封揚(yáng)帆, 李 鵬, 張 祎, 周世璇, 董亞維, 李晶晶
(1.西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710048;2.旱區(qū)生態(tài)水文與侵蝕災(zāi)害防治國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710048;3.黃河水利委員會黃河上中游管理局,西安 710021)
黃土高原地區(qū)地形破碎,土壤抗蝕能力弱,嚴(yán)重的水土流失導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,人民生命財產(chǎn)安全面臨隱患,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到極大制約。為治理嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象,我國在坡面實(shí)施了退耕還林(草)等生態(tài)措施,在溝道實(shí)施淤地壩、攔沙壩建設(shè)等工程措施。截至2019年底,共建設(shè)淤地壩58 776座,淤地面積達(dá)到927.57 km。
作為最主要的溝道治理工程措施,淤地壩建設(shè)有效減少入黃泥沙,經(jīng)推算,黃河潼關(guān)以上地區(qū)現(xiàn)存淤地壩2007—2014年攔沙量為12 526萬t/a,占同時期潼關(guān)站年均來沙量的66.6%。淤地壩不僅具有直接的蓄水?dāng)r沙作用,還有間接減蝕作用。Yuan等通過MIKE耦合模型對王茂溝流域壩系進(jìn)行研究得到,淤地壩建設(shè)后次暴雨條件下洪峰流量及洪水總量分別減少65.3%和58.7%,同時輸沙量減幅可達(dá)到83.9%;Ran等對淤地壩重度淤積情景下進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn),即使在淤地壩接近淤滿的情況下,大部分降水徑流事件的洪峰平均減少率及延遲率仍可達(dá)到6.5%和5~8 min,且淤積區(qū)尾端回水削弱了局部水力侵蝕,間接減少流域總產(chǎn)沙量,說明淤地壩建設(shè)及運(yùn)行能夠有效影響壩址上、下游一定范圍內(nèi)的溝道比降、侵蝕基準(zhǔn)面等地形條件及產(chǎn)匯流條件,削弱洪水對溝道的沖刷,從而減少土壤侵蝕量,這部分減蝕作用可定義為溝道沖刷減蝕作用。同時,淤地壩還有重力減蝕作用,通過壩地淤積局部抬高侵蝕基準(zhǔn)面,控制溝蝕發(fā)育,且增加流域凹形邊坡,減少塑性屈服區(qū)體積,在一定程度上緩解流域重力侵蝕。而作為風(fēng)水交錯侵蝕區(qū)的主要治溝工程之一,攔沙壩能夠發(fā)揮與淤地壩相同的攔沙減蝕作用,同時還能夠置換出部分黃河輸沙用水量,換取黃河用水指標(biāo),為緩解當(dāng)?shù)厮Y源供需矛盾提供一定保障。目前對于溝道工程措施的減水減沙作用研究主要集中在丘陵溝壑區(qū),而對于風(fēng)水交錯侵蝕區(qū)內(nèi)攔沙壩對流域侵蝕動力及能量調(diào)控作用的研究仍相對較少,且很少有學(xué)者論證或量化其間接減蝕能力。
2019年起,鄂爾多斯市以西柳溝為試點(diǎn)流域之一開展攔沙換水試點(diǎn)工程,旨在通過建設(shè)一批攔沙壩工程,探索有效緩解當(dāng)?shù)厮亮魇?、水資源置換及黃河寧蒙段防洪防凌壓力的治理措施。因此,本研究基于鄂爾多斯攔沙換水試點(diǎn)工程,以西柳溝流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,針對流域內(nèi)規(guī)劃新建攔沙壩工程整體的溝道沖刷減蝕作用進(jìn)行模擬研究。通過耦合分布式水文模型MIKE SHE和一維水動力模型MIKE 11,模擬新建攔沙壩工程建設(shè)前后流域洪水過程,分析攔沙壩對溝道侵蝕動力過程的影響,并利用次暴雨水沙響應(yīng)模型計算攔沙壩工程運(yùn)行期內(nèi)的溝道沖刷減蝕能力,該研究旨在為風(fēng)水交錯侵蝕區(qū)攔沙壩效益評估提供理論支撐。
西柳溝流域?yàn)辄S河十大孔兌之一,地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)(109°24′—110°00′E,39°47′—40°30′N)。流域總面積1 356.3 km,龍口拐水文站以上控制面積為1 157 km,總河長106.5 km,平均比降3.6‰。流域?qū)侔敫珊荡箨懶詺夂颍募咀兓黠@,多年平均氣溫6.4 ℃,多年平均降水量271.2 mm,平均蒸發(fā)量2 200 mm。流域上游屬于黃土丘陵溝壑區(qū),比降較大,以水力侵蝕方式為主,多年平均侵蝕模數(shù)為8 500 t/(km·a)。中游為庫布齊沙漠,屬于風(fēng)沙區(qū),以固定和半固定沙丘為主,主導(dǎo)侵蝕力為風(fēng)力,多年平均侵蝕模數(shù)超過10 000 t/(km·a)。下游主要為沖積平原區(qū),比降較小,侵蝕輕微但河床淤積、漫灘嚴(yán)重。
西柳溝流域的主要治溝措施為淤地壩及攔沙壩,二者建設(shè)時期不同,且建設(shè)目的各有側(cè)重。淤地壩建設(shè)始于20世紀(jì)90年代,主要為治理當(dāng)?shù)厮亮魇栴},截至2019年累計建成淤地壩99座,其中骨干壩37座,中型壩31座,小型壩31座,控制面積235.28 km,總庫容4 679.6萬m,淤積庫容2 388.02萬m,已淤積庫容804.65萬m。此外,為減少入黃泥沙及置換黃河下游輸沙用水以提高當(dāng)?shù)毓┧康?,鄂爾多斯?guī)劃在西柳溝新建攔沙壩71座,其中中型壩24座,小型壩47座,工程結(jié)構(gòu)均包含壩體、放水工程和溢洪道,暫定使用年限25年,控制面積131.15 km,總庫容3 468.75萬m,淤積庫容2 234.24萬m。該工程于2019年動工,截至2021年9月,在建(含已建成)攔沙壩57座,待開工攔沙壩14座。
西柳溝流域DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn/)所發(fā)布的30 m分辨率地形數(shù)據(jù)。龍頭拐水文站的徑流、泥沙及降水?dāng)?shù)據(jù)均源自1961—1990年及2007—2012年《黃河流域水文資料》。土地利用數(shù)據(jù)來源于中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫(http://www.resdc.cn),精度為30 m。研究區(qū)新建攔沙壩數(shù)據(jù)源于鄂爾多斯攔沙換水試點(diǎn)工程溝道沖刷減蝕監(jiān)測項(xiàng)目,其中包括壩型、壩址、庫容及壩高等資料。
MIKE SHE作為具有物理意義的分布式水文模型,涵蓋了陸相水文循環(huán)主要過程,包括蒸散發(fā)、坡面流、飽和流、非飽和流、地下水等及其相互作用的過程,已在流域及小區(qū)尺度上得到應(yīng)用;MIKE 11模型以水動力模塊為核心,此外還包括降雨徑流、對流擴(kuò)散、水質(zhì)等模塊。本研究利用MIKE SHE坡面流模塊模擬降雨及坡面產(chǎn)匯流過程,利用MIKE 11對流域內(nèi)主要溝道水動力特征進(jìn)行模擬,耦合二者建立西柳溝流域水文水動力模型。
構(gòu)建研究區(qū)MIKE SHE模型,以100 m×100 m尺度網(wǎng)格對流域進(jìn)行離散。利用ArcGIS 10.2軟件將30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為點(diǎn)文件并導(dǎo)入MIKE SHE模型,經(jīng)反距離權(quán)重插值得到地形文件。根據(jù)研究區(qū)實(shí)測次降水及洪水?dāng)?shù)據(jù)資料,利用MIKE軟件轉(zhuǎn)化為相應(yīng)時間序列文件(.dfs0)并輸入模型,用以率定驗(yàn)證及后續(xù)模擬,由于流域次降雨過程中蒸發(fā)量很小,因此在本研究中忽略不計。根據(jù)西柳溝流域地形地貌特點(diǎn),將土地利用類型劃分為耕地、裸地、草地、林地、沙地、河湖庫塘、建設(shè)用地和交通用地,利用ArcGIS 10.2對各地類的曼寧系數(shù)進(jìn)行賦值,導(dǎo)出為矢量點(diǎn)文件(.shp)后輸入模型。新建攔沙壩庫容以滯蓄洪量概化,即超出滯蓄洪量的水量才會流入下游。利用30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)通過ArcGIS 10.2中的SWAT工具提取出西柳溝流域河網(wǎng)文件(.shp)并導(dǎo)入MIKE 11模型,研究區(qū)共生成18條溝道。將MIKE SHE模型與MIKE 11模型耦合,建立西柳溝流域水文水動力模型。
模型可信度評估通常以Nash-Sutcliffe效率系數(shù)NSE[公式(1)]、決定系數(shù)[公式(2)]及相對誤差[公式(3)]作為判別參數(shù),Nash-Sutcliffe效率系數(shù)NSE用以衡量模型模擬徑流水文曲線變化能力,決定系數(shù)可反映實(shí)測徑流與模擬過程值的線性相關(guān)性,相對誤差表示實(shí)測值與模擬值的偏差。本研究同樣選取上述參數(shù)對西柳溝流域水文水動力模型進(jìn)行率定驗(yàn)證。以流域把口站龍頭拐水文站實(shí)測徑流過程作為率定參考值,選取4場不同量級的降雨洪水過程,實(shí)測數(shù)據(jù)齊全精確((觀測取樣時間間隔短),雨型均屬于研究區(qū)出現(xiàn)頻率較高的前期集中型,且洪水過程較獨(dú)立,漲退水過程完整。以1975—1979年2場暴雨洪水過程對模型率定(圖1a、圖1b),1984—1988年2場暴雨洪水過程對模型進(jìn)行驗(yàn)證(圖1c、圖1d),率定及驗(yàn)證結(jié)果見表1。率定期洪峰流量相對誤差為9.91%和4.74%,NSE分別為0.81和0.87,為0.86和0.88;驗(yàn)證期為8.22%和11.03%,NSE分別為0.64和0.66,為0.78和0.71。率定期和驗(yàn)證期NSE均高于0.60,說明本研究搭建模型可信度較高。
表1 西柳溝流域模型率定及驗(yàn)證結(jié)果
圖1 西柳溝流域模型實(shí)測及模擬值對比
(1)
(2)
(3)
MIKE 11水動力模型通過求解圣維南方程來獲得各個時刻的斷面徑流量,再通過除以該斷面過水面積求得斷面平均流速[公式(4)],模型可直接輸出斷面流速結(jié)果:
=
(4)
式中:為斷面平均流速(m/s);為斷面流量(m/s);為過水?dāng)嗝婷娣e(m)。
溝道徑流剪切力()采用Foster等提出的公式計算:
=
(5)
式中:為徑流剪切力(N/m);為水流容重(kg/m);為水力半徑(m);為水力能坡。
徑流功率()為單位面積上水體勢能隨時間的變化率,由Bagnold于1966年提出:
=
(6)
式中:為徑流功率[N/(m·s)];為徑流剪切力(N/m);為平均流速(m/s)。
本研究選取最大流速、最大徑流剪切力及最大徑流功率3種侵蝕動力參數(shù)進(jìn)行分析,其中最大流速、最大徑流剪切力均由MIKE模型直接輸出,而斷面各時刻的斷面平均流速與徑流剪切力相乘可得到對應(yīng)的徑流功率[公式(6)],選取其中最大值得出最大徑流功率。
(7)
(8)
=′
(9)
=′
(10)
式中:為斷面控制范圍內(nèi)的輸沙模數(shù)(t/km);為場次輸沙總量(t);′為斷面控制面積(km)。
選取龍頭拐水文站所在斷面作為控制斷面,根據(jù)該站1960—1990年、2007—2012年實(shí)測的洪水水文要素摘錄表,以樣本場次實(shí)測數(shù)據(jù)詳實(shí)、完整作為選擇前提,以樣本包含不同時期及不同量級最大含沙量作為選擇依據(jù)來選取典型次暴雨洪水,從而確保所建立的水沙響應(yīng)模型對于西柳溝流域侵蝕預(yù)測研究具備更好的適用性。最終選擇了22場典型次暴雨洪水的降雨、徑流、泥沙資料,計算流域次降雨洪水的徑流侵蝕功率及輸沙模數(shù)(表2),建立徑流侵蝕功率和流域輸沙模數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系(圖2)。
圖2 西柳溝次暴雨徑流侵蝕功率與輸沙模數(shù)關(guān)系
表2 典型場次暴雨洪水參數(shù)
經(jīng)回歸分析建立了用于描述研究時段內(nèi)西柳溝流域次暴雨洪水徑流侵蝕功率()與輸沙模數(shù)()之間相關(guān)關(guān)系的回歸方程:
=77802609713=088,=22
(11)
式中:為次暴雨洪水場次。
研究過程中MIKE模型輸出數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件進(jìn)行處理,利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行聚類分析,采用Origin 2021軟件制圖。
選取1988年6月26日的1場洪水作為典型場次模擬攔沙壩對流域洪水過程的影響。選取依據(jù)為其雨型屬于研究區(qū)發(fā)生頻次較高的前期集中型,且洪峰流量接近流域多年平均值。通過西柳溝流域水文水動力模型模擬研究區(qū)產(chǎn)匯流過程,對比攔沙壩建設(shè)前后2種工況下流域出口斷面,即龍頭拐水文站所在斷面的次暴雨洪水特征。從圖3可以看出,溝口出流初期,攔沙壩建設(shè)前后洪量增長情況一致;自17:40開始,攔沙壩建設(shè)前工況下洪量迅速增長,洪峰流量可達(dá)到126.61 m/s,且退水幅度明顯,整個洪水過程呈現(xiàn)陡漲陡落的特點(diǎn),洪水過程線較為“尖瘦”;而建壩后工況下漲水幅度較小,洪峰流量為74.83 m/s,較建壩前削減40.90%,退水速度緩慢,洪水過程線明顯坦化。此外,攔沙壩明顯減小洪水總量,由于攔沙壩建設(shè)前支溝比降較大,洪水基本全部匯入下游,主溝的滯蓄水量接近于0,洪水總量為198萬m;攔沙壩建設(shè)后可攔蓄71萬m洪水,流域輸出洪量減少35.85%。
圖3 西柳溝攔沙壩建設(shè)前后流域出口洪水過程線
3.2.1 最大流速 從圖4可以看出,攔沙壩建設(shè)前后主溝沿程最大流速分布情況,2種工況下流域主溝斷面最大流速均呈波動式增長趨勢。主溝0~10 km里程的流速特征基本吻合,而建設(shè)攔沙壩后自10 km里程起沿程最大流速低于建設(shè)前工況,且二者差異逐漸擴(kuò)大。攔沙壩建設(shè)前的沿程最大流速在63.92 km里程處達(dá)到峰值,建設(shè)后在主溝出口處達(dá)到峰值。定量分析主溝沿程最大流速的變化,攔沙壩建設(shè)前后沿程最大流速平均值分別為2.76,2.29 m/s,減小21.66%;流速峰值分別為6.06,5.31 m/s,減小12.38%。
圖4 西柳溝攔沙壩建設(shè)前后主溝最大流速沿程分布
3.2.2 最大徑流剪切力 攔沙壩建設(shè)前后沿程最大徑流剪切力同樣呈現(xiàn)波動式增長趨勢(圖5)。建設(shè)攔沙壩后徑流剪切力整體降低。在支溝及攔沙壩分布較多的河段內(nèi),2種工況的徑流剪切力最大值均位于63.92 km,最小值均位于60.75 km。定量分析攔沙壩建設(shè)前后最大徑流剪切力變化,平均值分別為18.93,14.76 N/m,減小22.02%;最大值分別為64.94,49.32 N/m,減小24.05%。
圖5 西柳溝攔沙壩建設(shè)前后主溝最大徑流剪切力沿程分布
3.2.3 最大徑流功率 攔沙壩建設(shè)前后沿程最大徑流功率變化規(guī)律(圖6)與徑流剪切力相似。從圖6可以看出,在支溝壩系分布較多的河段內(nèi),2種工況下徑流功率最大值均位于63.92 km,最小值均位于60.75 km。攔沙壩建設(shè)前后,沿程最大徑流功率平均值分別為74.76,49.11 N/(m·s),最大值分別為393.29,251.95 N/(m·s),即建設(shè)攔沙壩后徑流功率平均值及最大值分別減小34.31%,35.94%。
圖6 西柳溝攔沙壩建設(shè)前后主溝最大徑流功率沿程分布
為有效預(yù)估西柳溝流域新建攔沙壩工程的溝道沖刷減蝕能力,以西柳溝30年共1 017場事件的次降水總量和降水歷時為變量,采用均值聚類分析法,將流域所有次降水過程劃分為4種類型,以此作為研究區(qū)的未來降水條件,最終選取降水總量>12 mm的侵蝕性降水量輸入模型。降水類型劃分結(jié)果見表3。
表3 西柳溝流域降水類型劃分
由表3可知,西柳溝流域以第2類降水為主,特征為短歷時且總量小,而短歷時且總量大的第3類暴雨最少。采用Fisher判別函數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,西柳溝流域判別函數(shù)見公式(12),其聚類結(jié)果見圖7。從圖7可以看出,4種降水類型的判別函數(shù)的散點(diǎn)圖都比較聚集,說明分類結(jié)果基本合理。
圖7 西柳溝流域降水類型判別分析結(jié)果
(12)
式中:(=1,2,3,4)表示第組的分類得分;為降水量(mm);為降水歷時(h)。
根據(jù)殷水清等對我國不同地區(qū)雨型劃分及雨強(qiáng)隨歷時的變化關(guān)系研究可知,黃河區(qū)降水主要為前期集中型,推求出西柳溝流域4種降水類型的降水過程線(圖8)。
圖8 西柳溝流域4類雨型降水過程
選擇大于侵蝕性降水量(12 mm)的第1類、第3類及第4類降水輸入西柳溝流域水文水動力模型,模擬攔沙壩建設(shè)前后流域出口的洪水過程。根據(jù)模型不同工況下輸出的流量過程,可計算出徑流侵蝕功率[公式(7)~(9)],再通過次暴雨水沙響應(yīng)模型[公式(11)]得出對應(yīng)輸沙模數(shù),由此可進(jìn)一步得到場次輸沙量[公式(10)],在相同降水條件下,攔沙壩系建設(shè)前后的場次輸沙量差值即為場次減蝕量。結(jié)合3類降水年均分別發(fā)生4.40,0.07,0.63場(表3),以及壩系的預(yù)計運(yùn)行期限為25年,最終可求出年均減蝕量、工程運(yùn)行期總減蝕量。在不同降水類型下,研究區(qū)攔沙壩系建設(shè)前后輸沙模數(shù)計算結(jié)果見表4,壩系減蝕量計算結(jié)果見表5。
表4 建壩前后不同降水類型條件下輸沙模數(shù)差異
表5西柳溝新建壩系溝道沖刷減蝕量 單位:萬t
在3類降水條件下,建壩后流域徑流侵蝕功率()分別減小45.71%,70.26%,63.59%,輸沙模數(shù)()分別減小44.90%,69.21%,62.55%。新建壩系場次減蝕量分別為1.83,1 129.51,71.84萬t;年均減蝕量分別為8.05,79.07,45.26萬t;工程運(yùn)行期減蝕量分別為201.36,1 976.64,1 131.49萬t;預(yù)計西柳溝流域新建壩系運(yùn)行期間總減蝕量為3 309.49萬t。
本研究中,建壩前后流域沿程溝道侵蝕動力在0~10 km里程內(nèi)基本吻合,10 km里程以后逐漸出現(xiàn)差異,這是因?yàn)橹鳒仙嫌沃陷^少,且未建設(shè)攔沙壩,而多數(shù)支溝及攔沙壩分布于10 km里程下游。其中,40~72 km里程內(nèi)支溝及建壩密度較高,結(jié)合前文結(jié)果,建壩后該河段內(nèi)溝道侵蝕動力參數(shù)的減小幅度同樣較大,說明攔沙壩建設(shè)能夠有效減小西柳溝流域溝道侵蝕動力。攔沙壩建設(shè)降低主溝沿程最大流速,這主要是由于攔沙壩通過攔蓄上游洪水,減少匯入主溝的洪量,進(jìn)而影響溝道流速。徑流剪切力大小取決于水力半徑和水力能坡,建壩后流速降低造成溝道泥沙沉降淤積,溝道比降減小,從而降低徑流剪切力。由于流速及徑流剪切力均降低,徑流功率作為二者的乘積,也隨之發(fā)生更顯著的變化。本研究表明,攔沙壩系通過改變溝道水動力過程,進(jìn)一步調(diào)控溝道侵蝕動力過程,從而削弱徑流對泥沙的輸移能力以及對溝道的沖刷侵蝕能力。同時,研究區(qū)攔沙壩系均修建在支溝,但主溝侵蝕動力分布依然受到影響,進(jìn)一步說明攔沙壩對流域溝道侵蝕動力的調(diào)控具有“異地作用”,即支溝徑流經(jīng)攔沙壩消能后,減弱對下游溝道的沖刷侵蝕能力。
目前對于地表徑流侵蝕能力的研究主要集中在挾沙力、侵蝕動力以及侵蝕能量方面,相比較而言,利用能量參數(shù)來表征土壤侵蝕耗散、轉(zhuǎn)移等各環(huán)節(jié)更為貼切。其中,作為水流能量因子的徑流侵蝕功率綜合考慮流域下墊面因素、降水及徑流的影響,且與輸沙模數(shù)之間存在極顯著的冪函數(shù)相關(guān)關(guān)系,不同學(xué)者基于徑流侵蝕功率對流域侵蝕過程進(jìn)行研究,龔俊夫等揭示延河流域徑流侵蝕功率存在“支流大、干流小”的空間分布特征;王偉等在無定河流域開展研究同樣發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律。此外,Yuan等、孫莉等利用基于徑流侵蝕功率的次暴雨水沙響應(yīng)模型發(fā)現(xiàn),淤地壩、水庫等工程建設(shè)有效減小丘陵溝壑區(qū)輸沙量。因此,本研究通過預(yù)測西柳溝流域未來侵蝕性降水條件,進(jìn)一步利用次暴雨水沙響應(yīng)模型對攔沙壩的溝道沖刷減蝕能力進(jìn)行估算。在控制流域土壤、植被及降水等條件不變的情況下,攔沙壩建設(shè)前后流域中從坡面至溝道的產(chǎn)沙及輸沙過程無明顯差異,本研究僅通過設(shè)計建壩前后2種工況來改變溝道中的下墊面因素,因此導(dǎo)致流域出口處輸沙量出現(xiàn)差異的因素主要為溝道水沙輸移過程發(fā)生變化。由于坡面來沙無明顯差異,利用次暴雨水沙響應(yīng)關(guān)系得到的輸沙量差值即為溝道沖刷減蝕量。利用基于物理概念的分布式模型模擬次降雨洪水事件時,若率定期及驗(yàn)證期的NSE均大于0.65,可認(rèn)為模型模擬效果可靠。例如,Ran等運(yùn)用InHM模型在蛇家溝流域達(dá)到0.70以上的效果;Wang等利用GAST模型搭建的王茂溝流域模型取得0.68的NSE值。因此,本研究中的水文水動力模型精度較高,可較為準(zhǔn)確地反映研究區(qū)洪水過程及侵蝕動力分布特征。此外,本文參照不同學(xué)者對流域侵蝕動力及輸沙特征的模擬研究,同樣對研究結(jié)果采取保留2位小數(shù)的計算精度。
本研究通過建立西柳溝流域水文水動力模型,量化了新建攔沙壩系對主溝道徑流侵蝕動力過程的影響,并估算工程運(yùn)行期內(nèi)新建壩系的溝道沖刷減蝕量,但由于資料有限,計算過程中忽略未來研究區(qū)土地利用變化對徑流及產(chǎn)輸沙過程的影響。因此,結(jié)合土地利用變化、地形變化等因素進(jìn)一步分析攔沙壩溝道沖刷減蝕能力,可為風(fēng)水交錯侵蝕區(qū)攔沙壩效益評估提供更科學(xué)的論證依據(jù)。
(1)新建攔沙壩工程改變流域洪水過程,洪水過程線明顯發(fā)生坦化。西柳溝流域攔沙壩系建成后,流域出口處洪峰流量減少40.90%,洪水總量減小35.85%。
(2)攔沙壩有效影響流域主溝的侵蝕動力過程,對主溝道侵蝕動力具有明顯的異地調(diào)控作用。建壩后,西柳溝流域主溝道平均最大流速、最大徑流剪切力和最大徑流功率分別減小21.66%,22.02%和34.31%。
(3)攔沙壩具有顯著的沖刷減蝕作用,在多年平均降水情況下,西柳溝流域新建壩系在工程運(yùn)行期內(nèi)沖刷減蝕量預(yù)計可達(dá)到3 309.49萬t。