黄土丘陵沟壑区高度治理流域对极端暴雨的水文响应研究

摘要

黄土高原生态环境治理取得重大进展，植被覆盖度显著提高，但是依然面临着黄河水量、沙量持续减少，极端暴雨条件下侵蚀输沙严重的问题。2013 年 7 月和2017年7月分别在黄土高原的延安地区和绥德地区出现了极端暴雨，造成的暴雨径流侵蚀灾害和对人民生命安全威胁引起国家及行业对黄土高原生态环境建设取得成果的生态效益提出疑问。本研究针对黄土高原高度治理小流域生态功能演变对极端暴雨的水文响应研究亟待解决的问题，采用相似理论及水动力学基本原理，在对已构建比尺为100的延安燕沟流域康家圪崂小流域的正态实体模型进一步验证的基础上，研究了该流域生态演变中不同阶段对极端暴雨的响应，取得以下结论： （1）延安燕沟流域康家圪崂小流域现状模型验证。基于 2003 年实测地形图,对2017年流域进行校核，发现除个别地方由于勘探石油出现地形改变外,整体维持2003年地形。在此基础上对已构建的位于杨凌西北农林科技大学水土保持研究所节水博览园燕沟康家圪崂小流域正态实体模型地形恢复到现状裸坡地形,试验验证结果表明,汇流时间、最大洪峰流量、平均流速、最大含沙量等的最大误差不超过5%，可以在此基础上进行植被对极端暴雨水文响应试验。 （2）高度治理流域产流对极端暴雨的响应。试验结果表明，该小流域治理前遭遇百年一遇暴雨时，汇流时间0.3h，汇流流速为0.84m/s，洪峰流量为6.39m3/s。梯田占比47.6%条件下，汇流时间0.58h,汇流流速为0.41m/s，洪峰流量为2.8m3/s，在植被恢复过程中冠层每增加1m，流域汇流时间滞后30%～110%，最大流速减小3%～8%，径流量削弱5%～25%；在百年一遇雨强的条件下，雨强每增加1mm/min，流域汇流时间提前3%～4%，最大流速增大4%～8%，径流量增加10%～40%，洪峰流量增大5%-40%； （3）高度治理流域产沙对极端暴雨的响应。该小流域治理前遭遇百年一遇暴雨时，侵蚀模数8529t/(km2·a)。梯田占比47.6%条件下，侵蚀模数4333 t/(km2·a)。在植被恢复过程中冠层每增加1m，流域径流含沙量减小8%～80%，侵蚀模数减少4.9%～10%；在百年一遇雨强的条件下，雨强每增加1mm/min，流域含沙量增加13%～40%，侵蚀模数增加25%-40%； （4）高度治理流域碳氮磷流失对极端暴雨的响应。在梯田占比 47.6%条件下，在植被恢复过程中冠层每增加1m，流域总碳减少4.5%～59.8%、总氮减少4.3%～47.6%，总磷流失量减弱减少4.5%～51.8%；在百年一遇雨强的条件下，雨强每增加1mm/min，流域碳流失量增加4.6%～26.7%，总氮流失量增加4.1%～26.5%，总磷流失量增加3.5%～34.7%； 上述高度治理流域模拟试验表明，极端暴雨条件下流域产流产沙及碳氮磷流失随着生态演变进行逐渐减少，体现极端暴雨条件下流域的减流、减沙及减少碳氮磷流失等生态功能大大提升。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究进展

1.3存在的问题

第二章 研究内容与试验方法

2.1研究目标与内容

2.2试验方法

第三章 极端暴雨对高度治理小流域径流的影响研究

3.1极端暴雨对小流域汇流时间的影响

3.2极端暴雨对小流域平均流速的影响

3.3极端暴雨对小流域地表径流的影响

3.4极端暴雨对小流域洪峰的影响

3.3 小结

第四章 极端暴雨对高度治理小流域径流含沙量的影响

4.1 生态演变中小流域径流含沙量对极端暴雨的响应

4.2 生态演变中小流域侵蚀量对极端暴雨的响应

4.3 小结

第五章 极端暴雨对高治理度小流域碳氮磷流失的影响研究

5.1 植被生态恢复对碳损失影响分析

5.2 植被生态恢复对氮磷损失影响分析

5.3 小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2 展望与不足

参考文献

致谢

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