2000年以來,隨著黃土高原林草植被大幅改善和大規(guī)模梯田建成,加之壩庫攔截,黃土高原入黃沙量銳減,從而使黃土高原現(xiàn)狀產(chǎn)沙情勢的認知成為近年關(guān)注的熱點。目前,增大林草和梯田覆蓋狀況可減少或遏制侵蝕產(chǎn)沙的觀點已被廣泛認可,但其在流域?qū)用嫔系臏p沙機制仍有待深入認識。本文以黃土丘陵溝壑區(qū)30條面積較小的流域作為樣本,以場次降雨為分析對象,以場次降雨的面雨量、最大1 h降雨量和降雨侵蝕力為降雨指標,以場次降雨的產(chǎn)沙強度≥500 t/km2為流域產(chǎn)沙的判斷標準,探討了林草梯田覆蓋程度變化與可致流域產(chǎn)沙的降雨閾值之間的響應關(guān)系。研究表明,無論地貌類型如何,隨著流域林草梯田覆蓋程度的增大,流域產(chǎn)沙的降雨閾值均明顯增加,其中黃土丘陵第1—3副區(qū)的降雨閾值與林草梯田有效覆蓋率之間呈正向的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。在相同下墊面下,黃土丘陵第1—3副區(qū)的降雨閾值差別很小;或因植被主要分布在梁茆,或因河道產(chǎn)沙占比較大,因此,砒砂巖區(qū)、黃土殘塬區(qū)和黃土丘陵第5副區(qū)更易產(chǎn)沙,其降雨閾值明顯小于第1—3副區(qū)。本成果不僅為詮釋林草梯田減沙的機制提供了科學支撐,而且也可為黃河水沙情勢的評價和入黃沙量預報提供重要參考。 

【文章來源】：水利學報. 2019,50(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

樣本流域的空間分布——1178102°E104°E106°E108°E110°E112°E34°N34°N黃河

2000年以來，黃土丘陵區(qū)大部分流域的植被和梯田覆蓋狀況都處于不斷改善和快速改善的過程中［15］，即使相差幾年，同一條流域的林草梯田覆蓋狀況也相差很大；直至2012—2016年，林草梯田的覆蓋狀況才先后趨于穩(wěn)定。林草梯田覆蓋狀況的變化，必然導致降雨閾值變化。因此，要確定樣本流域在某種下墊面情況下的降雨閾值，須根據(jù)其不同時期的下墊面狀況對數(shù)據(jù)分組，使每組數(shù)據(jù)時段的下墊面大體相同。對于小微流域，采用流域內(nèi)各雨量站的最大雨強均值，構(gòu)建雨強-產(chǎn)沙強度關(guān)系圖。對于流域面積較大的中小流域，采用降雨中心的最大雨強。的概念［18］，并將其應用于土壤侵蝕量的計算，計算公式為：R=∑E×I30（3）式中：E為一次降雨的總動能；I30為一次降雨過程中連續(xù)30min最大降雨量。隨后，結(jié)合各地實際，式（3）中E常被簡化成一次降雨的總雨量P，雨強也有I10、I15、I30、I60等多個變種［15，17］�？紤]到如前文所述的黃土高原降雨數(shù)據(jù)格式的實際情況，本文采用的降雨侵蝕力計算公式為：R=P×I60（4）確定了降雨指標和流域產(chǎn)沙的判斷標準后，對于任意流域，可利用某時段的實測降雨和產(chǎn)沙數(shù)據(jù)，分別建立降雨-產(chǎn)沙強度的關(guān)系；然后，根據(jù)關(guān)系點群的外包線，識別出可致流域產(chǎn)沙的降雨閾值。顯然，流域的林草梯田覆蓋狀況不同，降雨閾值必然不同。為揭示流域林草有效覆蓋率和梯田規(guī)模變化對產(chǎn)沙降雨閾值的影響規(guī)律，一方面降雨閾值的識別方法要一致，另一方面涉及的林草梯田覆蓋率的范圍應寬——故本文選用的數(shù)據(jù)時段既有五六十年代、也有1990年代至今。此外，考慮到60多年來黃土高原各流域的植被和梯田狀況一直處于不斷變化過程中，因此識別

227次洪水測驗成果表中，產(chǎn)沙強度大于500和10000t/km2者分別占52%和8%。據(jù)此構(gòu)建了各流域的次雨量-產(chǎn)沙強度、最大雨強-產(chǎn)沙強度關(guān)系，結(jié)果見圖3。為便于識別降雨閾值，圖3未顯示產(chǎn)沙強度大于1000t/km2的場次洪水信息。由圖3可見，在植被很差的黃土丘陵區(qū)的小微流域，一場雨量7mm、或雨強6mm/h、或降雨侵蝕力40mm2/h的降雨，就可能發(fā)生產(chǎn)沙強度達500t/km2的產(chǎn)沙事件。圖3低林草覆蓋流域的降雨-產(chǎn)沙關(guān)系以上現(xiàn)象與植被良好的黃土丘陵區(qū)形成鮮明對照。圖4是橋溝流域（2007—2018年）、王皮灣流域（2016—2018年）和紙坊溝流域（2016—2017年）的降雨-產(chǎn)沙關(guān)系，其林草有效覆蓋率分別為62%、77%和80%，是植被優(yōu)良的樣本流域。由圖可見，在次雨量小于100mm、雨強小于63mm/h、降雨侵蝕力小于4000mm2/h范圍內(nèi)，僅在2017年7月26日的無定河大暴雨期間，橋溝流域的產(chǎn)沙強度達到2229t/km2（即圖4中的最高點），相應的次雨量和最大雨強分別為113.2mm和44.6mm/h；其它各場次降雨的產(chǎn)沙強度均不足100t/km2。據(jù)圖4推算，該時期橋溝流域的次雨量、雨強和降雨侵蝕力閾值分別約95mm、40mm/h、2000mm2/h；其它兩流域的降雨閾值很可能更大，但尚難定論。從橋溝流域1986—2018年降雨閾值的變化過程，可更清晰地看出林草植被變化對降雨閾值的影響。橋溝流域也是無定河流域的一條微型流域，流域面積0.45km2，自1986年設(shè)站觀測至今。1980年代末，橋溝流域的林草有效覆蓋率為15%，至2016年達到74%。從橋溝流域不同時期的降雨-產(chǎn)沙關(guān)系可見（圖5

【參考文獻】：
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本文編號：3428318