水土保持措施对黄土丘陵沟壑区小流域产汇流过程影响研究

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黄土高原独特的地理气候条件使得生态环境失衡问题日益严重,其中,黄土丘陵沟壑区水土流失问题最为突出,严重的水土流失制约着经济社会的发展,为了改善生态环境而开展水土流失治理。水土保持作为一种典型的人类活动,措施会改变流域下垫面性质,对流域水文循环产生影响。水土流失治理以小流域为基础单元,研究小流域水土保持措施对产汇流过程的影响可为水土流失治理、水土保持措施合理配置提供科学的指导。本文以位于黄土丘陵沟壑区第一副区的王家沟流域为研究对象,采用定性与定量分析相结合以及产汇流模型模拟的方法,在流域和径流小区尺度上对水土保持措施影响下的产汇流过程进行探究,得出以下几点结论:(1)对王家沟及其“对比观测”流域进行降雨径流特性分析,王家沟流域1969年前后产流机制发生变化,各流域降雨量和降雨历时变化并不明显,径流深区间分布发生明显改变。“对比观测”流域中,治理流域多年平均径流深与未治理流域相比减少54.7%。(2)“对比观测”流域中,划分降雨类型后采用NRCS(Natural Resource Conservation Service)模型进行模拟,通过率定模型参数与验证,确定出不同降雨类型条件下适用的参数组合。治理后流域参数发生了明显的变化,羊道沟流域各雨型的初损率?变化较大,介于0.05-0.20,CN(Curve Number)值介于40.72-92.00;插财主沟中?优选值为0.01,CN介于23.40-82.24。(3)采用改进的NRCS-RF(Natural Resource Conservation ServiceRandom Forest)模型进行模拟,王家沟、羊道沟、插财主沟流域CN均值依次为:66.42、81.63、64.42,?均值依次为:0.09、0.15、0.06。对比面积不同的治理流域,CN分布形式近似,面积较大的王家沟流域参数CN取值较大,且波动程度大。“对比观测”流域?值分布形式近似,未治理流域参数?取值较大,治理后?值减小且均小于标准值。(4)在“对比观测”流域进行洪水历时、峰现时间、洪峰流量及滞时变化分析,治理流域洪水特征均值依次增加14.3%、减少3.0%、减少62.2%、增加7.1%,水土保持措施对洪水历时和洪峰流量的影响较大。王家沟流域不同降雨等级下的洪水特征在不同治理阶段变化不同。(5)“对比观测”流域中使用NRCS单位线,确定出不同流域和降雨类型下的汇流参数,从汇流时间、滞时以及峰现时间上看,流域治理后参数明显改变,插财主沟流域平均汇流时间、滞时以及峰现时间分别是羊道沟流域的3.7倍、3.2倍、2.6倍。采用瞬时单位线确定出王家沟流域不同治理阶段的汇流参数,各治理阶段小雨和大雨条件下n K均逐渐减小,中雨条件下n K逐渐增加。水土保持措施改变流域微地形,增大流域蓄水能力,产汇流过程发生明显改变。(6)进行不同水土保持措施对径流的影响分析。不同措施的产流情况存在明显差异,综合分析后,草木栖、地埂与封坡育草、鱼鳞坑的产流量存在显著差异,影响不同水土保持措施的降雨特征不同。中雨条件下的产流次数最多,大雨及以上的雨量是径流产生的主要来源。确定不同水土保持措施的CN,按照大小排序依次为:水平沟>坡耕地>草木栖>水平梯田>地埂>鱼鳞坑>封坡育草。
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