基于能量的坡面侵蚀性径流及其水沙传递关系

为有效辨识径流侵蚀能量对水沙关系的影响,构建水流功率ω和水流能量因子SE等指标,采用经验频率统计法,初步拟定了基于能量的坡面侵蚀性径流标准,并考察了不同侵蚀事件的水沙关系。结果表明:1)坡面侵蚀性径流的一般参考标准为:水流功率大于10.5 W/m或水流能量大于0.059 W,输沙模数一般大于0.6 kg/m^(2)。2)事件时间尺度下输沙模数主要受水流能量因子控制,平均含沙量与水流功率关系最优;过程时间尺度下瞬时输沙率与瞬时水流功率、输沙模数增量与水流能量因子增量皆成正线性相关。3)侵蚀性径流的输沙能力是非侵蚀性径流的2.5倍,而非侵蚀性径流单位水流能量增量的增沙能力是侵蚀性径流的4.8倍;调节单位水流功率(10W/m)的减沙效益可达50%,调节单位水流能量因子(0.1 W)的减沙效益可达71%。分析结果表明侵蚀性径流事件的整体水沙关系更稳定,径流能量更强,输沙能力更大,基于能量拟定侵蚀性径流标准具有可行性。研究结果可以为黄土高原坡面典型径流事件筛选和径流侵蚀能量调控提供参考。

黄土区坡面侵蚀性径流标准与水沙关系分析

径流侵蚀性是影响水沙行为的关键因素之一。有效辨识侵蚀性径流的水沙关系有利于深刻把握坡面水沙运行规律。选取3个径流指标,采用经验频率分析法,拟定黄土区坡面侵蚀性径流标准,分析不同尺度下侵蚀性与非侵蚀性事件的水沙关系。结果表明:1)坡面侵蚀性径流的一般参考标准为:径流历时>8 min,最大流量>2.3 d m^(3)/s,次径流深>2.3 mm,输沙模数>0.3 kg/m^(2)(相当于300 t/km^(2));2)侵蚀性事件输沙模数主要受径流深控制,平均含沙量主要受最大流量影响,调节径流深的减沙效应较调节最大流量高8%;3)侵蚀性事件瞬时流量超过某一临界值(8~14 dm^(3)/s)时,瞬时含沙量呈现稳定状态(趋于490 kg/m 3);4)与非侵蚀性径流相比,侵蚀性径流的输沙能力增加2.9倍,产沙能力增加2.7倍。侵蚀性径流的输沙产沙能力更强,侵蚀性径流标准的拟定具有可行性,坡面径流调控应以实现侵蚀性径流向非侵蚀性径流的转化为导向。研究结果可为黄土区坡面典型径流事件的筛选提供借鉴。