论文部分内容阅读
探究黄土高原典型小流域的降雨径流关系,对于水土流失防治、黄土高原防洪、植被恢复具有重要意义。本研究以黄土高原残塬沟壑区的山西吉县蔡家川小流域为研究对象,根据雨量特征和降雨过程对流域的侵蚀性降雨进行雨型分类,探究不同类型小流域的径流过程和输沙特征与雨型的响应关系,以期为晋西黄土区小流域水土流失防治和水文模型构建提供参考和依据。得到的主要结论如下:（1）蔡家川小流域1990-2018年雨季（5～10月）降雨量在277.5mm～696.0mm间,平均降雨量391.8 mm。降雨集中发生在7、8月份,分别为110.0 mm、91.3 mm,占降雨量的51.24%。（2）蔡家川小流域2004-2018年共发生侵蚀性降雨215场,历时在0-6h的降雨场次最多,达109场。降雨分为大雨量长历时降雨（A型）,中雨量降雨（B型）,小雨量强降雨（C型）。A型降雨场次最少（13场）,降雨量最大（43.97mm）,降雨强度最小（1.52mm/h）。B型降雨66场,场降雨量24.18mm,降雨强度1.97mm/h。C型降雨场次最多（136场）,降雨量最小（12.62mm）,降雨强度最高（6.34mm/h）。根据降雨量集中出现的位置,在3种雨型（A、B、C）分类的基础上将流域降雨过程划分为前期型降雨（Ⅰ型、87场）、中期型降雨（Ⅱ型、53场）、后期型降雨（Ⅲ型、42场）和均匀型降雨（Ⅳ型、33场）。流域暴雨的平均雨量52.6mm,平均雨强5.26mm/h,7～8月的暴雨场次占67.9%,前期型和中期型暴雨是流域主要的暴雨类型。（3）雨型对径流影响显著,各小流域A型降雨的径流深为0.136mm～0.804mm,B型降雨为0.160mm～0.712mm,显著高于C型降雨（0.040mm～0.267mm）,A型和B型降雨形成洪峰的滞后时间分别为0.88h～4.67h、1.01～4.23h,C型降雨最短为0.83h～3.32h。降雨过程对径流影响显著,不同雨型条件下的流域径流深分别为:Ⅰ型0.108mm～0.658mm、Ⅱ型0.078mm～0.682mm、Ⅲ型0.064mm～0.169mm、Ⅳ型0.022mm～0.125mm,洪峰滞后时间分别为:Ⅰ型3.16h～4.08h、Ⅱ型2.68h～3.11h、Ⅲ型1.41h～3.00h、Ⅳ型3.95h～5.18h。（4）蔡家川小流域2005-2015年的雨季径流深在2.26mm～12.70mm间,平均为5.71mm。不同类型小流域的雨季径流深分别为:半农半牧（11.01mm）>农地（10.98mm）>次生林（5.63mm）>人工林（7.87mm）>封禁（4.97mm）>半人工半次生林（4.31mm）。（5）蔡家川小流域的场降雨输沙模数为0.002t/km2～20.878t/km2,次生林小流域场降雨输沙模数为0.002t/km2～4.473t/km2,农地小流域为0.003t/km2～134.587t/km2,人工林小流域为0.003t/km2～117.250t/km2,封禁小流域为0.001t/km2～25.072t/km2,半人工半次生林小流域为0.001t/km2～98.547t/km2,半农半牧小流域为0.004t/km2～190.188t/km2。（6）地形特征中,径流深与流域长度呈中等程度相关（相关系数为-0.462）,与流域面积、沟道比降呈低强度相关（相关系数为-0.351、0.361）;流域2005-2015年林地、灌木草地、农地动态变化Di值分别为0.008、0.039、-0.103,夏季NDVI在0.72～0.77间,径流深与NDVI相关性不显著（相关系数为0.12,P>0.05）。景观指数中,斑块密度（PD）、平均形状指数（SHAPE＿MN）和周长面积分维（PAFRAC）与径流深、洪峰流量呈低强度相关;5～15天的前期影响雨量与径流深呈低强度相关（相关系数为0.197～0.263,P<0.01）;降雨量P、I30、I60、降雨动能E与径流深、洪峰流量相关性较强（P<0.01）。（7）选取P和I30作为描述降雨的特性因子,构建了不同过程雨型下场降雨径流深的经验模型。当P和I30较小时,不同雨型的径流深为Ⅰ型>Ⅱ型>Ⅲ型>Ⅳ型。随降雨量增加,Ⅲ型降雨的径流深逐渐高于Ⅰ型、Ⅱ型降雨。随I30增加,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型降雨的径流深变化差异逐渐减小。