刘前进[1]2004年在《基于GIS的流域侵蚀产沙模型研究——以晋西王家沟流域为例》文中指出土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域3个不同层次。在坡面尺度上，主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响；小流域尺度上，不但考虑坡面侵蚀的特点，还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况；在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同，在建立土壤侵蚀模型时，要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。 本项研究在分析国内外土壤侵蚀产沙模型基础上，依据大量小流域野外试验小区观测与模拟降雨资料，充分考虑到了空间尺度对流域侵蚀产沙的影响，特别是流域在面积上的变化对侵蚀产沙的影响。以羊道沟几十年的研究成果为基础，将ERODE模型进一步简化，采用流域离散的尺度转换方法，以王家沟支沟小流域为基本计算单元，以沟间地和沟坡地为次单元，将整个流域划分为40个沟间地、40个沟坡地及其它们组成的40个小流域和一个输水通道进行分别计算，其中涉及降雨因子、地貌因子、治理因子、植被覆盖因子、耕作措施因子和土壤因子，共6个主要因子，分别计算各个因子的侵蚀产沙响应系数，对羊道沟基础模型进行修正，从而得到一个包含8个参数，4个修正系数和13个公式的具有物理基础的分布式水力侵蚀产沙模型。利用较大尺度王家沟1963-1968年22次天然降雨资料，对模型进行了检验，模型的预测精度在55％以上。 通过对小流域侵蚀产沙模型的研究，结果表明： 从研究意义方面，本模型采用水文学中流域离散的方法可以充分利用小流域的侵蚀产沙规律来预测较大流域侵蚀产沙；利用分形理论对间接表征面积特征的地貌信息维数引入模型计算当中，反映出了流域空间变化对侵蚀产沙的影响。本模型为从已控区域侵蚀产沙推测未控区域侵蚀产沙，在理论、方法和实践上都作了有益的尝试，为较小尺度向较大尺度流域上的侵蚀产沙预测提供一定的借鉴； 在模型结构方面，采用以沟间地和沟坡地为最基本的计算单元，以水沙汇流关系为主线，建立基于小流域的、次降雨的流域侵蚀产沙模型，能更好地反映出黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律； 在研究手段方面，充分利用了GIS强大的空间分析和数据处理功能强，从DEM数据中提取子流域不同地貌部位的地形表面信息，如：平均坡度、沟壑密度、切割裂度、流域面积和坡沟比例等，并且对其中的关系进行分析，揭示出了一定的规律。
崔普伟[2]2010年在《基于单元流域的黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域次暴雨产沙经验模型研究》文中研究指明黄土丘陵沟壑区具有极高的土壤侵蚀强度,该地区是黄河泥沙的主要来源,是黄土高原水土流失最严重的地区。有关该地区的产流产沙模型比较丰富,但是在产流产沙因子指标的研究上仍是个尚未完全解决的问题。泥沙输移比模型的研究是揭示黄河泥沙输移状况的重要手段,目前我国泥沙输移比的研究还处于探索性阶段,距离实际应用还有较长一段路。鉴于此,论文以位于陕北黄土丘陵沟壑区的子洲岔巴沟径流实验站观测资料为基础,以蛇家沟和团山沟为研究对象,开展了次暴雨产流与降雨、土壤含水量、植被覆盖、地形地貌的作用关系研究,次暴雨产沙与径流深、洪峰流量的关系研究,以及泥沙输移比与降雨、径流、含沙量、河道泥沙因子作用关系研究,建立了一个完整的蛇家沟次暴雨侵蚀产沙模型理论框架,最后还探讨了岔巴沟侵蚀产沙模型计算方法。具体得到如下一些结论：(1)对于无水保措施的单元流域(流域面积<1km2),影响次暴雨产流的主要因子是降雨、前期影响雨量,植被覆盖和地形地貌对产流的影响不明显。降雨指标中,次降雨量和10分钟雨强乘积的复合因子与径流深相关性最高,10分钟雨强与径流系数的相关性最强,复合因子和10分钟雨强是最优的降雨指标。前期降雨指标中,前期第11～15天影响雨量与产流的相关性最好,且差异性不明显,前11天影响雨量即可满足产流建模要求。由此构建的单元流域次暴雨产流模型具有较好的模拟精度和推广应用价值。岔巴沟单元流域侵蚀性降雨雨量标准为12mm,可以把这个作为模型的输入条件,减少模拟计算量。(2)对次洪含沙量的影响因素研究发现,次洪洪峰流量和次洪最大含沙量是其重要的影响因子。根据次洪输沙量的定义,可知径流深与流域产沙成正比关系,研究选取径流深、洪峰流量和径流深、最大含沙量,经检验、验证及与其产沙模型的比较说明,论文构建的两个流域产沙模型具有很好的模拟。次暴雨产沙模型的研究中发现,受高含沙水流的影响,对于不同产沙水平的洪水事件,流量-含沙量间的相互作用关系发生了很大的变化,对产沙模数小于300t/km2次暴雨事件,流量的对数函数拟合效果明显优于幂函数拟合；对产沙模数大于1000t/km2次暴雨事件,流量的幂函数拟合效果好于对数函数拟合。(3)蛇家沟多年平均泥沙输移比小于1,次暴雨泥沙输移比变化范围在0.483～1.111。泥沙输移比模型最重要因子是最大水流含沙量,其次是径流系数、泥沙存储天数(相邻两次洪水事件间的时间)、降雨历时,且泥沙存储天数指标对次暴雨泥沙输移比的作用大于降雨量、降雨历时、平均雨强。由此构建的模型具有很好的实用性。(4)比较研究了岔巴沟侵蚀产沙计算的嵌套外推模型法和降雨-产流-产沙法,表明嵌套外推法是较好的一种计算方法,并且通过参数的灵敏度分析和因子贡献性分析,检验了嵌套模型的各模拟因子的重要性。其次阐述了岔巴沟流域的半分布式侵蚀产沙理论模型。
杨涛[3]2006年在《基于GIS的黄土沟壑区两种尺度产流产沙数学模型研究与应用》文中研究指明论文首先从力学原理出发分析黄土丘陵沟壑区的坡面和沟道动力平衡条件，定性和定量讨论了降雨、坡度、土壤特性和植被对侵蚀产沙的影响和作用，并结合黄土沟壑区特点，探讨了坡面和沟道侵蚀的各个过程及其相互关联，为建立侵蚀产流产沙过程数学模型奠定一定理论基础。 对于小流域分布式产流产沙数学模型，本文以黄土丘陵沟壑区两个典型流域—岔巴沟流域和杏子河流域为研究对象，在采用GIS对坡度、侵蚀单元、土地利用和综合糙率等侵蚀产沙环境因子提取分析的基础上，针对研究区干旱少雨特点，首先采用超渗产流模型，建立该区基于网格的产流模型，建模过程中采取菲利浦下渗曲线作为下渗方程。根据运动波理论在全流域建立一维非恒定流的坡面流运动方程，然后采用Preissmann(SOGREAH)四点隐式差分进行离散和求解，从而建立基于网格的坡面汇流模型，利用该模型可计算出任意时刻、任意网格的水深、流速和流量。流域侵蚀产沙模型以分布式坡面流运动波数值模型为基础进行耦合求解，根据每个网格的各个时段的水深、流速、流量依次计算出网格的各个时段的产沙量。在输沙过程中采用坡面汇沙的滞后演算法分别对流域进行演算，然后将各个网格的产沙量错开若干个传播时段Ts进行迭加，最终求得流域出口断面的产沙过程。本模型在岔巴沟流域和杏子河流域1970～2001年十七场径流和产沙过程的模拟和验证表明：效果令人满意。最后，在模拟结果的基础上，选择模型中若干重要参数，采用GLUE(普似然法)算法进行参数值分布空间和预报不确定性分析，分析并得到了模型参数的分布空间及模拟结果的置信水平。 基于GIS的中尺度流域产流产沙数学模型以大理河流域为对象，将研究对象划分为沟间地和沟坡地两种单元，将整个流域划分为沟间地、沟坡地及其它们组成的小流域和一个输水输沙沟道进行分别计算，其中涉及降雨因子、地貌因子等因子，分别计算其侵蚀产沙响应系数，对侵蚀产沙模型进行修正，从而建立了一个基于GIS的黄河多沙粗沙地区中尺度流域侵蚀产沙模型。
王民[4]2009年在《基于GIS的流域地貌多重分形特征与侵蚀产沙关系研究》文中研究指明由于流域地貌形态的多样性及空间组合的复杂性,其科学准确量化成为建立具有广泛适用性的流域水土流失预报模型所亟待解决的关键问题之一。本文依据多重分形等相关理论、结合GIS技术和室内模拟试验,提出了基于数字高程模型DEM的流域叁维地貌多重分形特征量化模型及实现方法,揭示了小流域模型、大理河及杏子河流域叁维地貌多重分形谱参数的动态变化及空间分布特征,探讨了大理河流域不同空间尺度子流域地貌奇异指数变化范围的差异性,建立了基于地貌多重分形信息熵的流域地貌多重分形特征与次降雨侵蚀产沙耦合关系模型,取得了如下主要研究成果：(1)基于数字高程模型DEM的流域叁维地貌多重分形特征量化模型和实现方法该量化模型包括叁个子模型,即流域叁维地貌特征概率测度子模型、阶距q估算子模型和多重分形谱测算子模型,此模型为实现流域地貌多重分形特征的直接量化提供了可靠保证。(2)小流域模型地貌多重分形谱及各参数动态变化特征依据地貌信息熵可将历经25模拟降雨的小流域模型地貌发育划分为幼年期和壮年期两个阶段,不同阶段小流域模型地貌地貌多重分形谱曲线形状基本相似,均呈向右的钩状；随着小流域模型地貌的不断发育,地貌多重分形谱奇异指数分布范围Δα均呈现增长趋势,多重分形谱曲线高差Δf则表现出递减趋势,其中壮年期二者的变化幅度明显比幼年期小；同时,小流域模型地貌奇异指数分布范围Δα与沟谷密度、平均坡度等6个传统地貌量化参数呈极显著相关。(3)大理河及杏子河流域地貌多重分形特征空间分异规律大理河、杏子河各子流域地貌的多重分形谱f(α)随地貌奇异指数α增大呈先增加后减小的变化趋势,但多重分形谱f(α)和地貌奇异指数α的极值、变化范围在各子流域均有所不同。大理河流域地貌奇异指数分布范围Δα平均值从上游到下游依次为：0.1304、0.1544和0.1584；左右岸分别为0.1431和0.1572；表明大理河流域地貌形态变化自上游向下游趋于复杂,右岸地貌复杂程度相对较大。杏子河流域地貌奇异指数分布范围Δα平均值从上游到下游依次为：0.1712、0.1617和0.1461；左右岸分别为0.1614和0.1557,表明杏子河流域地貌形态变化自上游向下游复杂性逐步减弱,左岸地貌复杂程度相对较大。(4)大理河流域地貌多重分形特征空间尺度效应大理河流域不同空间尺度的子流域叁维地貌均具有多重分形特征,清阳岔、李家河和西庄子流域地貌奇异指数Δα随流域面积增大呈明显增长趋势,平均增幅分别为10.57%、5.26%和11.79%,其变化曲线可分别用极显着的对数和线性函数来定量表达,表明随着空间尺度增加改变,流域地貌的复杂性和不均匀性更为明显。(5)流域地貌多重分形信息熵与侵蚀产沙关系小流域模型地貌多重分形信息熵与次降雨相对输沙模数和径流模数关联度分别为0.8129和0.9050,明显高于其它传统地貌量化参数。地貌多重分形信息熵与次降雨输沙模数定量耦合关系表明,地貌对降雨侵蚀产沙的影响存在明显临界值,当地貌多重分形信息熵分别为2.6162和4.077时,小流域模型及野外典型流域岔巴沟次降雨侵蚀产沙出现峰值,成为其降雨侵蚀产沙的地貌临界点。
张钰娴[5]2009年在《渭河流域产水产沙区域分异特征研究》文中研究指明近些年来,渭河下游水沙问题日渐复杂和突出,河道淤积严重,水患频发,严重影响到渭河健康发展,并直接威胁到下游地区人民生命和财产安全,渭河下游已经成为社会广泛关注和研究的热点地区之一。渭河及其支流上游土壤侵蚀严重、叁门峡水库抬高渭河河口水位导致泥沙下泻不畅、河道水资源利用过度和全球气候变化导致的降水减少等是引起和加剧渭河下游水沙矛盾的主要原因。作为黄河最大的支流,渭河中下游地区水资源与水环境特征不仅直接决定着陕西自然、经济和社会的发展,也直接影响着黄河及其中下游地区的可持续发展,亟需进行水沙调控,缓解下游水沙矛盾。建立渭河水沙综合调控体系,是解决渭河下游水沙问题的根本。由于水土保持可从源头上减少土壤侵蚀和河流泥沙,不同措施减少单位泥沙量时对径流量的影响程度(减流减沙比)存在差异,通过水土保持措施类型和区域配置,可以实现以减沙、增流和调节水沙过程为核心的河流水沙调控。由于不同区域径流量和入河泥沙量对渭河水沙贡献程度不同,通过分析渭河流域产水产沙区域分异特征,既可以促进对渭河流域产水产沙格局的认识,也可以为渭河流域水土保持措施布设提供科学依据。本文以渭河流域28个主要水文站1971年~1986年实测降雨、径流和泥沙系列资料,通过统计分析和现场调查相结合的方法,运用水文学、土壤学等理论基础,借助于地理信息系统等新方法,进行渭河流域产水产沙区划分,并分析了渭河流域产水产沙区域分异特征,主要结论如下。(1)渭河流域水文分区、侵蚀分区:根据流域地形地貌、气候、植被、水文并结合水文站特征,分别以年降水量、径流深、产流模数、径流系数为水文分区指标体系,以年降水量、产沙模数、地面坡度、流域比降、沟壑密度为侵蚀分区指标体系;通过模糊聚类分析法将渭河流域划分为3个一级水文分区,11个二级水文分区,3个一级侵蚀分区和13个二级侵蚀分区。(2)渭河流域产水产沙模型及其适宜性评价:根据研究目的,选择SCS径流曲线数模型作为研究区产水模型,通过对不同水文区降雨产生的径流量进行模拟,表明SCS模型能够较好的模拟渭河流域的产流特征。以降雨量作为降雨因子的量化指标,以地面坡度、沟壑密度、植被净初级生产力等指标作为流域下垫面总体特征的量化指标,输沙模数作为侵蚀产沙指标,建立了渭河流域不同侵蚀分区输沙模数与降雨量和下垫面总体特征之间的回归模型,作为渭河流域不同侵蚀分区侵蚀产沙预报模型,通过对不同侵蚀分区输沙模数模拟,表明该模型能够较好的模拟渭河地区的侵蚀产沙情况。(3)渭河流域产水产沙区的划分:运用“水文-地貌”法,借助于RACGIS9.0将渭河流域划分为280个产沙区和46个产水区。进一步分析表明渭河流域产流中心集中在渭河下游及渭河南山支流诸流域。流域产水呈现明显的地带性特征,即从北到南,产水过程呈现从小到大—变小—增大的过程,其中位于渭河流域西北部(洪德以上)流域,产流模数最小,其产流模数<1.0万m3/km2·a,位于渭河下游的流域,尤其是渭河以南流域,产流模数最大,产流模数>20.0万m3/km2·a。渭河流域产沙亦呈现明显的地带性特征,即从北到南,侵蚀产沙强度呈现从小到大—变小的过程,其中位于渭河流域西北部(洪德以上)流域,北洛河流域刘家河以下、渭河(支流)下游产沙模数最小,其产沙模数<1000t/km2·a。泾河流域雨落坪、杨家坪以上至洪德区间、渭河(支流)天水以上、北洛河流域刘家河以上,产沙模数最大,其产沙模数>5000t/km2·a,是渭河流域侵蚀产沙中心。(4)流域产水产沙区域分异规律:结果表明渭河流域年均产流强度5.37万m3/km2·a,年产流量74.43亿m3,其中北洛河状头以上产流强度4.71万m3/km2·a,泾河张家山以上产流强度3.76万m3/km2·a,渭河(支流)华县以上产流强度7.64万m3/km2·a。单位面积产流贡献率北洛河流域最小,为21.48%,渭河(支流)最大,为52.64%,泾河流域次之,为25.89%。渭河流域年均侵蚀强度为2796.03t/km2·a,年产沙总量33063.79万t。其中北洛河状头以上侵蚀强度2888.48t/km2·a,泾河张家山以上侵蚀强度3225.85t/km2·a,渭河(支流)华县以上侵蚀强度2273.78t/km2·a。单位面积产沙贡献率北洛河流域最小,为22.3%,泾河流域最大,为45.58%,渭河(支流)次之,为32.13%。
方怒放[6]2012年在《小流域降雨—径流—产沙关系及水土保持措施响应》文中认为土壤侵蚀是人类面临的重要环境问题之一。土壤侵蚀持续发生,在破坏土地资源、淤塞河道和湖泊、加剧洪涝灾害的同时,引发的面源污染破坏水资源,加剧缺水地区的水危机,严重影响生态和人类生存环境。小流域是地表径流和泥沙输移的基本单元,并形成了相对完整、有序的生态系统。小流域土壤侵蚀过程也是自成完整系统,即降雨径流期,降雨发生雨滴溅蚀,产流以后在坡面形成片流,发生片蚀,流域中下部坡面片流汇集进行细沟和浅沟侵蚀,至沟道径流汇集,在大的水流冲刷下发生沟道侵蚀,并最终将泥沙输出流域,这是一个完整的侵蚀产沙过程。小流域综合治理被公认为是行之有效的水土保持措施,小流域降雨—径流—产沙关系也受到普遍关注。因此,明确小流域降雨—径流—产沙关系,既是理解小流域土壤侵蚀过程的要求,也是预报水土流失、评价侵蚀环境效应、指导水土保持措施配置、优化水土资源利用的实际需要。叁峡库区包括湖北省、重庆市的21个县市,总面积5.8万平方公里。这一地区因地形起伏大,易风化岩层出露面积广,降雨多且强度大,水土流失极其严重。随着叁峡工程的运行,土壤侵蚀及其泥沙输移问题尤为突出。本文以叁峡库区典型小流域——王家桥小流域为研究对象,以次降雨过程为重点,研究了小流域尺度降雨—径流—泥沙响应关系；通过野外调查和数据挖掘分析,探讨了小流域不同时间尺度水土流失的特点和主控因子。并在观测资料分析和野外试验的基础上,选取WATEM/SEDEM模型,定量评价了叁峡库区小流域综合治理中常见水土保持措施效益。取得的主要结果有：(1)利用1989-1996年降雨、径流、泥沙数据,选取明显产流的侵蚀性降雨29场,对SCS-CN模型的关键参数初损率进行修正。通过基流分离,计算不同降雨事件的初损率变化,结果发现初损率取值主要分布在0.05附近,范围为0.010～0.154之间,中间值为0.048,平均为0.053,初损率与降雨深度的相关性不高。分析认为,叁峡地区SCS-CN方程的初损率Ia/S取值为0.05比较合适。使用效率系数和决定系数,运用流域1989、1990和1993年的侵蚀性降雨数据对重新率定参数前后的模型进行检验,模型的效率系数由0.482上升到0.768,方程的决定系数由0.509提升到0.804,结果表明修正后模型径流深度预测效果和效率系数都有较大提高。(2)利用王家桥小流域1989-2004年气象、水文、泥沙相关数据,在不同时间尺度上研究了小流域降雨、径流产沙之间的关系。降雨、径流和产沙的年际变化很大。多年平均水平上,夏季是王家桥小流域降雨最多的季节,占全年的41%,产生了全年52%的径流量,对应的产沙总量达到了全年的78%。在次降雨尺度上,采用经典的Hewlett和Hibbert水文过程分割法,分离出降雨过程中的基流和地表径流量,分析次降雨事件中降雨相关变量(总雨量、总历时、平均雨强、最大30分钟雨强、前1天降雨量、前7天降雨量)、径流相关变量(径流系数、最大径流量、径流总量)和侵蚀相关变量(平均泥沙浓度、最大泥沙浓度、总侵蚀量)之间的关系。揭示王家桥小流域降雨—径流—侵蚀响应过程中的主控因素。在选取的40场降雨事件中,皮尔逊相关分析结果表明降雨总量和最大30分钟雨强可以解释84%的径流变量,而最大径流量和降雨历时可以解释76%的侵蚀总量。雨强大的降雨产生的侵蚀较大,径流—侵蚀关系表明王家桥小流域主要侵蚀来源于沟道附近区域。(3)通过K-means聚类分析,根据雨量、降雨历时和最大30分钟雨强将王家桥小流域1989-2004年间152场降雨分成叁种类型。中等雨强、中等降雨历时的雨被划分为雨型Ⅰ(31.8mm和1371min)。雨型Ⅱ是一般降雨量较大(54.0mm)历时较长(2548min)的暴雨,发生频率较小。雨型Ⅲ是最普遍的降雨,平均雨量较小(22.2mm),历时相对较短(494min)。分析不同降雨的降雨-径流-泥沙响应,研究发现,不同雨型引起的径流和土壤侵蚀差异很大；雨型Ⅰ产流总量和侵蚀总量都最大(分别是368.7mm和4283t)。叁种雨型的平均径流系数和平均侵蚀量按依次排列为雨型Ⅱ>雨型Ⅰ>雨型Ⅲ。在王家桥小流域,1989-2004年间最显着的土地利用变化是水田、旱地的减少,而林地和柑橘园分别增加了9.9%和7.7%。土地利用变化对降雨、径流和侵蚀产生了强烈的影响。对雨型Ⅰ、雨型Ⅱ的影响较大,对雨型Ⅲ的影响较小。研究发现不同雨型的产流、侵蚀差异较大,但是年际间总体变化趋势是由土地利用变化决定的。(4)王家桥小流域自90年代以来以来开展了以水土保持为主要内容的小流域综合治理,使得流域面貌发生较大变化。研究充分利用卡口站的监测数据,辅以1995-2005年间小流域水保措施制图,使用WATEM/SEDEM模型来评估小流域综合治理的成效。结果表明土壤侵蚀量由1995年的18.5t ha-1y-1减少到2005年的13.2t ha-1y-1,泥沙沉积量由7.7增到12.4t ha-1)y-1,流域泥沙输出从8.4减至3.9t ha-1y-1,相应的泥沙输移比也从0.454降低至0.295。模型情景模拟结果表明：在小流域尺度上坡面水土保持措施(土地利用优化、梯田、垄沟耕作等)比流域内径流泥沙控制措施(如塘堰、沉沙凼等),减沙效果更明显。使用WATEM/SEDEM模型评估小流域综合治理各种水保措施效益,可以使结果更具有直观性和可比性,适宜在叁峡库区推广。
李颖[7]2011年在《叁峡库区流域产沙数学模型研究》文中研究说明长江叁峡工程是一座具有防洪、发电、航运等综合效益的特大型水利工程。叁峡水库淹没涉及19个县(市),总面积5.4万km2。库区地形复杂,农业资源丰富,宜林面积大,但森林覆盖率低。且库区大部分属于山区贫困县,生产力水平较低,土地资源开发利用不够合理,经营比较单一。由于多年来为解决粮食问题,不断扩大耕地面积,加之移民迁建,毁林造地,致使土地侵蚀、贫瘠化加重,植被减少,水土流失日趋严重,生态环境循环不良,成为库区最严重的环境问题之一。加之其他地区(如黄河)的流域产沙模式不能完全移植于叁峡库区这一特定的环境内,因此,开展叁峡库区产沙机理及模式的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文结合国务院叁峡办科研项目“叁峡库区主要环境因子对流域产沙的影响和对策研究”,利用水力学、河流动力学、水文学、泥沙运动力学及土壤侵蚀等相关学科的理论为基础,通过收集资料、试验数据分析、理论研究、数模计算等综合手段,在总结前人研究成果及相关资料的基础上,对前期现场试验资料进行理论分析；系统深入地研究了叁峡库区主要环境因子对流域产沙的影响；并对已建立的产沙预报数学模型的参数进行了修正。选取叁峡库区具有代表性的17个小流域,对所建数学模型进行应用验证,参数修正后较修正前模型的计算结果精度更高。改进后的模型模拟结果更为合理,更加符合实际情况。此外,对叁峡库区防止水土流失和保护生态环境的对策进行了研究。根据丰都县铁炉沟小流域综合治理开发模式有关资料,进行了水土保持效益初步分析。本论文研究成果可为叁峡库区移民搬迁、水土保持、生态环境治理及叁峡水库运行管理等提供科学的、定量的、可靠的技术决策手段。
石迎春[8]2012年在《基于GIS/RS的砒砂岩区沟沿线演化影响因素及侵蚀风险度评价》文中进行了进一步梳理本研究针对砒砂岩地区强烈的沟谷侵蚀问题和国家对于黄河中游多沙粗沙区侵蚀预测预报的需要，总结前人在黄土高原相关研究的经验，采用遥感技术和地理信息系统等手段，分析了砒砂岩典型分布区沟沿线的形态特征变化以及侵蚀形式，建立了研究区的沟沿线及多种影响因素数据库。在基于概率统计的基础上，对研究区内影响因素对沟沿线的变化进行了单因子分析，并利用信息量模型建立了沟沿线分别来自于缓坡和陡壁侵蚀的风险度评价模型。该研究对深化砒砂岩区地形地貌改变的科学认识、制订科学的水土保持规划提供了参考。本研究取得以下主要结论和成果：1．利用面积—高程法分析了研究区内的地貌演化状态。研究区内的斯特拉勒积分值指标S为0.441，说明研究区内的地貌演化正处于壮年期，侵蚀作用将会长时间地存在。2．利用两期遥感数据分析了研究区内沟沿线演化的形态特征和侵蚀形式。缓坡侵蚀引起的沟沿线后退距离大，陡壁侵蚀引起的沟沿线后退距离小，但陡壁侵蚀由于发生频率更高，因此侵蚀产沙量比缓坡侵蚀大。3．分析了地形地貌因素、地表覆盖因素、土地利用因素和谷坡地层结构因素对沟沿线变化的影响：（1）谷坡坡度越陡，沟沿线发生缓坡侵蚀的机率越小，发生重力侵蚀的机率越大；（2）缓坡侵蚀更易于发生在阳坡上，陡壁重力侵蚀更易发生在阴坡上；（3）水流长度越大，沟沿线发生缓坡水力侵蚀机率越大；（4）缓坡面上，最易遭受侵蚀的是风积沙，其次是沙黄土及第叁系泥岩，最后是砒砂岩。在陡壁上，沙黄土及砒砂岩，都易发生陡壁重力侵蚀，而风积沙却能防止陡壁重力侵蚀的发生；（5）稀疏的灌木林根本起不到抵抗侵蚀的作用，而且在一定的条件下，中等灌木林都有被继续侵蚀的可能。耕地和天然荒地中出现陡壁侵蚀的比例较高，出现缓坡侵蚀的比例较小；（6）在沟谷地层结构方面，没有泥岩出露的浅沟更容易遭受来自缓坡的水流冲刷，但是泥岩层数的增多越易引起陡壁重力侵蚀的发生。4．以信息量模型为基础建立了研究区内沟沿线分别遭受缓坡水力侵蚀和陡壁重力侵蚀的风险度模型。分别对1987年沟沿线的缓坡侵蚀风险度和陡壁侵蚀风险度进行了分区，并利用该模型对2006年的沟沿线进行了评价。结果表明，相较于1987年沟沿线，2006年沟沿线抵抗缓坡侵蚀的能力大大减弱了，而抵抗陡壁重力侵蚀的能力则有所增强。5．风险度评价方法能为水土保持工作者们提供更具有针对性的水土保持方案，具有一定的适用性。第一是因为考虑的影响因素比较全面，第二是影响因素的获得比较容易，第叁是模型的易于操作性。
裴新富[9]2005年在《陕北多沙粗沙区乡村聚落窑洞民居土壤侵蚀效应及防治对策研究》文中研究表明陕北多沙粗沙区,是指延安/延河以北陕西境内的多沙粗沙区域。该区面积4.35万km~2,占整个多沙粗沙区总面积的58%,年产粗泥沙1.8亿t,占黄河下游粗泥沙总量(4.13亿t)的43.48%,是造成黄河逐年抬高,形成“地上悬河”的主要泥沙源区,备受社会各界关注。该区严重的土壤侵蚀,是脆弱的自然环境因素和强烈的人类活动长期共同作用的结果。其中,窑洞民居无疑是重要的人为因素之一。但该类侵蚀目前尚未受到足够重视。研究窑洞民居土壤侵蚀及其防治对策,具有十分重要的理论价值和生产实际意义,对于丰富土壤侵蚀学科内容,制定减少入黄泥沙对策,促进区域经济社会可持续发展等都具有十分重要作用。 本文采取半定位观测、实地调查量测等方法,首次研究了陕北多沙粗沙区窑洞民居土壤侵蚀的涵义、形成过程、影响因素、评价指标、主要再塑地类土壤侵蚀效应大小、波动衰减变化特点,以及窑洞民居土壤侵蚀防治和生态村镇建设对策措施等问题,力求在理论和实用两方面均有所创新。摘要如下: 1、总结评述了土壤侵蚀研究现状及发展趋势。认为以往土壤侵蚀研究多偏重于特定区域自然条件下土壤侵蚀过程及其影响因素时空变化规律。按照以人为本、可持续发展的观点,加强生产建设过程中土壤侵蚀研究,探讨改善人居环境对策、措施,应该是土壤侵蚀学科今后主要研究内容之一。 2、系统地分析了该区窑洞民居的类型、分布、结构模式、建设特点,提出了窑洞民居再塑地类分类系统。认为该区以靠山窑洞、农家小院为主的窑洞民居类型及结构模式,沿沟道、坡面分布特征明显。建设一般都要削坡平基,开挖扰动黄土山体、坡面、地层。形成的主要再塑地类包括窑顶、院落、户间道路、户间空地,以及挖损陡坡陡壁、堆垫人工边坡、废弃坍塌窑洞等。 3、首次探讨了窑洞民居土壤侵蚀的涵义、形成过程、影响因素。认为窑洞民居破坏了相对稳定的下垫面条件,使原地面面目全非,造就了一个全新的侵蚀环境,从而加剧土壤侵蚀;除常见的侵蚀方式外,还包括废弃窑洞坍塌、堆垫边坡非均匀沉降等形式;除受自然因素影响外,更主要的是受人为因素主导、控制;其特点完全不同于自然坡面土壤侵蚀,以及毁林开荒、陡坡耕种等人为侵蚀形式。 4、首次提出并分析了窑洞民居土壤侵蚀评价指标体系。从窑洞民居土壤侵蚀多呈离散分布,以及表示某些特殊地类侵蚀呈线状、点状分布的需要出发,提出了人居侵蚀模数R、新增人居侵蚀模数△R、人居侵蚀比率r叁项评价指标。
周淑梅[10]2013年在《黄土高原丘陵沟壑区不同尺度小流域次降雨水文过程模型研究》文中认为小流域地表水文过程与水资源理论、地表生态、土壤侵蚀密切相关。黄土高原丘陵沟壑区水土资源流失备受关注。小流域是水土保持综合治理的基本单元，研究小流域水文过程模型为流域水土保持、水资源优化配置和洪水预报等提供辅助工具。本论文以黄土丘陵沟壑区为研究区，研究建立不同尺度小流域次降雨水文过程模型。在桥子西沟小流域（W1-b，1km~2），重点研究小流域降雨入渗、产流、汇流过程模型的构建、率定及验证；在罗玉沟（W100，100km~2）、吕二沟（W10，10km~2）、桥子东沟（W1-a，1km~2）和桥子西沟（W1-b，1km~2）流域，应用水力几何理论研究多尺度流域产流过程测量方法。论文主要得出以下初步结论：（1）提出了修正NRCS-CN模型的方法，引入流域稳定入渗修正NRCS-CN模型，得到MCN模型。根据桥子西沟小流域降雨–径流过程观测数据，采用初损量观测值和计算值，计算得到流域稳定入渗率分别为4.8mm h~(-1)和4.2mm h~(-1)。根据计算得到的流域稳定入渗率，应用MCN和NRCS-CN模型估算流域径流过程。结果表明，稳定入渗率取值4.8mm h~(-1)或4.2mm h~(-1)时，MCN模型模拟流域入渗、径流的效果均优于NRCS-CN模型，对较大的入渗、径流事件更为明显；MCN模型采用稳定入渗率4.8mm h~(-1)的模拟结果优于采用稳定入渗率4.2mm h~(-1)的模拟结果。（2）根据桥子西沟流域降雨–径流过程水文数据及流域DEM、土壤和土地利用等空间数据，分别采用反算法（Back Calculation，BC）和事件分析法（Event Analysis，EA）计算NRCS-CN模型初损率。反算法和事件分析法确定初损率分别为0.1和0.17。初损率分别取0.1、0.17和0.2时应用NRCS-CN模型预报流域产流量。误差分析和图形拟合评价结果表明，桥子西沟流域NRCS-CN模型初损率适宜取值为0.1。（3）采用水力几何关系幂函数模型和对数函数模型拟合罗玉沟（W100）、吕二沟（W10）、桥子东沟（W1-a）和桥子西沟（W1-b）四个流域出口量水堰流量―流速关系。应用确定性系数（R~2）和模型效率系数（E）分别评价模型拟合效果及验证效果。通过分析W100、W10和W1-a叁个流域模拟结果探查流域尺度对两种模型参数取值的影响。结果表明幂函数参数k（单位流量流速）与流域尺度呈负相关关系，参数m（流速变化率）随流域尺度的变化趋势与参数k相反。对数函数参数e（流速变化率）与流域尺度相关性不显着，参数d（单位流量流速）与流域尺度呈负相关关系；通过分析W1-a和W1-b两个流域模拟结果研究流域土地利用方式对两种模型参数取值的影响。结果表明W1-a流域幂函数参数k显着大于W1-b参数k（P<0.001），两流域参数m无显着差异。W1-b流域对数函数参数e比W1-a参数e偏大，但无显着差异（P<0.05）。W1-a流域对数函数参数d显着大于W1-b参数d（P<0.05）。分别采用不同研究流域观测数据验证两种函数模型，验证结果均可以接受，在流速取值更为广泛的条件下，幂函数模型模拟效果优于对数函数模型。（4）应用GIS工具将桥子西沟流域划分成11个坡面，通过一条沟道连接。以流域1987–2006年降雨过程数据为输入，应用NRCS-CN模型计算流域坡面产流过程。采用自行设计的概念模型法对各坡面产流进行汇流演算，得到流域出口径流过程。通过考察径流深、洪峰流量和洪峰出现时间叁个水文变量评价模型效果。径流深预测的绝对误差变化范围为-0.08–7.4mm，均值为0.35mm，相对误差变化范围为8%–~(-1)03%，均值为~(-1)%。洪峰流量预测的绝对和相对误差最大值分别为~(-1).85m~3s~(-1)和-63%，均值分别为-0.02m~3s~(-1)和10%；洪峰出现时间预测的绝对和相对误差最大值分别为0.99h和~(-1)09%，均值分别为-0.09h和~(-1)7%。此外，洪峰流量和洪峰出现时间模拟结果的线性拟合斜率分别为1.09和1.04。模型的确定性系数（R~2）分别为0.99和0.97。径流模拟结果的线性拟合斜率和确定性系数分别为0.83和0.78。计算得到了各水文变量拟合的均方根误差（RMSE）、模型效率系数（E）和整群剩余系数（CRM），结果表明模型对洪峰流量模拟效果最好，其次是洪峰出现时间和径流深。（5）提出一种通过测量流速根据流速-流量关系确定流量的新方法。通过求解水力几何（Hydraulic Geometry）关系幂函数反函数，建立以流速为自变量、流量为因变量的流速–流量幂函数模型。将模型应用于罗玉沟（W100）、吕二沟（W10）、桥子东沟（W1-a）和桥子西沟（W1-b）四个流域出口量水堰流速–流量关系模拟。根据模型确定性系数（R~2），幂函数模型拟合优度依次为W100、W1-a、W10和W1-b。根据模型效率系数（E），幂函数模型模拟效率依次为W1-a、W100、W10和W1-b。模型验证结果表明，水力几何关系幂函数反函数模型能够用于测量流域流量，建立了一种通过测量流域出口流速而非水深确定流量的新方法。本论文研究结果有助于理解黄土高原小流域水文循环过程，为研究流域水资源优化配置、土壤侵蚀和泥沙运移等提供辅助工具。
参考文献：
[1]. 基于GIS的流域侵蚀产沙模型研究——以晋西王家沟流域为例[D]. 刘前进. 华中农业大学. 2004
[2]. 基于单元流域的黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域次暴雨产沙经验模型研究[D]. 崔普伟. 华中农业大学. 2010
[3]. 基于GIS的黄土沟壑区两种尺度产流产沙数学模型研究与应用[D]. 杨涛. 南京师范大学. 2006
[4]. 基于GIS的流域地貌多重分形特征与侵蚀产沙关系研究[D]. 王民. 西安理工大学. 2009
[5]. 渭河流域产水产沙区域分异特征研究[D]. 张钰娴. 西北农林科技大学. 2009
[6]. 小流域降雨—径流—产沙关系及水土保持措施响应[D]. 方怒放. 华中农业大学. 2012
[7]. 叁峡库区流域产沙数学模型研究[D]. 李颖. 重庆交通大学. 2011
[8]. 基于GIS/RS的砒砂岩区沟沿线演化影响因素及侵蚀风险度评价[D]. 石迎春. 中国地质大学(北京). 2012
[9]. 陕北多沙粗沙区乡村聚落窑洞民居土壤侵蚀效应及防治对策研究[D]. 裴新富. 陕西师范大学. 2005
[10]. 黄土高原丘陵沟壑区不同尺度小流域次降雨水文过程模型研究[D]. 周淑梅. 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）. 2013