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流域泥沙输移比是一个综合反映流域泥沙侵蚀、输移和沉积特征的重要参数,一直受到土壤侵蚀和泥沙研究者的关注。 本文在总结和分析不同研究者对泥沙输移比定义的差别及其计算方法的基础上,基于泥沙输移比的基本定义和对黄土丘陵沟壑区泥沙输移过程的分析,认为流域坡面侵蚀产沙时产生的高含沙水流可以视为饱和输沙水流,其水流的水沙混合物为饱和水沙混合物。假设流域出口处控制性水文站的水流为饱和输沙水流,则其水流的水沙混合物也为饱和水沙混合物,若其饱和输沙量为该水文站的实测输沙量,则其饱和输沙时所需水量应小于实测输沙量对应的径流量。根据饱和水沙混合物的特性,两份饱和水沙混合物中的水量之比应等于沙量之比。坡面饱和水沙混合物中的沙量就是坡面侵蚀量,水量就是坡面地表径流量,一个流域可以看成由若干个微小坡面组成,因此,流域内所有坡面侵蚀产生的沙量之和就是整个流域的侵蚀量,其水量之和就是整个流域的地表径流量,而流域出口处控制性水文站饱和输沙量就是该水文站的实测输沙量,其水量就是饱和输沙为实测输沙量时所需水量。据此,结合饱和水沙混合物中水沙等比例关系,可以构建一个新的泥沙输移比计算模型。 本文提出的泥沙输移比计算模型为分数形式的函数关系式,分母为流域地表径流量,分子为流域出口处控制性水文站饱和输沙为实测输沙量时所需水量。对输沙率和流量之间的关系研究表明,流量可以表示为输沙率的幂函数。对流域出口处控制性水文站实测资料进行分析,结果发现含沙水流每月出现最大含沙量时,可以认为这天的水流输沙为饱和输沙,分别找出流域出口处控制性水文站一年内十二个月每月最大含沙量和对应那天的流量,根据流量求出径流量即饱和水量。根据水沙混合物的体积等于水的体积与沙的体积之和,结合水流的含沙量、水量、水沙混合物的密度,可以求出水流的输沙量。对于饱和水沙混合物,可以求出饱和输沙量,由输沙量可以求出饱和输沙率。据此进行幂函数拟合,结果表明该水文站饱和输沙率和饱和流量具有较好的幂函数关系,其幂函数趋势线决定系数为0.94,所拟合的幂函数关系式符合前人对输沙率和流量之间关系的研究。假定流域出口处控制性水文站饱和输沙量为实测输沙量,由输沙量可以求出输沙率,根据拟合的输沙率和流量的幂函数关系式求出饱和输沙时的流量,由流量可以推求出径流量即饱和水量,即流域出口处控制性水文站饱和输沙为实测输沙量时所需水量。至此,根据泥沙输移比计算新模型,结合流域地表径流量,可以计算出流域泥沙输移比的数值大小。 利用本文提出的泥沙输移比计算模型,计算了延河流域1952-2010年的泥沙输移比,结果表明1952-2010年延河流域泥沙输移比平均值为0.92,较好地说明了1952-2010年延河流域土壤侵蚀和泥沙输移的实际情况,也和其他研究者对延河流域或黄土丘陵沟壑区泥沙输移比的研究结论相吻合。根据延河流域泥沙输移比的计算结果,结合流域出口处控制性水文站的实测输沙量,可以快速反算出流域侵蚀模数。与该流域侵蚀模数的其他研究结果的对比表明二者非常接近,说明两种不同计算方法得到侵蚀模数计算结果具有较高的一致性。这间接表明,延河流域泥沙输移比新模型计算值真实可信,也说明本文所构建的泥沙输移比计算新模型正确可靠。