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黄河中游黄土丘陵沟壑区具有极高的侵蚀强度，该地区是黄河泥沙的主要来源，是黄土高原水土流失最严重的地区。有关该地区高强度侵蚀的形成机理研究，是侵蚀产沙学科中尚未完全解决的问题，吸引了国内外研究者的广泛注意。尽管该地区许多小流域具有非常好的水沙关系，但对此种水沙关系的表达目前仍然停留在黑箱模型层次。论文以位于黄土丘陵沟壑区的子洲站和离石试验站的观测资料为基础，以王家沟流域和大理河流域为研究区，首先对此问题进行了研究，建立了研究区次洪总水和总沙关系模型。然后以此模型为基础，探讨了植被和其它水保措施对不同空间尺度水沙关系的影响；进一步，对研究区径流输沙的空间尺度效应进行了讨论：最后建立了研究区流域范围内综合产沙模型。主要研究结论如下：
(1)对于研究区特定小流域，次洪总水总沙的关系可用最简单的比例函数来表达。比例函数中的系数表示流量超过某一临界后的稳定含沙量、历次洪水的平均含沙量、流域平均每单位径流的输沙量或输沙能力。该模型主要反映了较大洪水的水沙关系，尤其对极端事件具有非常好的计算精度，且该模型可在一个相当广泛的空间尺度上应用。
(2)植被和坡面措施难以改变流域尺度的水沙关系，因此与坡面情况显著不同，在流域尺度上植被等坡面措施仅通过减水来减沙，使得减水率等于减沙率，这一现象甚至在河龙区间黄河干流这样的空间尺度上都存在。这表明在沟蚀作用强烈的黄土地区，植被对土壤抗蚀性的提高对减小入黄泥沙意义不大。
(3)在研究区，与世界上许多地区不同，流域产沙模数与空间尺度之间并没有表现明显的相关趋势。这表明，在研究区，空间尺度对侵蚀产沙过程的影响不是通过对产沙模数的直接影响来实现的。进一步分析表明，空间尺度对研究区次暴雨期间单位径流的输沙量或输沙能力存在明显的控制作用，并在支沟干沟范围内两者存在显著的幂函数关系，对这一现象可以从水力学和地貌学两方面予以解释：1)高含沙水流的特性随空间尺度的变异对研究区的径流输沙的空间尺度效应起着最为主要的作用，这使得在沟道比降变缓的情况下，研究区次洪平均含沙量仍然随流域面积变大而变大；2)尽管流域面积不是影响侵蚀产沙过程的真正物理因素，但由于流域面积与影响侵蚀产沙过程的许多因素相关，因此流域面积可以作为一个表征流域各种地貌特性对侵蚀产沙影响的集总性黑箱变量。这使得世界上许多地区均观察到，流域面积与流域产沙模数之间存在很好的相关性。也正是由于同样的原因，研究区次洪平均含沙量或单位径流输沙能力与流域面积之间的相关性要好于其它地貌因子。
(4)主要根据以上结论(1)和(3)，仅用次洪径流深和流域面积两个参数，建立了研究区半理论半经验产沙模型。模型具有非常好的计算精度，尤其对高强度洪水，模型的计算完全可以满足实用的需要。并用同样的参数建立了统计模型，两种模型的计算结果基本一致。