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淤地坝建设有效治理沟坡侵蚀产沙在中国黄土高原丘陵沟壑区,淤地坝建设初期,小流域侵蚀强烈,泥沙沉积量巨大,其后,产沙强度由强变弱,泥沙沉积量呈显著降低趋势,淤地坝在减少水土流失方面具有其他措施不可替代的作用;微小流域与较大流域在泥沙来源方面存在较大差异,坡沟侵蚀产沙比并非一个定值,其研究还有待于进一步深化。     

基于淤地坝淤积信息的小流域泥沙来源及产沙强度研究

根据黄土丘陵区王茂沟流域关地沟3号淤地坝29年泥沙沉积旋回变化,以及各旋回层泥沙中、坝控流域沟间地和沟谷地表层土壤中137Cs的测量,结合淤地坝修建、运行历史资料及次降雨资料,估算了坝控流域沟间地和沟谷地的相对产沙量和坝控流域不同时期的侵蚀产沙强度。研究表明,沟间地是该小流域泥沙主要来源,该流域泥沙的70%源自沟间地;坝控流域1959~1987年期间,年侵蚀产沙强度由强变弱,呈显著降低趋势。     

淤地坝坝系泥沙粒径组成与变化特征研究

了解小流域淤地坝坝系泥沙粒径组成与变化特征是认识和评价淤地坝拦减粗泥沙作用的基础和前提.本文通过对黄土丘陵区王茂沟小流域不同泥沙源地和淤地坝坝系沉积泥沙的取样与分析,研究了坝地泥沙粒径组成的变化过程与特征.结果表明:淤地坝泥沙沉积过程中,黏粒含量均小于10%,沙粒含量在30%~40%,沉积泥沙的粒径组成大都以粉粒为主.除草地外,流域内不同侵蚀源地泥沙粒径组成的差异不大.尽管流域内各座淤地坝之间泥沙粒径组成有一定程度的变化,但最上游与沟口坝地的粒径组成没有明显差异,流程远近与各级粒径含量变化不相关.王茂沟流域现有淤地坝坝系是粗细均拦,淤粗排细作用不明显.     

黑土区农田防护林带对小流域土壤侵蚀和泥沙沉积的影响

采用137Cs和210Pbex双核素示踪方法,结合GIS技术,在典型黑土区面积为28.5hm2的小流域上,研究了林带对小流域土壤侵蚀和泥沙沉积的影响。结果发现:小流域内的林带能在一定程度上减少土壤流失,林带前、后特别是带前表现为泥沙沉积,而带后一定距离上,土壤侵蚀会加剧;坡面较缓和等高线与林带夹角较小的林带拦沙效益高;在小流域两条防护林带和沟口地埂的作用下,小流域呈现侵蚀-沉积-侵蚀-沉积的模式。近50年来,平均每年沉积在两条林带前后60m范围内的泥沙占小流域总泥沙沉积量的18.8%;在100年的时间尺度上,平均每年沉积在林带前后的泥沙占流域年泥沙总沉积量的7%左右。在50年和100年的时间尺度上,小流域的泥沙输移比分别为53%和78%。     

基于GeoWEPP模型的桥子沟流域土壤侵蚀对比研究

为探讨人类活动对黄土丘陵区土壤侵蚀时空格局的影响,选取黄土高原丘陵区典型小流域桥子沟(包括桥子东沟和桥子西沟两个对照小流域)为研究对象,利用GeoWEPP模型对不同时段内两个子流域土壤侵蚀时空格局进行了定量模拟,并开展了1988-2000年水土保持治理效应对比分析,探讨了土地利用变化对流域产流和产沙的影响.结果表明,模拟获得的两子个流域各阶段径流深及输沙模数与实测数的相对误差均小于15%,说明GeoWEPP模型适用于桥子沟;在阶段1(1988-1990年)、阶段2(1991-1995年)和阶段3(1998-2000年)三个阶段,桥子沟土壤侵蚀状况均有好转.对比发现,在实施了土地利用整改措施的阶段1-阶段2时期,两个子流域土壤侵蚀均得到改善,而在阶段2-阶段3时期,实施水土保持措施的桥子东沟土壤侵蚀改善效益明显高于未实施措施的桥子西沟,表明水土保持措施在水土流失治理中发挥了积极的作用;不同时期流域的土地利用与土壤侵蚀强度的时空变化关系密切,说明合理的土地利用变化改变了该流域下垫面条件,能有效地减缓流域土壤侵蚀,是流域土壤侵蚀格局变化的主要驱动力.研究结果可为黄土高原有效实施水土保持治理措施,开展土壤侵蚀监测、防治和小流域管理提供依据.     

基于WARMF模型的杭埠-丰乐河流域泥沙模拟的初步研究

研究了WARMF模型在杭埠-丰乐河流域的水文、泥沙模拟适应性能以及流域SS非点源时空变化特征。利用流域地貌-土壤分布对应关系、土壤剖面结构、地下水位埋深等条件,研究了子流域的平面分组与剖面土层结构的确定,较大程度上降低了模型参数的校准难度与不确定性。利用2000—2003年水文、泥沙观测数据,对模型水文、泥沙参数进行了校准与检验,表明:WARMF在研究区具有较好的水文、泥沙模拟适应性能。基于全流域—支流域—子流域三种尺度分析了流域SS非点源空间变化特征,表明:流域SS非点源入河负荷主要源于农林区贡献;杭埠河支流是泥沙流失控制的重点;A、B、C三级子流域是SS非点源控制的关键区。流域SS非点源出口负荷随时间变化研究表明,5—8月是SS非点源控制的关键时段。     

基于WARMF模型的杭埠-丰乐河流域泥沙模拟的初步研究

研究了WARMF模型在杭埠-丰乐河流域的水文、泥沙模拟适应性能以及流域SS非点源时空变化特征。利用流域地貌-土壤分布对应关系、土壤剖面结构、地下水位埋深等条件,研究了子流域的平面分组与剖面土层结构的确定,较大程度上降低了模型参数的校准难度与不确定性。利用2000-2003年水文、泥沙观测数据,对模型水文、泥沙参数进行了校准与检验,表明：WARMF在研究区具有较好的水文、泥沙模拟适应性能。基于全流域-支流域-子流域3种尺度分析了流域SS非点源空间变化特征,表明：流域SS非点源入河负荷主要源于农林区贡献;杭埠河支流是泥沙流失控制的重点;A,B,C三级子流域是SS非点源控制的关键区。流域SS非点源出口负荷随时间变化研究表明,5-8月是SS非点源控制的关键时段。     

黄土高原人工油松林小流域产流产沙研究关

采用野外定位观测方法研究了31龄人工油松林和荒坡灌草小流域的产流产沙过程.结果表明人工油松林小流域年均径流总量为2495.0m3/km2,年际变化幅度较小;荒坡灌草小流域的年均径流总量为5164.0m3/km2,年际变化幅度较大.两个小流域的水文特征值差异较大,表明人工油松林系统对水文特征值的影响大.人工油松林小流域的泥沙趋势稳定,洪水含沙浓度极低,侵蚀模数仅为0.5t(km2·a),荒坡灌草小流域的泥沙过程与洪水过程基本相似.3a平均侵蚀模数为1053.9t/(km2·a).小流域的洪水流量和输沙量之间为线性函数.     

TF模型及其在小流域径流产沙上的应用

基于四年的小流域野外实测资料,通过计算机应用软件hydro Captain,对TF(Transfer Function)模型进行数字模似计算,结合本研究中所提出的观点和方法,探讨并验证了一种新的在小流域上进行降雨、径流、泥沙模拟计算、预测的方法。在实际应用中获得了较为满意的结果,初步表明这一途径适用于评价流域径流泥沙的动态变化,在水土保持基础理论研究中,具有创新和发展。     

柳河流域来沙与产沙分析

本研究也探讨了柳河流域悬移质泥沙颗粒特征,及泥沙粒径与径流量、含沙量间的复杂关系,及其对流域侵蚀产沙过程的反映。     

流域泥沙过程模拟中的河道输沙计算

全流域的水沙过程包括降雨产流、汇流的全过程，以及泥沙侵蚀、输移、沉积的不同运动形态．对这一物理过程的全面描述有其必要性和现实意义．在数字流域中，将流域水沙过程概化为坡面产流产沙、沟坡区重力侵蚀、沟道水沙运动及河道水沙输运四部分．其中，前三部分的计算能为中下游河道水沙计算提供入口边界条件．本文对前三部分的内容只作简要介绍，重点以一维水动力学模型为工具，以1977年为典型年，完成了流域泥沙过程模拟过程中干流河道输沙计算，并对龙门站的预测水沙过程和实测水沙过程龙门一三门峡河段进行了演算和对比．结果表明，用预测龙门站水沙过程计算中下游河道的水沙演进是可行的．     

流域泥沙输移比研究进展

基于对已有泥沙输移比相关研究的总结,探讨了泥沙输移比的定义和作用。根据泥沙输移比的内涵,结合影响泥沙输移比的因素,分析了泥沙输移比的计算方法。基于国内外泥沙输移比计算的实例,总结了主要流域泥沙输移比数值的变化范围。目前泥沙输移比计算仍以对流域侵蚀和输移数据的统计分析为主,由于对泥沙输移比的理解有所不同,不同研究获得的计算公式形式多样,且往往针对具体的研究区域,适用性差。如何构建适用局部较大区域的泥沙输移比计算公式仍是今后需要解决的难题之一。     

流域泥沙过程机理分析

黄土高原地质地貌复杂，是黄河流域的主要泥沙源区，并以黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区为代表．沟壑区的不同部位具有不同的侵蚀产沙现象，并在不同的空间尺度上表现出迥异的水沙运动规律．为此需将流域分为坡面与沟道两大系统分别研究，本文描述坡面侵蚀产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙运动的主要现象，分析各水沙过程的主要机理．揭示出可依据坡面径流建立坡面侵蚀产沙模型；根据水流的诱发作用，用沟坡土体失稳的随机力学模型模拟沟坡重力侵蚀；考虑影响水沙运动的多种要素，建立沟道系统的高含沙水沙模型．流域泥沙过程机理的研究为建立符合实际物理图景的水沙模型系统，完成流域泥沙过程模拟提供基础。     

基于SWAT模型的晋江西溪流域产沙模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,对东南沿海晋江流域1972-1979年的年、月产沙进行模拟,选取相对误差RE,绝对误差MD,效率系数Ens,决定系数R2等4个指标用于模型适用性评价,并利用模型输出结果进行流域水土流失空间差异研究.研究结果表明该模型适用于东南沿海流域的产沙模拟,且精度较高;模型在降水量大的情况下,模拟的精度较高;西溪流域在模拟期内轻度侵蚀面积和中度侵蚀面积广布,分别占研究区总面积的46.0%和45.4%.     

岔巴沟流域次降雨水沙耦合关系空间变异研究

在全面分析岔巴沟流域地貌形态、沟网及降雨空间分布等因素基础上,结合野外实地观测资料,对该流域次降雨水沙耦合关系及其空间变异性进行了研究.结果表明,岔巴沟流域次降雨输沙模数与洪峰流量模数及径流深具有较强的相关性,这种相关性耦合关系具有明显的空间变异性,流域面积、地貌形态等下垫面因子是形成该空间变异性的主要原因.     

偏最小二乘法与人工神经网络耦合的小流域产沙模型

针对小流域侵蚀产沙的复杂性,将偏最小二乘回归与人工神经网络耦合,建立了小流域降雨侵蚀产沙检验模型,并应用于小流域降雨侵蚀产沙预报.采用偏最小二乘法对多维自变量中的信息进行组合和提取,从而得到对因变量解释能力最强并可很好概括自变量信息的主成分,有效克服了变量之间的多重相关问题,实现了对高维数据的降维处理.把提取的主成分作为神经网络的输入,提高了网络的学习效率和稳健性.应用结果表明,偏最小二乘神经网络耦合模型的拟合和检验精度均优于偏最小二乘回归模型和人工神经网络模型精度.     

泥沙粒径对推移质输沙率的影响

根据近1000组推移质输沙试验资料，用多元回归的方法就泥沙粒径对推移质输沙率影响的问题进行了研究。结论为：当无因次粒径较小时，随无因次粒径的增大输沙率减小；而当无因次粒径较大时，输沙率与无因次粒径无关。并给出了一个考虑泥沙粒径影响的推移质输沙率公式。     

近岸悬沙质量浓度垂向分布公式

为解决现有悬沙质量浓度分布公式积分难的问题,基于流速幂函数及摩阻流速推导出一个近岸流速垂向分布公式,并结合悬沙扩散方程推导出平衡状态下可有效避免Rouse公式在水表面为零的不合理性的悬沙质量浓度分布公式。近岸水文及泥沙实测资料验证分析结果表明：该流速、悬沙质量浓度分布公式具有较高的准确性;根据流速、悬沙质量浓度分布公式推导的悬沙输沙率公式可由初等函数表示,并能有效解决爱因斯坦方法积分难的问题。     

平衡输沙条件下非均匀推移质运动特性

考虑床沙特性以及颗粒暴露度对非均匀沙运动的影响,根据滚动平衡关系,提出了非均匀沙起动流速公式,利用实测资料分析了附加阻力系数的特点,并得到其数学表达式.通过对非均匀泥沙颗粒运动方程的分析,导出了非均匀沙临界起动希尔兹参数的数学表达式,从而从理论上解释了非均匀沙颗粒与均匀沙起动的不同之处(粗颗粒较同等粒径均匀沙容易起动,细颗粒则与之相反).分析了非均匀沙颗粒随水流运动的特点,指出非均匀沙颗粒运动与其所处的床面条件具有直接的关系,床面条件不同,运动也将呈现不同的特点.最后建立了平衡输沙条件下非均匀推移质分组输沙率公式,公式的计算值与实测资料吻合较好,并且能够用来计算均匀沙推移质输沙率,具有广泛的通用性.