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《西南农业大学》 2003年
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紫色土坡面土壤侵蚀预测模型应用研究

陈晓燕  
【摘要】: 对坡面土壤侵蚀机理国内研究者做了大量的研究,但对于能够很好反映土壤侵蚀机理的侵蚀预测物理模型研究欠缺,尚没有实际能够广泛应用的模型。建立土壤侵蚀模型是为了快速、准确的预报侵蚀的发生、发展,从而为防治土壤侵蚀提供科学的决策依据。研究物理模型用于预报土壤侵蚀,将会以模型的研究为引导,促进对土壤侵蚀机理的研究。目前对作为紫色土中抗蚀性最弱的遂宁组紫色土,土壤侵蚀机理和侵蚀模型的研究很少,从而缺乏指导防止水土流失的理论和实践基础。WEPP模型是一种基于侵蚀过程的模型,是一个迄今为止最为复杂的描述与土壤水蚀相关物理过程的计算机程序。它比现有侵蚀预报模型有明显优越性,主要包括:估算土壤侵蚀的时空分布及全坡面或坡面任意一点的净土壤流失量及随时间的变化即在完全连续的斜坡纵坡面上,可计算出其土壤流失量。WEPP模型根据每次降雨确定地表状况的最新系统参数,可以预报和模拟每天或每次的降雨、入渗、地面径流过程产生的侵蚀和泥沙运移等,还可以计算日、月、年平均径流和泥沙运移状况等。研究WEPP模型在遂宁组紫色土的应用,一方面促进对紫色土土壤侵蚀机理的深入了解,另一方面通过模拟土壤侵蚀的过程,调整控制因子,观测土壤侵蚀的过程变化,最终能够定量评价不同水土保持措施的效能,为防治水土流失提供科学理论依据。 本研究共分三个部分。第一部分是通过实际径流小区观测及实验分析所获得的数据资料,参考WEPP模型运行机理,得到进行侵蚀预测时需要的模型参数。试验参数选择基本合理。WEPP模型中气候文件是基于近30年连续气候资料生成,而本次试验气候资料仅有4年,故在次要基础数据上选用近似值,在反映紫色土的侵蚀机理时,可能会有偏差,此部分参数值还需要今后在大量的野外径流小区试验中进一步验证、修正。第二部分是通过对径流试验站休闲地(十五度)1999~2002四年雨季进行观测,共观测到28次降雨产生的侵蚀。运用WEPP模型对休闲小区单次降雨侵蚀进行预测,分别得出径流小区的产流及产沙量,并将计算结果与实测值进行比较。 验证结果表明,模型预测在一定程度上与实测值接近,但是不能完全准确地预测野 外坡面的土壤侵蚀量。运用WEPP预测模型能够较准确地反映实际径流发生的过程及 土壤侵蚀量分布状况。结果还显示降雨量与最大雨强对侵蚀的发生及侵蚀量的大小 影响大。从贡献系数矩阵可知,对于产流,降雨量的直接效应有0.7508,通过最大 雨强产生的间接效应为0.2245;最大雨强作用的直接效应为0.3213,但其通过降雨 量产生的间接效应却为0.6382。对于产沙,降雨量和最大雨强产生的直接效应分别 为0.5828、0.3097,降雨量和最大雨强产生的间接效应分别为0.3993、0.4457。表 明降雨量的大小对于径流量的大小影响大,对土壤侵蚀量的影响还需考虑雨强的作 用。模型还有个突出的优点在于可反映出土壤分离、搬运、沉积的过程及其开始于 坡面的具体部位,对坡面任意点的侵蚀与沉积均能明显反映出。这种准确预报分离、 沉积发生位置的性能对配置水保措施、有效地达到水土保持和资源保护目标十分有 用。第三部分是运用WEPP模型比较农耕地在没有耕作措施(休闲)与有不同耕作措 施时的侵蚀结果。通过对同一小区选择不同耕作措施:休闲、小麦-玉米-红苔间套 种、小麦-玉米-大豆-紫花首猜间套种,模拟产生的侵蚀。结果表明,农耕地在没有 任何覆盖物时,径流量和输沙量最大;选择小麦-玉米-大豆-紫花首猜间套种方式, 径流量及输沙量最小。农耕措施对侵蚀结果的影响最主要的是增加了地面的覆盖, 种植的作物减弱了降雨侵蚀力,使其分离、搬运土壤颗粒的能力削弱,故土壤侵蚀 量降低明显。对径流量来说,降雨量与土壤入渗能力对其影响大,在降雨量不变时, 农耕措施对土壤入渗的改变是径流量变化的主要原因。模型反映了不同农耕措施与 土壤侵蚀的关系,能够确定土地利用的方式以及评价不同水土保持措施的功用。这 可以为定量评价人类活动对土壤侵蚀变化的影响以及紫色土农耕地的措施规划提供 参考。 综上所述,本论文通过对WEPP水蚀预测模型在紫色土坡面上的应用研究,探讨 了该模型在中国南方地区应用的可能性及模型参数选择中存在的问题。研究结果表 明,该模型预测结果基本准确、合理。通过对模型的应用研究,进一步加深了对紫 色土侵蚀和产沙物理过程的认识,但其参数选值尚需通过大量的野外径流小区观测 资料及室内模拟实验进行修正。研究同时表明,WEPP为土壤侵蚀的预测预报提供了 一种全新的技术,不仅可以预测预报产沙量、输沙量、侵蚀强度等,而且对侵蚀过 程的每一个阶段都可进行模拟和预测,能够准确预报土壤分离、沉积发生的位置及 坡面任意点的侵蚀与沉积量。这对如何有效配置水保措施、减轻坡耕地土壤侵蚀, 减少进入三峡库区的泥沙量,保障长江中下游河道的安全有实际指导作用。
【学位授予单位】:西南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S157

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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10 肖广全;三峡库区土壤磷素界面迁移特征及其控制研究[D];西南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈晓燕;紫色土坡面土壤侵蚀预测模型应用研究[D];西南农业大学;2003年
2 杨兴伦;紫色土表面电荷性质的初步研究[D];西南农业大学;2004年
3 朱益玲;紫色土土壤养分空间变异性研究[D];西南农业大学;2002年
4 唐家良;紫色土丘陵区种植模式生态环境效应研究[D];西南农业大学;2002年
5 木志坚;重庆地区紫色土锗的背景含量及分布特征[D];西南农业大学;2001年
6 段文军;紫色土荒坡地种植龙须草防治水土流失效应及其机理研究[D];湖南农业大学;2003年
7 姚军;紫色土坡耕地不同施肥水平下氮磷流失特征研究[D];西南大学;2010年
8 田秀英;定位施肥对稻麦产量和紫色土肥力的影响研究[D];西南农业大学;2001年
9 敬芸仪;四川盆地丘陵区紫色土电导率特性研究[D];四川农业大学;2005年
10 凌静;四川盆地中部紫色土土系划分研究[D];四川农业大学;2002年
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