坡面徑流阻力計算模式對比研究

胡 鵬，余明輝

（武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072）

1 研究背景

坡面流是指降雨或融雪在扣除地面截留、填洼與下滲等損失后在重力作用下沿坡面表層流動的一種特殊水流，有時也包括雨水在坡面上部下滲后，經(jīng)過表層土壤，以壤中流的形式在坡面下部復而流出地面，再度形成的一種片狀水流。坡面流水力特性取決于許多因素，如降水強度和歷時、土壤質(zhì)地或種類、前期水分條件、植被密度和類型、地貌特性包括洼坑和小丘數(shù)量和大小、坡度和坡長、邊界穩(wěn)定性條件［1］。作為水流污染物遷移、土壤侵蝕及泥沙輸移的主要動力因素，不同邊界條件下坡面流的形成、發(fā)展過程是該領域的研究基礎。

隨著計算機技術和計算方法的迅速發(fā)展，坡面流的數(shù)值模擬求解越來越受到重視。作為坡面徑流模型中重要的參數(shù)，阻力系數(shù)是影響坡面流計算精度的關鍵參數(shù)［2-3］。對坡面流阻力特性研究主要是通過野外和實驗室內(nèi)的放水或降雨模擬試驗，根據(jù)實驗結果應用回歸分析等方法建立阻力系數(shù)與雷諾數(shù)、降雨強度、土壤粒徑、坡度等因子的表達式，如姚文藝［4］、Abrahams等［5］、Hirsch［6］、Hu等［7］和Lawrence［8］建立了形式各異的阻力系數(shù)公式。Zhang 等［9］將坡面上阻力的處理分為三種類型：阻力系數(shù)為常數(shù)；不同土地類型、地表覆蓋情況、耕作措施而采用不同阻力系數(shù)；考慮阻力系數(shù)的空間非均勻性，即其在每個網(wǎng)格的變化。由于坡面流阻力受土壤類型、植被覆蓋、床面粗糙度及降雨影響等眾多因素影響，難以從理論上描述，大多數(shù)水文模型中，仍將阻力系數(shù)作為常數(shù)處理。……