降雨时空特性对水沙过程的影响研究

论文摘要

降雨时空特性是影响水沙过程的关键因素之一。本研究针对目前降雨时空特性对水沙过程影响研究的不足,采用基于物理的数值模拟方法,结合室内降雨试验,系统剖析了降雨时空特性对产流和土壤侵蚀过程的影响。将研究区域的整体响应与内部水沙过程的空间分布特征相结合,本研究得到了更加全面的水沙过程影响规律。研究成果提高了对降雨产流和土壤侵蚀的机理认识,对于水土保持、灾害预防以及农业管理等领域都有很大的应用价值。主要内容如下:(1)采用数值模拟方法,利用分布式水文模型Integrated Hydrology Model(InHM),在坡面尺度上系统探究了降雨雨型特征对坡面产流及土壤侵蚀的影响。通过分析得到的流量过程线、侵蚀过程线以及分布式的坡面入渗、侵蚀深度特征,发现降雨雨型对产流和侵蚀过程影响很大。在相同坡度下不同雨型间的产流量和侵蚀量差异可分别达到74%和160%。滞后型降雨的径流和侵蚀峰值最大,而中间型降雨的径流和侵蚀峰值晚于降雨峰值形成。相比双峰型降雨,均匀型降雨的入渗更多集中于坡面上游,而在坡面下游的侵蚀量更大。中间型降雨相比滞后型降雨在下游入渗量较少,侵蚀更大。(2)采用数值模拟方法,分别在坡面尺度及流域尺度对不同降雨移动条件引起的产流及土壤侵蚀过程的差异进行了综合研究。本研究系统分析了不同降雨移动方向及移动速度对流量、输沙过程线及入渗量、总径流量及总输沙量的影响。并通过研究区域的分布式径流及入渗数据,明确了不同降雨移动方向导致的特异性径流过程对入渗过程的影响。研究结果显示,在坡面尺度,由于向上移动降雨的径流过程时间更长导致入渗时间和总量更大,使其径流量小于向下移动降雨。将此结论引申于流域尺度,在朝向流域下游出口的坡面和主河道中,向流域上游移动降雨的入渗时间和入渗量都会更大。由于流域中朝向下游的坡面占大多数,因此向上移动降雨的总入渗量更大。向上移动降雨的侵蚀量小于向下移动降雨。(3)以地表结皮这一过程作为切入点,利用室内人工降雨物理试验,在较易结皮的黄土坡面综合研究了不同方向移动降雨带来的不同地表结皮空间形成过程,以及其所导致的降雨产流和土壤侵蚀过程差异。研究发现,在没有前期降雨的影响时,由于向上移动降雨在降雨前期阶段于下游坡面形成了结皮减小入渗,因此比向下移动降雨产生更多径流。两种移动降雨径流之间的差别随坡度从15度增加到25度显著减小。当存在前期降雨影响时,由于结皮已经形成,向上移动降雨的径流系数与向下移动降雨接近。在两种前期状态下,向下移动降雨的侵蚀均比向上移动降雨更剧烈。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 王丰

导师: 冉启华

关键词: 降雨雨型,降雨移动,产流过程,土壤侵蚀,数值模拟,流域水文响应,地表结皮

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,农业科技

专业: 地球物理学,水利水电工程,农业基础科学,农艺学

单位: 浙江大学

分类号: S157.1;P333

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002166

总页数: 111

文件大小: 7776k

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