降雨径流调控是同步解决黄土高原干旱缺水与水土流失矛盾的重要途径。本文针对坡地作物普遍存在的干旱缺水与水土流失问题以及坡地水土保持工程结构优化研究方面存在的不足,通过对WEPP模型进行参数选取和验证分析,在典型坡面水沙响应研究基础上,基于降雨径流调控理念,分别从作物全生育期需水量和作物生长过程需水角度对隔坡梯田的结构优化方法进行探讨,得到如下主要结论:1、模型参数的选取及分析。WEPP模型土壤文件主要参数的敏感性分析结果表明,径流量对土壤反照率、初始饱和导水率、土壤临界剪切力、细沟土壤可蚀性、细沟间土壤可蚀性的变化均不敏感,但对有效水力传导系数的变化较为敏感,且与其呈负相关关系;侵蚀量对土壤反照率、初始饱和导水率、细沟间土壤可蚀性的变化不敏感,但对土壤临界剪切力、细沟土壤可蚀性和有效水力传导系数的变化较为敏感,且与细沟土壤可蚀性呈正相关关系,与土壤临界剪切力和有效水力传导系数呈负相关关系。利用安塞水土保持科学试验站观测资料,最终将休闲地有效水力传导系数、土壤临界剪切力和细沟土壤可蚀性分别率定为19.7mm/h,3.5Pa和0.026s/m;苜蓿地有效水力传导系数、土壤临界剪切力和细沟土壤可蚀性分别率定为22.7mm/h,5.1Pa和0.019s/m。研究还表明:上述结果与相同地区已有研究结果较为相近,但与黄土高原南部的坡地研究结果略有差别;与黄土高原南部地区相比,丘陵沟壑区的有效水力传导系数、土壤临界剪切力率定值略小,细沟土壤可蚀性率定结果差别不大,这说明当其他外界条件相同时,黄土高原丘陵沟壑区比其南部地区更容易发生径流侵蚀。2、模型的验证。采用所选土壤参数对休闲地和苜蓿地产流产沙的验证结果表明:WEEP模型能够基本反映研究区坡面产流产沙过程,对休闲地的预测优于对苜蓿地的预测,对产流的预测优于对产沙的预测,对缓坡的预测优于对陡坡的预测;经过参数修正的WEPP模型可用作研究区坡面不同降雨径流侵蚀输移过程的研究工具。3、基于WEPP模型的典型坡面水沙响应模拟计算。在降雨量变化率相同的情况下,径流量和侵蚀量的变化率不同,休闲地、苜蓿地、玉米地径流量变化率较侵蚀量变化率分别平均偏大1.1%、6.3%、4.9%,降雨因子对坡面径流的影响略大于对侵蚀的影响;苜蓿具有较强的调控泥沙的作用,是一项值得推广的坡面降雨径流调控措施;给出的不同水文年以及典型次降雨条件径流、侵蚀关系图,可供黄土高原丘陵沟壑区降雨径流调控措施设计参考。4、基于作物全生育期需水量的隔坡梯田优化计算。由于资源型缺水及作物需水与天然降水的供需错位,黄土高原丘陵区作物生长需要对降雨径流进行异地利用,隔坡梯田是一种较好的方式。利用天然隔坡面直接作为集流面的隔坡梯田更适宜在10°以上坡地和红枣、春玉米、马铃薯等梯田种植模式中推广;优质高产苹果和谷子需水量较大,采用隔坡梯田种植时所需隔坡段长度较大,建议采用隔坡梯田与人工集流技术相结合的利用模式。该种方法计算简单,但不能精确预测作物生长过程需水与适时供水的关系。5、基于作物生长过程需水的隔坡梯田优化计算。单一模式隔坡梯田不能达到适时补充作物亏缺水的目的,因而不能解决作物水分需求与天然水分供给在时间上的错位问题,且一般情况下需要较大的平坡比收集隔坡径流,对土地资源浪费较严重;采用“水窖+隔坡梯田”模式,能够对隔坡梯田降雨径流在时空上进行合理再分配,从而较好地解决了作物水分需求与天然水分供给在时间上的错位问题。该模式能够适时补充作物亏缺水,且具备提高水土资源利用效率、增加作物产量和防止水土流失的优势,是适宜推广的坡地降雨径流调控方式。文中给出的典型计算条件下梯田最优平坡比及相应水窖容积取值参考表可供黄土丘陵沟壑区隔坡梯田设计规划参考。上述研究还表明,基于作物生长过程需水和降雨径流调控理念,并利用WEPP模型进行降雨、径流、蒸发、土壤水以及侵蚀过程计算,是一种较为合理的隔坡梯田结构优化方法。