[发明专利]一种植被措施配置对小流域暴雨山洪过程影响的实体模拟方法

说明书

本发明属于水土保持技术领域，涉及一种植被措施配置对小流域暴雨山洪过程影响的实体模拟方法，该方法包括a、建立小流域模型；b、用三维激光地形扫描仪对小流域模型进行扫描，获得初始地形的点云数据；c、模拟降雨；观测断面附近的山洪流场、各沟道的山洪径流量、含沙量，和小流域出口山洪的总径流量、含沙量变化过程；d、降雨结束后，用三维激光地形扫描仪对小流域模型再次进行扫描，获得山洪过后的地形点云数据；e、计算得到小流域土壤侵蚀‑沉积的空间分布数据；f、改变植被配置方式，得到不同植被配置下小流域土壤侵蚀‑沉积的空间分布数据。本发明为定量分析植被对暴雨山洪的影响提供了一种有效方法。

技术领域

本发明属于水土保持技术领域，具体涉及一种植被措施配置对小流域暴雨山洪过程影响的实体模拟方法。

背景技术

随着全球气候变暖趋势的加剧，极端气候事件增加，暴雨频发，进而导致山洪、滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的出现。山洪灾害大部分受降水、地形、植被、土地利用等因子驱动，它们相互作用、相互影响，对山洪的爆发起到推动作用。

植被作为下垫面因子之一，主要通过影响植物截留和入渗两个方面来改变水文循环过程。当发生降雨时，雨水首先被叶面截留形成积水，当截留的积水量超过叶面的承载力时，雨水降落到地面，在地表汇流形成径流，径流汇流过程中由于植被使得地表的糙率增大，汇流时间的增加，导致下渗量和蒸散发量增加，从而影响山洪洪峰流量和洪量的形成。

由于黄土高原水土流失严重，自2000年以来，黄土高原植被覆盖状况得到明显改善。植被措施改变了流域下垫面条件，影响了该地区的产汇流规律，同时，对流域内的山洪灾害也有显著的影响。在这种变化背景下，植被措施配置对黄土高原暴雨山洪过程的影响就成为了当前人们关注的热点。

受试验方法和技术手段的限制，目前对于暴雨山洪过程的研究多是基于水文模型的数值模拟，而对小流域暴雨山洪过程对植被措施配置的响应机制识别尚缺乏科学的方法加以指导。因此，有必要专门针对不同植被措施配置情景下的山洪形成演进过程提出实体模拟及对比量化方法，为揭示流域暴雨山洪孕灾环境及形成发展机理提供科学指导，为科学评价植被措施调控山洪过程的效应提供理论依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种科学、实用，能够获取不同植被覆盖度、植被措施位置、配置模式等情景下山洪过程的模拟试验方法。本发明方法综合利用人工模拟降雨系统和小流域实体模型系统，不仅能够定量分析植被影响下的山洪动力分布和水沙的时序变化过程，而且能够量化山洪作用下小流域的地形冲淤变化。

本发明提供一种植被措施配置对小流域暴雨山洪过程影响的实体模拟方法，包括以下步骤：

a、建立小流域模型：

按照比尺制作满足相似性要求的小流域模型；

按照从野外小流域模型的原型地取土，置于混凝土板和砖垛围成的试验槽内分层装填、压实，控制土壤容重与原型流域土壤容重一致；

制作模型小流域地形，根据模型原型小流域尺寸、形状、地形和沟道分布，按照比尺对模型进行挖沟、削坡、平整、表层压实等处理；

在小流域模型出口处设置2～3米的明渠并连接一蓄水池，蓄水池的尺寸根据需承接的降雨量设计，一般其体积应为其承接最大降雨量的1.2～1.5倍；

对小流域模型坡顶、坡面、沟道位置耕翻2～3cm，将肥料、生长素、粘固剂按一定比例混合，均匀施洒于表层。肥料配比氮:磷:钾＝15:15:15或氮:磷:钾＝10:8:7的复合肥，肥量约为30～50g/m²；通过液压喷播机将种子如草籽和促使其生长的附着剂、木纤维、肥料、生长素、保水剂及水混合搅拌，形成均匀混合液，并按25g/m²左右进行液压喷播；喷播植草施工完成之后，在表面覆盖无纺布，以保持水分和温度，促使种子生长并定期进行养护，待草被长至5cm左右时，即可揭开无纺布；