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天津市水资源与水环境重点实验室刘见波在Journal of Hydrology上发文揭示了降雨强度波动特征对坡面水土流失的影响


发布时间:2022-07-21


天津市水资源与水环境重点实验室刘见波在Journal of Hydrology发表论文“Quantifying the effects of rainfall intensity fluctuation on runoff and soil loss: From indicators to models”,揭示了自然降雨事件降雨强度波动特征与坡面产流产沙的定量关系。

黄土高原是黄河泥沙的主要来源,严重的水土流失引起一系列生态环境和社会经济问题。降雨是引起黄土高原坡面水土流失的主要驱动力,以往研究通常只关注于降雨事件发生的降雨量、历时、平均雨强和最大30min雨强等常规特征对产流和产沙的影响,忽略了降雨过程中雨强的波动特征对水土流失的影响。随着气候变化加剧,导致强降雨事件频发,降雨强度波动特征的复杂性成为制约降雨与水土流失关系研究的热点和难点问题。为此,本研究在黄土高原地区开展野外水土流失观测实验,通过解析降雨事件雨强波动过程(图1),建立了一系列降雨强度波动特征指数,从而量化降雨强度波动特征对水土流失的影响。

 

1 降雨强度过程曲线及雨强波动概念框架

结果表明,黄土高原地区自然降雨事件具有强烈的雨强波动性,约78%的降雨量仅发生于27%的降雨历时内。大部分的降雨强度波动指数与坡面产流产沙均存在显著相关性(p<0.05),并且相对于降雨常规特征,降雨强度波动特征对坡面产流产沙的解释力更高。其中,降雨峰值平均强度(Iap)和高雨强区降雨历时(RDh)是径流系数(RC)的主控因子,高雨强区平均强度(Iah)和雨强相对幅度(Ram)是产流系数(SC)和泥沙浓度(SLC)的主控因子。考虑降雨强度波动特征的回归模型能够显著提高降雨对坡面产流产沙的预测能力(图2)。本研究为降雨和水土流失关系及其影响机理的深入研究提供了新的方法和科学依据。

2 径流系数(RC)观测值和拟合值的比较,RMf表示考虑降雨波动回归模型,

RMo表示不考虑降雨波动回归模型。

该研究由澳门新葡新京平台、中国科学院生态环境研究中心、中国科学院大学、澳大利亚莫纳什大学和陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站的科研人员合作完成。天津市水资源与水环境重点实验室为第一单位,刘见波老师为第一作者。该研究工作由国家自然科学基金(4182210342041004)、城市与区域生态国家重点实验室开放基金(SKLURE2020-2-3)、澳门新葡新京平台博士基金(52XB1910)和中国科学院青促会(Y202013)等项目联合资助。

论文链接:http://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127494

 


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