基于物理机制的黄土高原小流域水沙模型构建与模拟研究

水沙模型是计算和评估水土流失和泥沙侵蚀的重要工具。黄土高原是我国土壤侵蚀最严重的地区之一,针对黄土高原地区水沙特点,耦合降雨径流模块、土壤侵蚀模块和泥沙输移模块,构建了基于物理机制的水沙模型,其中降雨径流模块采用水箱模型,土壤侵蚀模块包括降雨溅蚀、梁峁坡侵蚀、沟谷坡侵蚀、沟道侵蚀,泥沙输移模块采用泥沙平衡方程与蓄泄方程联合方法。以黄河支流无定河的西南部黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域作为典型代表进行水沙模拟,并将模拟结果与MUSLE(Modified Universal Soil Loss Equation)模型进行对比,探究不同的水沙模型对于模拟结果的影响。模拟结果表明:(1)构建的水沙模型详细考虑黄土高原侵蚀过程特点,物理机制更明确,侵蚀计算更加全面。(2)构建的水沙模型具有更高的精度和可靠性,优于基于经验公式MUSLE模型,其模型平均纳什效率系数NSE为0.722,平均沙量相对误差绝对值为21.3%;基于MUSLE的模型平均NSE为0.576,平均沙量相对误差绝对值为32.8%。该研究成果为黄土高原地区泥沙侵蚀过程研究和水沙防治提供一定的科学依据。