黄土高原小流域沟道水沙运移模拟试验研究

我中心2007届硕士研究生舒若杰同学，在导师吴普特研究员和高建恩研究员的指导下，经过三年努力完成了黄土高原小流域沟道水沙运移模拟试验研究

                           摘要 

     支离破碎的黄土高原由不同大小的(小)流域组成，是黄河泥沙的主要来源区。研究小流域产流产沙过程和机理，可深入理解小流域土壤侵蚀的时空分布规律，为小流域侵蚀预报模型研究和水土流失防治提供思路和数据。目前小流域坡沟系统土壤侵蚀研究的取得了一批高水平的研究成果。但由于问题的复杂性，迄今为止，对坡沟关系还没有一个较为完满的答案，尤其在泥沙来源、治理策略等一些基本问题上还存在较大分歧与争议。本文针对以上问题，将小流域沿沟缘线分为坡面与沟道两部分，运用正态整体模型试验的方法研究小流域沟道水沙运移规律。全文主要包括以下三部分内容：
1. 小流域模型人工模拟降雨
    在模型试验的基础上，运用计算机矢量化软件和色斑法相结合，分析了模型人工降雨雨强率定、雨滴取样、雨滴大小组成分布、降雨能量等降雨特性参数，得出不同喷头组合、不同水头压力条件下模型降雨强度、以及不同雨强条件下降雨雨滴中数直径与模型降雨总动能，为模拟黄土高原小流域水沙运移试验降雨尺度的选择提供依据。
2. 小流域沟道产流
    针对以往小流域沟道产流产沙研究建立在小区模拟降雨试验，或小区观测，以及由完整小流域水文资料推导的问题，在小流域的纯沟道上进行试验，研究了人工降雨条件下小流域沟道产流、汇流以及沟道降雨入渗跟降雨强度的关系，最后根据验证的相似比尺向原型进行了转换。在跟坡面产流比较的结果表明：沟道径流量、产流系数均高于坡面，其中次降雨径流量为该小流域坡面径流量的1.14～1.2倍。
3. 小流域沟道产沙
    基于延安燕沟康家圪崂沟小流域模型，通过人工降雨试验研究沟道产沙情况，得出沟道平均含沙量、泥沙输移量、侵蚀模数与降雨强度均存在 的关系，沟道次降雨平均含沙量为小流域坡面的3.17～4.33倍，侵蚀模数是坡面的3.78～5.10倍。对沟道产沙过程用相似比尺进行转换，并跟原型小流域降雨产沙过程进行比较，结果表明：转换后沟道起沙过程与含沙量峰值与原型产沙对应过程一致，基本能正确反应出这两过程的变化趋势；含沙量的消退过程与原型产沙不符，通过对沟道产沙过程的修正，推导得出原型沟道输沙变化过程。