Page 126 - 水利学报2021年第52卷第1期

理描述，以分钟为时间单位模拟次降雨条件下地块或小流域侵蚀过程 ［10］ 。它主要涉及植被对降雨的
截留、下渗、雨滴溅蚀、径流侵蚀、径流搬运和泥沙沉积。该模型由模块化结构组成，可以和地理
信息系统进行无缝链接，它将自身链接到 KINEROS 模型的水沙运动结构中来模拟侵蚀，水沙通过一
系列相互连接的均匀斜坡面和沟道要素在地表运动，其中要素特征可参数化。在模型运算中，通过
参数设置来描述地形及降雨特征。
试验在晋西黄绵土坡面进行，故只考虑坡面要素，从 3 个坡长的径流小区中各选择一个来设定
EUROSEM 模型的参数。土壤比重（RHOS）通过比
表 1 EUROSEM 模型主要参数值
重 瓶 法 测 定 ， 并 结 合 环 刀 取 土 计 算 土 壤 孔 隙 度
（POR）， 初 始 土 壤 含 水 率（THI）通 过 烘 干 称 重 获 参数 取值范围 设定值
得，而雨滴冲击土壤颗粒可分散性（EROD）、土壤 EROD/(g/J) 1.0~3.1 1.7
COH/kPa 1~4 2
聚合度（COH）、坡面糙率（RFR）、入渗滞后因子
RFR 17~23 17
（RECS）则参考 Morgan 等 ［10］ 给出的参考值，饱和导
RECS/mm 15
水率（FEIN）、毛细管张力（G）、曼宁系数（MANN）
FEIN/(mm/h) 7~190
通过不断改变输入参数数值并将模拟结果与实测
G/mm 98~526 248
值进行对比而确定（见表 1）。
2.4 数据分析计算与模拟精度评价方法 试验采用 Excel 处理相关数据并绘制产流产沙率随产流历
时的变化曲线；采用 SPSS 对雨强、坡长与产流产沙总量进行相关性分析；采用 Nash 模型效率系数
ME ［21］ 和相对误差 RE 评价模型模拟精度。模型效率系数 ME 越高，说明实测值与模拟值拟合效果越
好；而相对误差 RE 越小，说明实测值与模拟值拟合度越高，模型适用性越好。

3 结果与分析

3.1 产流分析 坡度为 20°，不同雨强和坡长条件下，产流率随降雨时间的延长总体上呈增大趋势，
在开始产流后的 5 min 内增速很快，达到产流率峰值的 77%～94%，后逐渐变缓并基本趋于稳定，模
拟结果与实测结果具有相似的变化趋势（图 2）。分析原因，降雨初期土壤入渗强度大于降雨强度，降
雨全部下渗，不产生地表径流。随着降雨的持续，土壤含水率不断增大，表土孔隙也在雨滴的击溅
作用下发生改变，土壤入渗能力迅速减小至低于降雨强度，坡面开始产流，且产流率迅速增大。在
产流开始约 5 min 后，由于土壤含水率及表土孔隙变化减小，土壤入渗率基本趋于稳定，产流率也相
应趋于稳定；此外，随着降雨强度的增大，坡面单位时间所承受的雨量增大，雨滴动能也增大，土
壤入渗率达到相对稳定的时间缩短，所以一定坡长条件下降雨强度越大，产流率越大且达到峰值所
需时间越短，孙佳美等 ［22］ 也指出降雨强度越大，达到产流稳定状态的时间越短。
进一步分析次降雨产流量随坡长和雨强的变化可知，产流量随坡长和降雨强度的增大而增大。在降
3
雨强度为 60 mm/h 时，坡长从 2 m 延长至 4 m，产流量增量为 0.106 m ，而在降雨强度为 90 和 120 mm/h
时，其增量分别为前者的 1.281 和 1.401 倍，表明坡长对坡面产流量的影响随着降雨强度的增大而增
大。而降雨强度一定时，产流量随坡长的延长不呈比例增加，坡长从 2 m 延长至 3 m，3 m 延长至 4 m。
产流量增量在降雨强度为 60 mm/h 时为 0.046、0.060 m ；90 mm/h 时为 0.073、0.062 m ；120 mm/h 时
3
3
为 0.086、0.063 m ， 说 明 降 雨 强 度 越 大 ， 坡 长 的 延 长 对 产 流 量 增 量 的 影 响 越 显 著 。 分 析 其 原 因 ，
3
随着坡长的延长 ， 承 雨 面 积 增 大 ， 单 位 时 间 内 坡 面 承 雨 量 增 加 ， 坡 面 下 部 径 流 流 速 加 快 ， 径 流
下 渗 机 会 减 少 ， 随 着 降 雨 的 进 行 观 察 到 坡 面 下 部 细 沟 的 出 现 ， 导 致 坡 面 径 流 在 短 时 间 内 汇 集 于
细 沟 内 ， 流 出 出 口 断 面 。 而 随 着 坡 长 延 长 ， 降 雨 强 度 增 大 ， 使 得 降 雨 击 溅 表 土 的 机 会 增 加 ， 溅
蚀 力 增 强 ， 表 土 孔 隙 改 变 ， 表 土 结 皮 经 历 周 期 性 发 展 ［23］ ， 而 结 皮 的 形 成 能 在 很 大 程 度 上 降 低 土
壤入渗率 ［24］ ，增大坡面产流量，且雨滴动能越大，结皮硬度越大 ［25］ 。
相关性分析表明（表 2），产流量与降雨强度呈极显著正相关关系，相关系数为 0.948，而坡长与
其相关系数仅为 0.279，说明在降雨强度、坡长对产流量共同影响下，降雨强度与产流量的相关性较

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