Page 125 - 水利学报2021年第52卷第1期

坡面和小流域的水土流失。已有研究显示 WEPP 模型在晋西地区具有较好的适用性 ［12］ ，这类连续模
拟模型需要一年中大量有关气候和土地使用条件变化的输入数据，而黄土高原地区水土流失主要是
由少数几次大雨或暴雨所引起的 ［13］ ，虽然该模型也可以针对次降雨事件，但只能模拟次降雨的总土壤流
失量。基于事件的动态分布式土壤侵蚀模型——EUROSEM 模型，则是将单次降雨初始条件指定为数据
输入，以分钟为基础对水沙峰值的排放量大小和出现时间进行预测 ［10］ ，这与该区的降雨特征和需求相契
合。国内外学者运用 EUROSEM 模型进行了诸多模拟研究，如王宏等 ［14］ 应用该模型对三峡库区陡坡地侵
蚀状况进行了模拟，指出其在预测产流量上效果较好，而在产沙量的模拟中效果相对较差；Folly等 ［15］ 与
Mati等 ［16］ 分别在荷兰和肯尼亚的流域上分析此模型的适用性，结果均表明其能够较好地模拟不同环境和
降雨特征下的产流率峰值和总产流量；该模型在尼日利亚裸土表面进行的降雨模拟试验也得到了良好的
模拟结果 ［17］ 。该模型在产流时间和产沙率的模拟方面存在一定不足，这主要是由于其对径流含沙量的估
［18］
计不足 ，但在大多数情况下，降雨事件期间的侵蚀产沙总量是可以充分预测的。
本文将该模型引用到晋西有较好代表性的王家沟流域 ［19］ ，为该地区土壤侵蚀风险评估提供理论
依据。鉴于此，本文将野外人工模拟降雨试验与模型模拟方法相结合，分析晋西黄绵土坡面径流侵
蚀过程及其与影响因素的相关关系，通过对比分析实测数据与模拟结果，探讨该模型在本地区的模
拟效果，并评价其在不同雨强、坡长条件下对次降雨产流、产沙的预报能力，为本地区土壤侵蚀风
险评估及水土流失治理提供理论与应用依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况 试验于 2019 年 7—9 月在山西省吕梁市离石区王家沟流域野外径流小区开展。地理
坐标为东经 111°11′，北纬 37°31′，气候属温带大陆性季风气候，年平均气温 8.9 ℃。流域最大年降雨
量 711.50 mm，最小年降雨量 240.20 mm，多年平均降雨量 490.30 mm，年内降雨分布不均，7—9 月
份雨量占全年的 62.3%。试验区土壤母质为新生界第四系中更新统离石黄土上或晚更新统马兰黄土与
中更新统离石黄土的混合土，是典型的砂质壤土，其土壤颗粒组成为砂粒 84.05％、粉砂粒 14.20％、
黏粒 1.75％，有机质含量约 13.42 g/kg，pH 值 8.15，总孔隙度 49.05%。
2.2 试验设计 根据王家沟暴雨资料，流域内高强度、短历时暴雨多发生于 7—9 月，暴雨强度主要
集中于 60～90 mm/h，是造成该区强烈土壤侵蚀的主要原因；另外，山西省水文局降雨监测资料显
示，该研究区汛期最大降雨强度可达 90.30 mm/h，因此本试验设计雨强为 60、90、120 mm/h。试验
径流小区坡度为 20°，宽度为 2 m，坡长分别为 2、3、4 m，表面均无植被覆盖。降雨器喷头距离地面
高度 10 m 左右，根据付兴涛 ［20］ 对降雨均匀性的测
定及雨强标定，得出本试验所用人工模拟降雨器的
降雨均匀系数在 85%以上，雨滴分布及终速等指标
均符合试验要求，可以开展试验。在每个径流小区
进行 3 场不同强度的降雨试验，共降雨 9 场次。
每场降雨试验开始前，测定坡面土壤体积含水
率约为 25%。降雨开始后，用秒表记录下产流时
刻。开始产流后，每隔 2 min 用采样桶采集一次泥
沙样；自产流开始持续降雨 30 min，共采集 15 个
径流泥沙样。降雨结束后测量采集的浑水体积以得
到径流量，并将采样桶静置，直至泥沙全部沉淀，
倒去上部清水，将泥沙烘干（105 ℃条件下烘 24 h）
称重得到产沙量。
2.3 EUROSEM 模 型 EUROSEM 模 型 是 一 个 基
于过程的单一事件模型，通过对土壤侵蚀过程的物 图 1 野外人工模拟降雨试验

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