微地形尺度对地表水文特征的影响研究

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1、第41卷第l4期人民长江Vo1．41．No．142010年7；月YangtzeRiverJuly，2010文章编号：1001—4179(2010)14—0032一O5微地形尺度对地表水文特征的影响研究赵龙山，梁心蓝，张青峰，宋向阳，吴发启(西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100)摘要：通过GIS技术模拟了黄土高原坡耕地人工锄耕l0。坡面的微地形模型，并将栅格大小划分为0．3，0．6，1．0，3．0，5cm和7．5cln，以期探讨微地形尺度对地表水文特征的影响。结果表明：①RR、MUD和指标计算

2、的地表糙度各不相同。其中，RR和MUD受栅格大小的影响较小，r值随栅格的增大明显减小。②MDS值与地表糙度指标呈相同的变化趋势。③栅格大小对Linsley产流模型(1949)影响明显，当P—F值小于2．5cm时，微地形对地表产流和蓄水特征具有影响。④地表蓄水面积与地表水位线呈明显的正相关性，当地表水位线高于0．015In后，蓄水面积迅速增大，原来相互分离的洼地相连，地表产流增大。因此，微地形尺度对地表水文特征具有明显的影响。关键词：DEM；空间尺度；荷顿氏漫地流；地表糙度；人工锄耕中圈法分类号：TV11文

3、献标志码：A尺度问题已成为当今水文学研究最为前沿的问水文和泥沙输移特征的影响，因此，已有的水文模型在题。尺度的变换，使原有的水文“理论”模型需修正微地形条件下的有效性还不确定。和再参数化，以适应新的情况，这是不同尺度水文物理鉴于以上分析，本文通过GIS技术就厘米尺度上模型变化的一个重要特征。受DEM分辨率的影微地形对地表蓄水量、产流能力等水文特征的影响进响，已有的水文模型几乎都是基于分辨率大于25in的行研究，以期为水文模型的尺度变换提供理论依据。DEM建立的。但是，直接对地表水文特征造成影响1研究方法的

4、是地表糙度在厘米尺度的地形特征。在耕作后的地表，地表糙度主要是耕作造成的地形起伏和随机1．1研究对象与数据采集分布的土块造成的，在降雨过程中这些地表特征都会试验在面积为1×2nl的小区模拟黄土高原坡耕导致临时性蓄水，进而对土壤入渗率、产流时间与地表地耕作中普遍采用的人工锄耕措施，坡度为l0。，并利径流路径造成影响，更重要的是对地表产流和泥沙运用自制激光扫描仪(垂直精度±0．003mm)测定地表移机制产生影响。高程和每个高程点的空间相对位置，在试验小区有固目前，国外关于地表微地形和地表糙度对地表水定的坐标原

5、点。D．L．Brough和郑子成等研究表文特征的影响研究较多’，但是国内针对这一问题的明，间隔小于25inm时测定间隔不影响地表糙度研究则较少。吴发启等就微地形对土壤入渗的影响进的计算结果，本研究中高程测定间隔定为20mm，每个行了研究。但目前就微地形和地表糙度对地表蓄小区去除边缘效应后获得3480个有效高程点。水、地表产流、流路及汇流特征的潜在影响的研究还没在试验小区垂直坡面的其中一边装有有机玻璃档有，特别是在不同的时间和空间尺度上，微地形对地表板，降雨过程中用铅笔在有机玻璃上划湿润峰运移曲收稿日期：2

6、010—0l一20基金项目：国家自然科学基金(40871133)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB407201)作者简介：赵龙山，男，硕士研究生，主要从事生态环境建设与水土保持研究。E—mail：zls7759989@163．corn通讯作者：吴发启，男，教授，博士生导师，主要从事水土保持与流域管理方面的研究。E—mail：wufaqi@263．net第l4期赵龙山，等：微地形尺度对地表水文特征的影响研究33线。在降雨开始后1min时划一次，以后每间隔10漫流，随着降雨的持续，地表坑洼

7、蓄水达到满足，蓄水min划一次，降雨结束后把各时段湿润峰运移曲线转外流并与相邻坑洼水流汇合，地表产流形成。这种情绘到坐标纸上计算土壤人渗率。试验雨强为况下，地表产流一般包括两种方式：荷顿氏漫地流和过60mm／h，降雨历时90min。饱和漫地流。因此，地表蓄水是影响地表产流的主试验于2009年5～9月在中国科学院、水利部黄要因素。为了研究填洼量的变化对产流的影响，本研土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室降雨大厅究假定试验地表产流方式为荷顿氏漫地流。进行。为了使实验结果有一定的说服力，所有试验重Linsle

8、y等(1949)针对地表蓄水对地表产流的影复进行了3次，并于10～12月进行了微地形建立与相响，建立了荷顿氏漫地流模型(本文中简称Linsley产关数据分析。流模型)，其表述如下：q：(dP／dt一)=(i一一)(1)1．2微地形模型式中，q表示地表产流能力，mm／h；V表示蓄水量变化利用ArcGIS9。3(美国ESRI公司)处理地表高程强度，mm／h；P，表示超渗降雨量，其值等于总降雨量数据，建立地表微DEM。研究中以均方根