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主要作者及机构
本研究由Yulan Chen、Jianjun Li、Juying Jiao、Nan Wang、Leichao Bai、Tongde Chen、Chunjing Zhao、Ziqi Zhang、Qian Xu和Jianqiao Han共同完成。研究团队来自多个机构，包括中国科学院水土保持与生态环境研究中心、西北农林科技大学水土保持研究所、中国科学院大学等。该研究于2022年12月5日在线发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》期刊上。

学术背景
研究的主要科学领域为水文与土壤侵蚀，特别是黄土高原地区的水土保持工程。黄土高原是全球土壤侵蚀最严重的地区之一，而淤地坝（check dams）是控制水土流失、促进生态可持续发展的重要工程措施。然而，随着时间的推移，许多淤地坝已经达到淤满状态（fully-filled），这不仅削弱了其防洪和拦沙能力，还增加了坝体在极端降雨事件中受损的风险。因此，研究淤满淤地坝对洪水过程的影响，对于优化淤地坝布局、减少其损毁风险具有重要意义。
本研究的主要目标是：（1）评估CAESAR-LISFLOOD模型在黄土高原洪水事件模拟中的适用性；（2）量化淤满淤地坝对洪水过程的影响；（3）提出淤满淤地坝的防护措施及未来建设的优化建议。

研究流程
研究流程包括以下几个主要步骤：
1. 研究区域与数据来源
研究区域为黄土高原的社家沟流域（Shejiagou catchment），面积4.26平方公里。研究使用了地形、土地利用和水文数据，包括10米分辨率的数字高程模型（DEM）、1959年的土地利用数据以及降雨和径流数据。
2. 模型选择与校准
研究采用CAESAR-LISFLOOD模型进行洪水过程模拟。该模型是一种二维水流和泥沙输运模型，具有较低的复杂性和较高的集成度。研究对模型进行了校准和验证，使用纳什-萨特克利夫效率系数（Nash-Sutcliffe coefficient, NS）和决定系数（R²）评估模型精度，结果显示NS和R²均大于0.8，表明模型具有较高的准确性。
3. 情景设置与分析
研究设计了9种情景，分别模拟不同淤地坝数量、淤积面积和连接方式对洪水过程的影响。情景包括无淤地坝的原始自然河道情景（S0）以及8种不同淤地坝布局情景（S1-S8）。通过模拟不同情景下的洪水过程，研究分析了径流量、洪峰流量、洪水体积、径流动能和径流功率等参数的变化。
4. 结果分析
研究通过对比不同情景下的洪水过程参数，量化了淤满淤地坝对洪水过程的影响。结果显示，淤满淤地坝显著减少了洪水体积、洪峰流量、径流动能和径流功率，并延迟了洪峰出现时间。此外，研究还发现淤地坝的淤积面积、数量和连接方式对洪水控制效率有显著影响，特别是混合坝系统（hybrid dam systems）能够显著提高单个淤地坝的防洪效率。

主要结果
1. CAESAR-LISFLOOD模型的适用性
模型在校准和验证中表现出较高的精度，NS和R²均大于0.8，表明其适用于黄土高原的洪水事件模拟。
2. 淤满淤地坝对洪水过程的影响
研究结果显示，淤满淤地坝显著减少了洪水体积、洪峰流量、径流动能和径流功率。具体而言，洪水体积减少了9.56%-75.52%，洪峰流量减少了14.25%-89.74%，径流动能减少了30.21%-99.75%，径流功率减少了20.17%-95.23%。此外，淤满淤地坝还延迟了洪峰出现时间，使径流过程趋于平衡。
3. 淤地坝布局对洪水过程的影响
研究发现，淤地坝的淤积面积、数量和连接方式对洪水控制效率有显著影响。增加淤积面积或淤地坝数量能够显著提高洪水控制效率，而混合坝系统则能够进一步放大单个淤地坝的防洪效果。

结论与意义
本研究通过CAESAR-LISFLOOD模型量化了淤满淤地坝对洪水过程的影响，为黄土高原淤地坝的优化布局和防护措施提供了科学依据。研究结果表明，淤满淤地坝在减少洪水体积、洪峰流量、径流动能和径流功率方面具有显著效果，特别是在增加淤积面积、淤地坝数量或采用混合坝系统时，其防洪效率显著提高。此外，研究还提出了减少淤满淤地坝损毁风险的防护措施，包括增加排水设施、加强坝体外坡防护以及在上游河道建设新的淤地坝等。这些措施不仅能够有效减少淤满淤地坝的损毁风险，还能进一步提高其防洪和拦沙能力，为黄土高原的水土保持和生态建设提供了重要支持。

研究亮点
1. 研究方法的创新性
研究首次采用CAESAR-LISFLOOD模型模拟淤满淤地坝对洪水过程的影响，为该领域的研究提供了新的方法和技术支持。
2. 研究结果的实用性
研究结果为黄土高原淤地坝的优化布局和防护措施提供了科学依据，具有重要的应用价值。
3. 研究对象的特殊性
研究聚焦于淤满淤地坝，填补了该领域的研究空白，为相关政策的制定和工程的实施提供了重要参考。

其他有价值的内容
研究还发现，淤满淤地坝对径流侵蚀能量的影响主要体现在淤积地的能量耗散和坝体外坡的能量增加，特别是在下游河道坡度较陡时，这种影响更为显著。因此，在建设新的淤地坝时，应选择相对平缓的下游河道，以减少侵蚀风险。此外，研究还提出了进一步研究的方向，包括不同降雨类型和土地利用模式对淤满淤地坝防洪效率的影响，以及淤地坝泥沙淤积动态过程的模拟等。这些研究将为黄土高原的水土保持工程提供更加全面的科学支持。