淤地壩系對(duì)流域水沙動(dòng)力過(guò)程調(diào)控作用與模擬研究.pdf

1、淤地壩系在黃土高原水土保持生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，科學(xué)認(rèn)識(shí)淤地壩系對(duì)流域水沙過(guò)程的影響，對(duì)保障淤地壩系安全運(yùn)行、維護(hù)黃土高原生態(tài)安全具有重要意義。本研究以陜西省綏德縣王茂溝流域?yàn)檠芯繉?duì)象，釆用統(tǒng)計(jì)分析、原型觀測(cè)及數(shù)值模擬等手段，研究了壩地土壤水分分布規(guī)律，分析了淤地壩系對(duì)溝道侵蝕動(dòng)力過(guò)程的調(diào)控作用，闡明了淤地壩系調(diào)蓄徑流、攔泥減沙的作用機(jī)理。取得的主要結(jié)論如下：
　?。?）壩地的分層淤積結(jié)構(gòu)具有明顯的阻水作用，使土壤水分呈層狀分

2、布。壩地表層（0-20cm）土壤水分空間分布均屬于中等變異，0-240cm土層土壤平均含水量變化范圍為9.92％-23.70%，隨深度的增加，土壤平均含水量表現(xiàn)為先減小后增大；壩地土壤水分在空間上具有明顯的分層現(xiàn)象，且壩前各層土壤含水量均明顯高于壩中和壩尾，在時(shí)間上屬于中等變異；MIKESHE模型很好地模擬了壩地土壤水分的層狀分布，在壩地分層土壤結(jié)構(gòu)中，質(zhì)地較細(xì)的泥沙層持水能力強(qiáng)于質(zhì)地較粗的泥沙層，細(xì)顆粒泥沙含水量明顯高于粗顆粒泥沙。<

3、br>　?。?）基于MIKESHE和MIKE11耦合建立的流域水文模型可以較好地模擬黃土高原小流域次暴雨洪水過(guò)程。模擬結(jié)果表明，淤地壩系建設(shè)使洪峰減小65.34%，洪量減少58.67%，洪水過(guò)程坦化；骨干壩、中型壩和小型壩的建設(shè)分別使洪峰減小27.28%、33.39%、40.13%，洪量減少2.18%、27.08%、44.89%；串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種壩系級(jí)聯(lián)方式分別使洪峰減小64.30%、75.38%、83.31%，洪量減少37.52%

4、、50.88%、52.68%；淤地壩建設(shè)改變了洪水歷時(shí)，骨干壩和中型壩的建設(shè)增加洪水歷時(shí)，而小型壩縮短洪水歷時(shí)。并聯(lián)壩系不會(huì)改變洪峰出現(xiàn)時(shí)間，串聯(lián)和混聯(lián)壩系使洪峰滯后10min出現(xiàn)，串聯(lián)壩系減小了洪水歷時(shí)，并聯(lián)和混聯(lián)壩系增加了洪水歷時(shí)。
　?。?）淤地壩系明顯改變了壩前壩后的水動(dòng)力過(guò)程，降低了溝道徑流侵蝕動(dòng)力。骨干壩、中型壩、小型壩的修建使壩前的流速、徑流剪切力、徑流功率、單位水流功率等水動(dòng)力參數(shù)急劇減?。徊煌瑝涡蛯?duì)壩后水動(dòng)力過(guò)程

5、影響不同，其中骨干壩后各水動(dòng)力參數(shù)減幅相對(duì)較小。壩系建設(shè)改變了溝道侵蝕動(dòng)力的空間分布，未建壩時(shí)，流域出口的侵蝕動(dòng)力最大，壩系建成后，流域出口的侵蝕動(dòng)力最小，其余壩系布局介于這兩種工況之間。不同壩系級(jí)聯(lián)方式對(duì)流域侵蝕動(dòng)力的調(diào)控作用也不同，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)壩系使流域出口最大流速分別減小57.83%、69.40%、78.35%，最大徑流剪切力分別減小82.23%、90.64%、95.32%，最大徑流功率分別減小92.50%、97.14%、98

6、.99%，其中混聯(lián)壩系的減幅最大。
　?。?）壩系建設(shè)明顯減小了流域的徑流侵蝕功率，減少了流域的輸沙量。溝道未建壩時(shí)，流域多條支溝的徑流侵蝕功率大于主溝，主溝沿程徑流侵蝕功率大致介于2×10-4m4/（s.km2）～5×10_4m4/（s.km2）之間；壩系建成后，流域的徑流侵蝕功率明顯減小，徑流侵蝕功率從主溝上游到下游表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢(shì)。與流域不建壩相比，建設(shè)骨干壩、中型壩、小型壩分別使輸沙模數(shù)減少24.74%、47.11