1.目標(biāo)

  采用分布式水文模型和土壤侵蝕耦合模型等新技術(shù)方法，根據(jù)山丘區(qū)短歷時(shí)、強(qiáng)降雨的暴雨洪水特點(diǎn)，采用小流域暴雨洪水為載體，應(yīng)用改進(jìn)的中國(guó)土壤侵蝕方程描述小流域的土壤侵蝕過(guò)程，以小流域雨量分析為驅(qū)動(dòng)，聯(lián)立分析小流域產(chǎn)流、坡面土壤侵蝕，河道洪水演進(jìn)、河道泥沙沉積與輸送，水庫(kù)調(diào)蓄計(jì)算、水庫(kù)泥沙淤積與運(yùn)移，潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析等，為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、提高水土保持措施對(duì)山洪災(zāi)害預(yù)防能力和防治效益提供技術(shù)支撐。

2.總體技術(shù)路線

   收集、處理區(qū)域基礎(chǔ)地理、土壤質(zhì)地、降雨等數(shù)據(jù)，提取土壤侵蝕影響因子，采用小流域暴雨洪水為載體，應(yīng)用改進(jìn)的中國(guó)土壤侵蝕方程，聯(lián)立分析洪水、土壤侵蝕及水土保持措施效益。

3.模型選擇
3.1分布式水文模型

   分布式水文模型涵蓋所有的水文過(guò)程，包括面雨量分析計(jì)算、產(chǎn)流計(jì)算、蒸散發(fā)計(jì)算、匯流計(jì)算、河道演進(jìn)計(jì)算、水庫(kù)調(diào)蓄計(jì)算和潰壩預(yù)測(cè)等。

• 降雨模型

   采用泰森多邊形、反距離法或克里金插值法進(jìn)行小流域面雨量插值計(jì)算。

• 產(chǎn)流模型

   根據(jù)區(qū)域氣候條件及地形地貌構(gòu)建適合于實(shí)際情況的產(chǎn)流模型。主要包括蓄滿產(chǎn)流、超滲產(chǎn)流、混合產(chǎn)流等。

• 匯流模型

   采用國(guó)家山洪災(zāi)害調(diào)查與評(píng)價(jià)項(xiàng)目下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化單位線進(jìn)行小流域匯流計(jì)算。

• 演進(jìn)模型

   采用適合無(wú)資料山丘區(qū)河道徑流演進(jìn)模型進(jìn)行河道洪水演進(jìn)計(jì)算，如運(yùn)動(dòng)波、動(dòng)態(tài)馬斯京根法等。

• 水庫(kù)調(diào)蓄模型

   基于水量平衡公式和水庫(kù)的特征曲線進(jìn)行水庫(kù)調(diào)蓄計(jì)算。

• 潰壩模型

   潰壩預(yù)測(cè)主要是預(yù)測(cè)潰口參數(shù)，包括潰口深度、潰口寬度、側(cè)坡坡度、潰口開(kāi)始時(shí)間及潰口形成時(shí)間，可通過(guò)建立在大量案例基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式或預(yù)測(cè)方程法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.2小流域坡面土壤侵蝕模型

   依據(jù)《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL 277―2002），本項(xiàng)目根據(jù)我國(guó)土壤侵蝕實(shí)際情況，選擇中國(guó)通用土壤流失模型（CSLE）進(jìn)行典型流域土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)研究。 A=R×K×LS×B×E×T 式中： A：土壤水蝕模數(shù)，t/（hm²·a）；
R：降雨侵蝕力因子，MJ·mm/（hm²·h·a）；
K：土壤可蝕性因子，t·hm²·h/（hm²·MJ·mm）；
LS：坡長(zhǎng)坡度因子，無(wú)量綱；
B：生物措施因子，無(wú)量綱；
E：工程措施措施因子，無(wú)量綱；
T：耕作措施因子，無(wú)量綱。

3.3河道產(chǎn)沙及輸送模型

   泥沙從上游匯集到河道中以后，匯集的水流攜帶土顆粒以懸浮質(zhì)或推移質(zhì)的形式在河道中繼續(xù)前進(jìn)，水流或沙礫拖拽河床的泥沙，引起河道沖刷，使部分河床質(zhì)從靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，當(dāng)流速足較小的時(shí)候，水中的部分泥沙將會(huì)沉降到河床。

3.4水庫(kù)淤積及運(yùn)移模型

   水流匯入水庫(kù)的過(guò)程中，水流流速變慢，泥沙輸送能力降低，從而導(dǎo)致泥沙沉降，發(fā)生淤積。如果滯留時(shí)間足夠長(zhǎng)，大多數(shù)泥沙將淤積于水庫(kù)中。

4.軟件系統(tǒng)研建

   洪水水文與土壤侵蝕過(guò)程由不同的物理子過(guò)程組合而成的，每個(gè)子過(guò)程被描述成相對(duì)獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊作為一個(gè)軟件單元，有事先定義好的數(shù)據(jù)接口和行為接口。模塊間通過(guò)水循環(huán)過(guò)程進(jìn)行連接。

軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

技術(shù)層次上應(yīng)用以下關(guān)鍵技術(shù)： 模塊接口 統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型 模塊解析及模塊運(yùn)行 基于圖形化的模型生成 建模流程的支持 并行模擬算法 并行調(diào)度算法

山洪與土壤侵蝕分析系統(tǒng)界面

5.模型軟件應(yīng)用

模型因子輸入

河流水系分布圖

土地利用分布圖

土壤類(lèi)型分布圖

小流域劃分圖

小流域最長(zhǎng)匯流路徑圖

小流域平均坡度圖

土壤可蝕性K值分布圖

坡長(zhǎng)因子L分布圖

坡度因子S分布圖

植被覆蓋與生物措施因子

耕作措施因子

模型計(jì)算

年徑流過(guò)程

侵蝕強(qiáng)度分布圖

水保措施防洪效益分析

以某年計(jì)算所用的參數(shù)為基礎(chǔ)，在5個(gè)典型頻率（5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇以及100年一遇）24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨的條件下，通過(guò)改變下墊面條件，模擬新建水保措施條件下，得到流域洪水和土壤侵蝕的變化規(guī)律，分析研究水保措施對(duì)洪水和土壤侵蝕的影響。    結(jié)論：有新建水土保持措施和已有水土保持措施兩種條件下流域出口的洪水過(guò)程比較。新建的水土保持措施有效的起到了推遲洪峰出現(xiàn)時(shí)間及減少洪峰流量等滯洪削峰的作用。

5年一遇

10年一遇

20年一遇

50年一遇

100 年一遇