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鄂西南恩施长堰小流域径流泥沙对降雨的响应特征

鄂西南恩施长堰小流域径流泥沙对降雨的响应特征

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作者：郭靖东华中农业大学

学位级别：硕士

湖北省鄂西南地区由于降雨强度大、降雨频繁且集中等因素屡屡产生洪水径流泥沙,土壤侵蚀问题日益加剧,但却少有该地区的研究分析。本文选取鄂西南典型小流域——恩施长堰小流域为研究区,以监测站建成以来实测次降雨、径流、泥沙数据为基... 详细信息

湖北省鄂西南地区由于降雨强度大、降雨频繁且集中等因素屡屡产生洪水径流泥沙,土壤侵蚀问题日益加剧,但却少有该地区的研究分析。本文选取鄂西南典型小流域——恩施长堰小流域为研究区,以监测站建成以来实测次降雨、径流、泥沙数据为基础,探究小流域降雨、径流、泥沙特征及产流产沙与降雨间的响应关系,并通过偏最小二乘回归分析确定经验关系式。本研究得出以下结论:(1)恩施长堰小流域30年平均降雨量为1408.4mm,降雨侵蚀力为7655.4MJ·mm·hm·h·a,平水年出现次数最多,偏丰年出现次数最少;夏秋两季总降雨量占比超过年降雨量的60%;2018-2020年分别为平水年、枯水年、丰水年,2018年大雨降雨场次和降雨量占比均为最大,特大暴雨降雨场次和降雨量占比均为最小,2019年暴雨降雨场次和降雨量占比均为最大,特大暴雨降雨场次和降雨量占比均为最小,2020年中降雨场次和降雨量占比均为最大,特大暴雨降雨场次和降雨量占比均为最小;2018年降雨历时为24小时的降雨降雨场次占比最小,降雨历时为6～12小时的降雨降雨量占比最大,24小时的降雨降雨场次占比最小,降雨历时为12～24小时的降雨降雨量占比最大,24小时的降雨降雨场次占比最小,降雨历时为>24小时的降雨降雨量占比最大,小流域的主要暴雨预警形式。(2)小流域径流泥沙峰值随降雨强度峰值出现而延后出现;2018年总降雨量1212.5mm,总径流深604.1mm,径流系数0.50,产沙模数6.78t/ha,洪峰流量最大值为2.418m/s,最大泥沙浓度最大值为0.630g/L,与最大洪峰流量同一时间出现;2020年总降雨量1735.8mm,总径流深828.4mm,径流系数0.48,产沙模数10.87t/ha,洪峰流量最大值为16.693m/s,最大泥沙浓度最大值为4.579g/L,与洪峰流量最大值出现在同一场次径流;小流域降雨集中在后期的中雨量降雨对洪水径流泥沙发生的贡献度高;典型径流泥沙过程特征表明降雨、径流、泥沙量之间存在一定的正相关关系。(3)从A聚类雨型来看,b型降雨主导小流域产流产沙。从B聚类雨型来看,III型降雨主导小流域产流产沙。不同指标聚类的降雨类型对小流域产流、产沙的影响上具有一定的相似性。这也从侧面说明了小流域径流泥沙间的相关关系。(4)小流域径流量与降雨量、降雨侵蚀力间存在较好的幂函数关系,表达式分别为y=13606.785x、y=693.251x,R均为0.980;泥沙量与降雨量、降雨侵蚀力间均存在较好的幂函数关系,表达式分别为y=0.209x、y=0.001x,R分别为0.995、0.982;泥沙量与径流量间存在较好的幂函数关系,表达式为y=2.236E-07x,R为0.982;径流量及泥沙量与前期影响雨量均不显著相关。(5)小流域总径流量Q与降雨量P在P<0.05水平上呈极显著相关关系,总泥沙量SE与降雨量P在P<0.05水平上呈极显著相关关系,降雨量P与降雨历时D在P<0.05水平上呈极显著相关关系;洪峰流量Q与降雨侵蚀力在P<0.05水平上呈极显著相关关系;通过偏最小二乘回归分析得到总径流量与各相关变量的经验关系式为Q=-269948.939+3585.711 P+162.050 D+16843.215 I,R为0.979;总泥沙量与各相关变量的经验关系式为SE=-5.900+0.161 P+0.007 D-0.311 I+1.927E-05 Q,R为0.959。

关键词：长堰小流域降雨-径流-泥沙响应特征 K-均值聚类偏最小二乘回归

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