祖厉河流域土壤侵蚀与水文—地貌过程变化的GIS辅助模拟

【摘要】：土壤侵蚀是发生在地表的水文-地貌过程。当前,人类活动加剧的土壤侵蚀是一个全球性的环境问题,威胁着许多国家和地区,特别是半干旱区,农业和经济的发展。中国的黄土高原是人类活动加剧土壤侵蚀,从而使经济受损的一个极端例子。本研究重点利用GIS辅助土壤侵蚀模型对黄土高原西部的祖厉河流域的土壤侵蚀问题进行了研究。取得的主要成果如下: (1)基于四个尺度(1∶250,000,1∶50,000,1∶10,000,and 1∶5,000)的数字高程模型和USPED模型计算的土壤侵蚀结果对比表明,1∶50,000的数字高程模型与更高分辨率数字高程模型提供了几乎一样的用以估算土壤侵蚀所需的地形信息,而1∶250,000的数字高程模型,由于过低的估算了细沟侵蚀和片蚀,从而过低的估算了土壤侵蚀的总量。 (2)由于降水是土壤侵蚀最重要的驱动因子,土壤侵蚀计算的精度在很大程度上取决于对各站点的降水观测数据进行正确的空间插值。我们的实验表明1阶趋势的Ordinary Kriging插值方法可以很好的反映祖厉河流域的多年平均降水的空间分布,而在进行高程校正后,空间插值的精度可以进一步得到提高。 (3)高泉沟小流域(祖厉河流域内的一个小流域)小区观测的径流和土壤侵蚀对比表明,土地利用类型不同,径流量和土壤侵蚀量都存在着显著差异。相同条件(降水,地形)下,不同土地利用类型产生径流的大小顺序依次为:荒地农田休耕地草地疏林地灌木。然而,不同土地利用类型产生侵蚀的大小顺序不同于径流,其顺序依次为:农田荒地休耕地草地疏林地灌木。这直观表明,通过调整土地利用可以控制土壤侵蚀。此外,不同的农作物类型(小麦、土豆,扁豆等)产生的径流和侵蚀也有差异。高泉沟的观测数据还表明,不同坡度的农田产生的径流和侵蚀是非线性的。对于草地(紫花苜蓿)类型,凹坡相对于其它坡型(凸坡,S型,直线坡)最容易产生径流和侵蚀。观测数据还进一步证实了在草地条件下,径流和侵蚀与植被的覆盖度密切相关,随着降雨强度的增大,这种影响更为明显。 (4)对比LISEM对高泉沟小流域1992/08/29和1993/07/20场次降水观测结果和模拟结果表明,LISEM可以用来进行黄土高原径流和土壤侵蚀的模拟计算,并且模型在高强度降水条件下效果更好。对LISEM模型的敏感性分析表明,较高的前期土壤含水量和较低的饱和水力传导率非常敏感。 (5)本研究还利用修正的区域尺度的土壤侵蚀模型SEMMED对祖厉河流域的土壤侵蚀进