西南陡坡山区坡面产流输沙动力学特性

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1、第1期广东水利水电No.12008年2月GUANGDONGWATERRESOURCESANDHYDROPOWERFeb2008西南陡坡山区坡面产流输沙动力学特性易立群‘，王协康2(1.上海市浦东新区水文水资源管理署，上海200129;2.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)摘要:利用运动波理论近似模拟陡坡山区坡面流，导出其坡面流基本方程，根据净雨历时与汇流平衡时间的关系，得到了不同净雨历时的坡面流近似解。假定在恒定雨强条件下，根据坡面汇流理论，提出了坡面雨滴溅蚀有效坡段概念，分析坡面流输沙受雨滴溅

2、蚀作用和径流冲刷作用的主次关系，确定了Guy坡面流输沙能力公式的应用范围。关键词:坡面流;雨滴溅蚀;有效坡段中图分类号:P333文献标识码:B文章编号:1008-0112(2008)01-0032-04我国是一个多山的国家，山地约占全国面积的2/30部分明渠水力学的方法来模拟。在西南地区，山区所占面积高达95%。山区流域由于1.1坡面流偏微分基本方程受特有的白然条件影响，其水文、地貌及泥沙等方面具最早进行坡面浅层水流研究的是美国学者R.E.有自身的特点，如沿坡和沟槽或河谷、坡面产流汇流过Horton(1934,1935)，他认为坡

3、面流是一种混合状态的程迅速，洪峰呈尖瘦状，洪水过程陡涨陡落，产输沙能力水流，其流态介于层流与紊流之间。由动量守恒和质量强;坡面径流与输沙及降雨强度之间，存在极强的非线守恒可导出基本方程组为川:性关系。本文拟针对西南陡坡山区坡面产流输沙特性，hav+。ah+ah=;从宏观着眼，微观入手，将地貌学、水文学和河流动力学axaxat(1)方法结合起来，着重对建立本地区流域产流输沙动力学av+。av+;ah+rh+g(Sf一so)=0atax一ax模型带有基础意义的几个关键问题及其有关的机理、影式中h为坡面水深(m);。为坡面平均流速(m/

4、s);;响变化规律等进行系统研究，提出宏观上符合地区系统为净雨率(m/s，雨强与土壤下渗率的差值);g为重力特性，以清晰的物理概念为基础，能合理反映主要因素加速度(m/s2);%为坡距(m);5。为坡面平均比降;Si对影响坡面产流输沙过程的模拟方法。为摩阻比降。1坡面流根据运动波理论，在求解上式时常用运动波假定，坡面流系指降水扣除地面截留、填洼与下渗后在坡面上形成的一种水流，其水力特性取决于许多因素，如使运动方程简化为:S。二Sfo山区流域坡面比降陡、糙率大，水流流态多为紊流。降雨强度和历时、土壤质地和种类及前期水份条件、植在式(

5、1)的动力方程中，其他各项与坡面比降和摩阻比被密度和类型，以及地形特性，包括洼坑和小丘的数量、大小及坡长和坡度等。关于这些因素对坡面产流、汇流降相比皆可忽略，由此认为坡面水流接近运动波。D.及侵蚀搬运能力的影响，国内外许多学者进行了研究。A.WoolhiserandJ.A.Liggett[2〕指出，为使运动波求解坡面流有效，需使其“运动流数”K值满足下式:自20世纪70年代以来，一些学者开始采用模型试验及水动力学的方法专门研究各种因素影响下坡面流的水K==SoL/瑞Ho)>10(2)力规律。由于坡面流水流运动的特点和复杂性，用简单

6、式中So为坡面比降;L为坡长(m);凡为坡面末端弗的明渠水力学方法分析坡面流会遇到许多困难。为了汝德数;Ho为坡面末端水深(m)o解决生产实践中与坡面流有关的各种问题，常采取简化沈冰等〔’〕通过实验指出:在坡面降雨漫流过程中，处理，如忽略某些因素或假定某些因素不变等，并引用其“运动流数”K值在100以上，应用运动波描述坡面水收稿日期:2007-12-06作者简介:易立群(1976-)，女，硕士，工程师，主要从事水文、水资源方面的管理和研究工作。·32·万方数据2008年2月第1期易立群。等:西南陡坡山区坡面产流输沙动力学特性No.

7、1Feb2008流是合理的。因而式(1)可简化为:，Soh云/L(12)hav+，ah+ah=;t。二Lo.s(rSo)-0.5axax日t(3)式中4。为坡长L处汇流平衡单宽流量(m2/s);h。为对Sf二So由坡面水流的运动波模型或扩散波模型的理论可应水深(m);t。为平衡时间(s)。知闭，坡面流坡面末端的运动方程可用均匀流的水面线把式(12)中r值代人式(10)得:表示，H·巴津认为坡面流速与其水深呈线性关系t’〕，2h'L(t)+7rm丫So.(hi(t)一he)/L=0(13)且p:则微分方程(13)式的解为:V二m}S

8、-fh(4)!=,rrm罕1SoLn[(h,+hL(t))/(h。一hL(t))]/4Lhe式中m为巴津系数(s一’);导为摩阻比降;v,h分别为+C(14)坡面流速(m/s)和水深(m)。式中C为积分常数。利用H·巴津提出的流速关系式(4)得:由