流域地表径流调控与模拟试验的理论与技术研究，通过资料分析及试验验证，得到如下主要结论：     l、基于坡面流的经典理论和输沙平衡原理，得出具有一定理论基础的径流侵蚀沿坡长变化过程的计算模型、降雨坡面侵蚀临界坡长和径流系数计算公式，并通过了实测资料验证。结果表明，上述公式能够较好地描述坡面流的产流产沙规律。     2、提出了坡面径流调控率的概念及计算方法。调控率可以方便地描述不同措施的径流调控效果并可进行相互比较。利用调控率对不同坡度、不同坡长、不同措施的径流调控效果进行试验研究，发现该参数与以往的产流、产沙、土壤含水量、生物生长量及产量等单项描述指标相比，能够更加简便直观地描述径流调控的作用；试验结果还表明，不同单项优化的措施组合，常不能取得更好的径流调控效果，因此径流调控措施的优化试验，对其充分发挥高效调控作用是必要的。     3、基于降雨、径流、入渗的水动力学原理及相似论，初步给出了一套可对小流域地表径流进行模拟试验的设计方法和模拟试验技术。实验验证结果表明，在正态条件下，满足几何相似、降雨相似、水力侵蚀产沙、输沙相似及床面变形相似等条件下所建造的适当比尺的小流域模型，其降雨、汇流、产沙、输沙与原型是一致的，该技术可以作为模拟流域水力侵蚀调控，优化治理措施研究的有效方法。     4、提出了当量降雨过程的概念。当量降雨过程包括当量雨强和当量侵蚀量及当量降雨时间。当量雨强可采用某一保证率条件下最大30分雨强作为试验雨强，这为简化小流域模拟试验提供了技术方法。该模拟试验技术还要求遵循相似论的基本定律，即模型与原型应该服从同一个描述降雨、径流、侵蚀、产沙、输沙、床面变形及土壤水运动规律的物理方程；小流域水力侵蚀调控模拟相似要满足几何相似、运动相似和动力相似；小流域暴雨径流模拟相似应满足的基本比尺关系为几何相似、降雨相似、水流运动相似、侵蚀产沙运动相似、床面变形及土壤水运动相似等。     5、通过延安燕沟康家圪崂小流域调控措施模拟试验，结果表明，梯田集流调控面积是雨水集流面积的2.7倍时，由于布置位置不同，梯田比雨水集流调控减少沿程入渗少4％，泥沙调控率仅增加10％。从单位面积调控率来看，雨水集流调控率相对较高。这说明利用该模拟技术研究小流域径流调控工程和措施布置的优化方案是可能的。 关键词：地表径流  模拟试验  调控  相似定律  相似比尺