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水科学进展 2014年第4期25卷 526-533页

作者：王盛萍姚安坤赵小婵华北电力大学资源与环境研究院区域能源环境系统优化教育部重点实验室北京102206 北京林业大学水土保持学院北京100083

为揭示降水人渗时坡面水文连通性特征以及坡度和雨强等对水文连通性的影响，研究基于人工降雨模拟试验，分别采用结构性指标径流长度（Flowlength，ly）和功能性指标相对地表连接函数（Relative Surface Connection Function，F RC）分... 详细信息

为揭示降水人渗时坡面水文连通性特征以及坡度和雨强等对水文连通性的影响，研究基于人工降雨模拟试验，分别采用结构性指标径流长度（Flowlength，ly）和功能性指标相对地表连接函数（Relative Surface Connection Function，F RC）分析不同坡度坡面（5°、15°、25°；面积为150cm×50cm）在不同雨强（25mm／h、50mm／h、70mm／h和86mm／h）条件下的水文连通性。研究结果表明：坡面水文连通结构主要由2，为0～100mm的径流路径组成，其栅格频率高达90％以上，而ly为100—500mm的栅格频率为3％-8％。水文连通性的迅速发展主要集中在降水事件的开始阶段，而一定阶段以后人渗速率与地表储水速率基本持平，水文连通性呈现出较为稳定的发展趋势。坡度增大整体上有利于水文连通性的发展。5°坡面对应水文连通面积比率整体小于其他坡度。由于雨强增大到一定范围时将增加地表糙率，从而阻碍水文连通性的发展，研究中仅25mm／h对应水文连通性明显区别于其他雨强，而其他雨强间则在多数情况下水文连通性差别较小。

关键词：水文连通性降雨模拟相对地表连接函数径流长度

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黄土坡耕地微地形地表水文连通性特征研究

黄土坡耕地微地形地表水文连通性特征研究

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作者：董艳西北农林科技大学

学位级别：硕士

坡耕地是黄土高原地区主要的农业耕作场所,也是土壤侵蚀最容易发生的场所,而坡耕地土壤侵蚀一直以来严重制约着黄土高原地区农业和经济可持续发展。坡耕地水文连通性能够影响泥沙沉降和径流运移,进而影响土壤侵蚀的进一步发育与演化,因... 详细信息

坡耕地是黄土高原地区主要的农业耕作场所,也是土壤侵蚀最容易发生的场所,而坡耕地土壤侵蚀一直以来严重制约着黄土高原地区农业和经济可持续发展。坡耕地水文连通性能够影响泥沙沉降和径流运移,进而影响土壤侵蚀的进一步发育与演化,因而是理解径流空间变化和土壤侵蚀的主要因子。目前,有关坡耕地水文连通性的研究几乎都集中在流域尺度,而针对微地形尺度下的研究甚少,影响了人们对于微地形在水文连通中重要作用的认知。为了深刻理解微地形尺度下的坡面径流产流过程和机制,分析径流和泥沙源汇区的变化过程,表达径流过程的复杂性以及地表糙度和坡度的效应,本文基于人工降雨模拟试验,以等高耕作(CT)和人工掏挖(AD)的微地形坡面为研究对象,结合GIS技术探究了60 mm/h和90 mm/h雨强条件下5种不同坡度(5°、10°、15°、20°、25°)坡面的水文连通性结构特征和功能特征。主要结论如下:(1)点云数据的精度会影响微地形地表进行数值模拟,从而影响河流总长度、河网阈值、径流长度和地表糙度。微地形坡面点云数据抽稀的最佳精度是6 mm,用克里金差值方法建立高精度DEM,作为微地形地表水文连通性研究的重要数据基础。(2)河网阈值和河流总长度具有很强的相关性。最佳河网阈值为0.9,河网阈值和河流总长度拟合度大小依次为:AD90 mm/h>CT90 mm/h>AD60 mm/h。(3)径流长度可作为描述微地形坡面水文连通结构性的重要指标。径流长度的栅格数占比能够表达径流源区的形成。黄土耕作坡面的径流源区主要由较小(6-10 mm)径流长度值形成;随着降雨的持续,径流路径越来越多,彼此相互连通,形成一个个小面积的径流源区;小面积的径流源区通过径流路径不断汇聚成较大面积的径流源区,使水文连通面积越来越大。(4)坡度、雨强和地表糙度是影响坡面水文连通结构性的主要因素。坡度和雨强越大,径流长度越大,越有利于水文连通性的发展;地表糙度增加阻碍水文连通性的发展。耕作措施对水文连通结构性也有一定的影响:相同坡度和雨强条件下,AD比CT更有利于水文连通性发展。(5)简化水文曲线和相对地表连接函数能够生动地反映微地形坡面的水文连通功能性特征,表达径流的产流过程和产流机制。随着降雨次事件的依次发生,坡面的径流会迅速连通并产流,但当坡面的入渗速度和地表储水速度一致时,坡面的水文连通面积比和地表滞水会达到一个稳定状态。水文连通面积比(C)平均值从高到低依次为:AD90 mm/h>CT90 mm/h>AD60 mm/h。(6)坡度和雨强是影响坡面水文连通功能性的主要因素。坡度和雨强越大,简化水文曲线中C达到峰值时对应的累积降水量和相对地表连接函数中C达到峰值时对应的DS/DSmax值越小,简化水文曲线和相对地表连接函数的拟合度越大。耕作措施对水文连通功能性也有一定的影响:相同坡度和雨强条件下,AD比CT更有利于水文连通性发展。本论文利用GIS技术探究我国黄土高原坡耕地微地形尺度水文连通性可以有效发展水文中微观尺度(毫米级的格网单元)向中尺度(坡面、地块)和宏观尺度(流域)的尺度转换技术,提高坡面和流域尺度水文连通性模型模拟精度,促进黄土高原地区水土资源可持续管理的科学决策。

关键词：土壤侵蚀水文连通性简化水文曲线相对地表连接函数微地形

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