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文档简介

1、乌兰木伦河流域暴雨产沙分析研究i羟氏f泥沙研韵气1995年6月journalofsedimentresearch第2期一7/乌兰木伦河流域暴雨/堇苤生.查点塑柳丽英(陕西省术土保持环境评价,监甜,研究中心)提要乌兰木伦河流域位于多沙粗沙地区,其产流,产沙_变化具有独特的规律.本文用考虑雨强时空分布的超渗产谎模型及用前期影响雨量为参数分别就涨水,落水段的含沙量与流量关系的流域水抄经验模型以计算产流量和产沙量效果良好,基本满足实用要求,具有生产价值,也可应用于同类流域关键词多沙粗沙区,降雨时空分布,水沙关系.一,概况乌兰木伦河发源于内蒙古东胜市柴登乡巴定沟畔,自西北向东南流.经内蒙的伊金霍洛旗流达

2、陕西神木县境内.在碾房峁处与悖牛川汇合后称为窟野河.乌兰木论河上有王道恒塔水文站,站以上河流长度134km,河道平均比降2.98?面积3839km:.流域的气候属中温带干旱半干旱大陆性季风气候,具有年内干燥步雨,日照强烈,冷热剧变,温差大,风多风大,降雨猛.历时短等五个特点.流域内地质地貌大体可分三类北部为人工草地的砾质砒砂岩丘陵,称i区;中部为天然草地的风沙丘陵.称区;南部为灌木丛林的沙质丘陵及盖沙黄土丘陵,称区.土壤以风沙土类为主,另有灰漠土,沙坨土,沙质淡棕钙土等大柳塔至王道恒塔沿河两岸储藏有丰富的煤矿资源自1987年起进行了大量的开发.这将会引起新增人为水土流失量.1976年,流域内雨

3、量站少,难于分析雨洪产沙成因特点.之后,陆续增设雨量站,到1986年,雨量站数为20个根据19771985年洪水资料.选洪峰流量大于300m/a的洪水2o场为本次分折对象对20场洪永的特征进行统计,得知单峰型洪水居多,其涨水历时为0.26h,洪水总历时一般在24h之内,2o场洪水中,峰和量均较大的是洪号78,8,31和85,8,5两场?也是输沙量最多的两场.而且,暴雨下落中心区也都位于i区内.统计暴雨中心落在何区的颠次可见.发生在i区的最多.为l2次当暴雨中心位于i区内的霍洛,布尔台,牛格吐沟,花亥图,巴图塔一带时,沙峰含抄量一般可达1000kg/m以上.又根据19761980年悬沙级配资斟统

4、计.中值粒径止.为0.0360.237mm,最大可达038mm.且中值粒径随含沙量增大而增大.对1976年l985年的36次洪水过程中的含沙量与流量点绘关系,发现多数呈现绳套形.8字形.蔓杂绳套形等.针对此种特点.分析丁前期影响雨量和暴雨空间分布特征(采用-车研究拳冒豪”八五攻美资助项目87,究上述五站有效雨量占流域有效雨量之比值)对产输沙的影响.发现这二十参数能起到重要的作用.加入前期影响雨量参数一分别就涨水,落水段点绘含水量与流量关系,相关点据呈现出明显分布趋势.即前期影响雨量小?相同流量的含沙量就大.反之则小;无论是箍,落水段,含沙量与流量有正比关系,但当流量大于某值后,含沙量就趋予稳定

5、值,该值与前期影响雨量涨落水段有关,见表1.表l王遭恒塔流域求沙关系分析结果表reationsfaipsbetweenrunoffandsedimentconcentraioninwangdaohengtawatershed前期彰响醢承段落水段雨量流量撮服极甩patmm)6相关系教古抄量b相关系数流量(m,s)(m,s)吉抄量(kg/m1(kg/m)104.0s0.750.a6s000164o2.0.840.8020001拍0t0205480.s80.8gz50o5004.500.b20.8415go350>z0l2.350.4409120004o0l3.o00.4sm87iso0450

6、备注致学表选式为p;口1p一岔抄量(kgm1;0蒉【量(m,s】二,产流分析计算考虑刘流域下垫面条件的差异及降雨时空分布不均的条件,采用分区分单元的二种计算方法.(一)超渗产流模型法首先根据雨量站分布按泰森法划分每十雨量站的控制面积.在每一站控制面积内都应用菲利浦下渗公式.分别按各自雨强变化计算产流.计算公式如下=sn+a(1)s一(ira尸口)(2)式中下渗能力;a,s分别为下渗参数;时段出的雨强;j一最大蓄渗量;c系数;a一一指数;pa前期影响雨量,用下式计算.pa=kp,l+p一2+klsps式中系数,取用0.85,采15天雨量计算p口.由于王遭恒塔流域内下垫面划分为三种类型,相应的a,

7、c,参数均有三个数值,分别a,a:,a,c,c:,c,表示,im则采用一个数值,上述lo个参数经优化计算来确定.目标函数取用r一ri2mm墨坠20%r优化方法采用非线性规划及步长加速法求解.困同时摄动1o个参数,计算工作繁杂.需将摄动问题分步进行,要使每个参数两次优化值接近,达到局部优化,通过多次摄动优选最后达到整体优化.对19771983年的l5场雨洪资料,优化结果为lm:70mmal:3.0mm/h.a2;3.0mm/h.a3=4.omm/h;88cl一0.92,c20.92,c3=0.920.230,20.235,3:0.325根据水文预报规范规定.径流探绝对误差小于等于3mm或相对误差

8、小于等于20%为台格标准,统计模型计算结果为15场全合格.然后用19841985年的5场雨洪进行检验.检验台格率为80.由此可见,对20场雨洪产流计算合格率达到95.(二)经验相关图法由于暴雨时空分布不均.流域面平均雨量难以反映实际的产流情况,本文采用有效降雨的概念.所谓有效降雨是指能引起产流,产沙效应的降雨.经过分析比较,采用雨强1omm/h的降雨作为有效降雨,效果最佳.流域内产流或产沙的总效应与流域内各块面积上有效雨的水量有关,故每场降雨的有效降雨水量p是流域内各块面积上有效雨所产生的水量之和.应用流域有效降雨水量p及前期影响雨量pa与清水径流量点绘相关图,相关点据有明显规律.根据上述误差

9、评定标准+统计评定结果,该相关图方案的合格率为95.三,产沙分析计算流域的泥沙运动分三个阶段:侵蚀,输移,淤积.如果流域坡面侵蚀的泥沙能被水流携送到流域出口+此种泥沙则称输沙量.判断产沙量与输沙量的关系+用泥沙输移比表示.张胜利对窟野河的研究认为,神木站以上泥炒输移比为1,神木站以下不是1.王道恒塔站位于神木站的上游,因而取泥沙输移比为1.(一)降雨产流产沙模型利用超渗产流模型计算得到净雨过程及净雨量后还可以应用各种汇流模型计算出流域的洪水过程线.然后再应用流域水沙关系,便可计算出荒域的含沙量过程及输沙率过程和输沙量.困本月,目相对谩差()相对谩差()年月,日相对误差()相对谩差(%)1977

10、.日.:l6.42.0i9b17525.02398.z.l.23.8l2.17.5l9375.549.5730z287.11.0.9476s.519797273.z.01983.7.il15】9.08.724.91o.4.68.10l6021.08.2i4.020.5b.1377?0146o28.z9.019811i.82.88.jl1.77d7z12o.01j.4日25l2.08l按输沙量相对误差2o,沙峰输沙率相对误差30%为台格标准?则产沙量?沙峰输抄率的合偌率分别为6j%,75(二)经验相关圉法点绘产沙量与有效雨(采用等于或大于10.omm/h的雨强)水量之间的关系t井以前期影响雨量作

11、参数.相关点据分布趋势明显?图略.以产沙量相对误差小于等于2o为合格标准,相关图的合格率为55?0?(三)沙峰大于lo00kg/m的判断预报1.用pp/pf0.35作为差别标准由于暴雨空闻分布特征对产沙量影响极大.尤其是暴雨中心区位于i区中的霍浩,布尔台,牛格吐沟,花亥图,巴图塔一带时.含沙量一般达lo00kg/m以上,据此特点,采用上述五站的有效降雨水量p占流域有效降雨水量p的比值等于大于0,35为判别标准?预报合格率达9%.2.用ws/w>/o,91作为差别标准根据每场暴雨的有效降雨水量pe,前期影响雨量p一可以利用相关图,查得清水径流量;及查出输沙量肌然后用沙水比值.91的标准t便

12、可作出每场雨洪的诊峰是否大于或小于lo00kg/m的经验预报.此法的预报合幸旨率为75,在预报作业中.主要依据暴雨空间分布特征的预报方案t同时,可参考沙水比的预报方案.四,结论1.本文系统地研究了乌兰木伦河流域的暴雨洪水泥沙的特性?发现影啊雨洪产涉量的因素主要是暴雨益度,降雨时空分布,前期影响雨量p?流域下垫面性质的分布等围素?2.前期影啊雨量.不但可以反映雨前土壤干湿程度.也反映了雨前可侵蚀性拾散物的储备量,p小,雨前松散物的储备多,可供暴雨径流侵蚀产沙的数量就多,反之则少?因而?无qnj1论是产流,还是产沙或含抄量与流量间的关系荨都与它有关.3.用计及暴雨时空分布影响的超渗产流模型或是用产

13、流,产沙有效性雨强(本文采用等于大于100mm/h)作为有效降雨水量的产流相关图,均能使流域产流计算精度达到90以04.流域内主要产沙区是第区内的霍洛,布尔台,牛格吐沟,共亥图,巴阍塔一带.根据上述五站的有效降雨水量占流域有效降雨水量的比值大于0.35,作为出现lo00kg/m的含沙量的判断标准,预报方案合格率达到95.本文根据降雨时空分布特征及前期影响雨量,便可计算产流,产抄量及沙峰太子io00kg/m的判断预报,基本满足实用要求,且具有很大弹性,可以灵活运用到其它同类流域.参考文献l张眭利,赵业安,黄河中上游水土保持j里支流减沙效益初步分析.凡民黄河,1986.l.2刘晨.北江帧水流域悬移

14、质含沙量过程预报泥沙研究,1987.12.3:牟金泽,孟庆枚.论流域产眇量计算中的泥抄输移比.泥眇研究t1982.2.:王欣成,赵光跃.试论窟野河和秃尾河抄区产沙的环境,特点及其浩理凡民黄河,1heretheprocessesofrunoffproducingandsedimentyieldhavetheirspecificcharacteristics?inthispaper.anexcessinfiltrationrunoffproducingmodelincludedthespatialandtemporaldistr一huti.nofrainfaiiinwatershedisusediocalculatetherunoffvolume,andamodelwhichincludsthedarametersofantecedentprecipitationandempiricialrelationshipsbetweenrunoffdischarzeandsedimentconcentrationinfloodriseorfloodrecedestageslsusedtocalculatethese

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