质量守恒框架下黄土小流域径流输沙时空路径建模

作     者：代文 汤国安 杨昕 刘爱利 雷少华 郑光辉 

作者机构：南京信息工程大学地理科学学院 南京师范大学地理科学学院 虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室 

出 版 物：《地理研究》 (Geographical Research)

年 卷 期：2025年第1期

页      面：305-319页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42301478、42171402、42101384) 中国博士后科学基金资助项目(2024M761474) 

主　　题：数字高程模型 质量守恒 时空路径 泥沙输移 黄土高原 

摘      要：研究小流域径流输沙的时空路径及对应路径的输沙率，可量化小流域表层物质和能量传输过程，为小流域水土流失综合治理提供重要参考依据。本研究基于质量守恒原理，结合实验室小流域物理模型与降雨模拟，重现了小流域地表径流输沙过程，分别构建了基于水文过程的、基于水力过程的和耦合水文-水力过程的泥沙路径分配模型，反演了黄土小流域径流输沙的时空路径及对应的输沙率。结果表明，实验室物理模拟结果精细直观地反映了不同时期小流域输沙的空间变化特征。基于坡度指数的多流向算法可以较好模拟坡面上的输沙路径和输沙率，质量守恒比例为89.95%～100%。在沟道区域，基于水力模拟的路径分配模型更能反映径流输沙过程的差异性，但其在质量守恒指标上没有展示出明显的优势。对于整个小流域使用二者的耦合方法，质量守恒比例为90.03%～100%，可有效地反演径流输沙的时空路径及其对应的输沙率。本文提出的径流输沙时空路径建模方法可以广泛地应用于其他类似小流域水土流失监测和评价，为地表过程研究提供新方法和思路。