基于DEM的黄土丘陵区分布式小流域产流产沙模型的研究

摘要

长期以来，水资源短缺、水土流失严重、区域生态环境破坏等都是制约我国经济可持续发展的问题。我国流域产流产沙模型的研究主要集中在集总式模型和概念性模型上，落后于世界发达国家。随着我国经济建设的不断发展，传统的集总式及概念性模型无法满足发展需求，需要探索和研究更为先进的流域产流产沙分布式模型。分布式流域产流产沙模型不仅可以帮助人们更加深入地了解区域水文循环及产流产沙在不同时间和空间尺度上的变化过程和规律，而且可为综合解决实践中各种和水文循环及土壤侵蚀相关的问题提供更加有效的框架和平台，也为解决水资源、水污染、水环境、水生态以及水土流失等问题提供重要的评价手段和有效技术支持。
　　 本文通过流域实地考察，基于DEM地形参数提取，根据坡面产流产沙机理及流域水流流向算法建立了基于DEM的黄土高原丘陵区分布式流域产流产沙模型。主要研究内容如下：
　　 1)对研究流域进行实地查勘，初步了解流域的地形地貌、土壤特性、植被类型、土地利用及水土流失现状等情况，为建立模型提供感性认识。
　　 2)根据前人已有的流域坡面产流产沙模型，基于D8算法和马斯京根法原理，利用各栅格单元的参数独立及产流产沙过程之间的耦合关系，建立基于DEM的分布式流域产流产沙模型。
　　 3)利用岔巴沟流域1959-1969年月平均降雨、径流和输沙量资料对分布式流域产流产沙模型的参数进行率定，并利用流域1970-1989年月平均降雨、径流和产沙量数据资料对模型进行验证，结果令人满意。
　　 4)将分布式模型计算结果与原流域单元模型进行对比分析，栅格单元精度更高；并提取时段流域产流产沙的空间分布，得到产流和产沙的空间分布十分相似。并利用工程措施的减水减沙效果对基于栅格单元的分布式流域产流产沙模型进行修正，对修正后的模型进行验证，得到的模拟过程更加吻合。