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谈山地小流域降雨及输沙过程的计算模型及其数值模拟-土建水利论_土建水利论文

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简介摘要摘要:本文依据山地小流域产流及汇流特征,采用数理分析方法,探索了其降雨强度、出口流量及输沙率随时间变化过程的数学表达关系,建立了从降雨至径流输沙的系统模型,经编程计算,模拟

摘要摘要:本文依据山地小流域产流及汇流特征  ,采用数理分析方法  ,探索了其降雨强度、出口流量及输沙率随时间变化过程的数学表达关系  ,建立了从降雨至径流输沙的系统模型  ,经编程计算  ,模拟值和某小流域降雨和汇流资料吻合较好 。

摘要:小流域 降雨过程 输沙过程 非线性关系

  开展小流域的治理及其环境生态恢复  ,是日前西部大开发  ,及山川秀美工程的主要任务  。本文以山地小流域为探究对象  ,利用数理分析的方法 ,探索降雨、汇流、输沙过程的数值计算关系 ,拟建立相应的系统计算模型  ,为进一步探究江河泥沙灾难的猜测及其防治  ,打下初步基础  。

1 小流域单元划分及流量过程的计算

图1 小流域示意图
Sketch of Small Watershed

图2 小流域简化图
Predigesting Sketch of Small Watershed

  本文以流域内部的脊线及分水岭作为分界边线 ,将其划分成n个小单元 ,其面积从流域出口处开始往上游编号  ,它们依次为F1、F2、…Fn ,如图1所示  。为探究的方便  ,图1可进一步简化为图2的形式  。

  设两相邻单元出口位置(含小流域出口断面)的主沟长度为Lij(i=0,2...n-1;j=1,2……n)  ,次降雨过程是由多峰叠加组成的 ,其强度I服从半周期正弦函数分布  ,其和时间t的关系可表示为

(1)

式中Imj为降雨强度中第j个峰值;t0j为第i个峰值起始时间;T0j为第j个雨峰历时;l为峰值个数土壤进渗强度f可分段表达为[1

f=I(t) t%26lt;tp

(2.1)

f=mt-n+fc tp≤t≤tc

(2.2)

f=fc t%26gt;tc

(2.3)

式中 tp为初始产流历时;tc为达到稳渗率历时;fc为稳渗率;m、n分别为系数和指数  。

  山地小流域产流模式多为超渗产流 ,由于坡陡流急  ,可忽略降雨过程中的蒸发及小单元的填洼水量 ,则t时刻i单元的径流量Qi(t)为

当t≤tp,f=I(t)  , Q
   

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