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三峡库区水土流失空间尺度效应及其尺度转换研究

倪九派  
【摘要】:水土流失的空间尺度问题源于其野外观测与数值模型应用之间的差距,由于水土流失不仅是多因子综合影响的一个复杂的时空变异过程,更是一个典型的多重尺度变异过程,而目前的水土流失预测预报模型在关键参数的空间变异性描述和水土流失尺度变异性分析等方面的能力非常薄弱,这使得水土流失空间尺度效应定量评价成为水土流失“尺度-格局-过程”研究的核心问题。就目前的水土流失研究而言,大空间尺度的研究可能会提出一些问题,但答案的寻求仍会在小尺度上完成,因此,进行水土流失空间尺度效应定量评价和空间尺度转换的研究是必须和迫切的。三峡水库作为我国的战略水资源库,保证其水环境安全具有十分重大的现实意义,而库区内严重的水、土、养分流失对三峡水库的水环境安全形成了巨大的威胁,在“源/汇”景观侵蚀单元分析的基础上进行三峡库区这一特定生态系统水土流失空间尺度效应的研究,有望完善水土流失“尺度-格局-过程”理论,为建立三峡库区水土流失调控体系提供科学依据。水土流失空间尺度效应问题不仅是一个科学挑战,而且还是水土流失治理中的实际问题,通过建立水土流失空间尺度效应定量评价方法和模型,利用小尺度上实用的土壤侵蚀评价模型和观测数据,对区域水土流失进行定量预测与评价具有重要的理论与实践意义。 本研究建立了通过多层次空间离散进行水土流失空间尺度效应定量评价的方法,以水土流失“源/汇”景观侵蚀单元为基本研究对象,对水土流失“源/汇”景观侵蚀单元划分及其空间格局识别方法进行了探讨,并将其应用于水土流失空间尺度效应的分析与评价中,对三峡库区坡面、子流域、流域以及区域4种尺度上的水土流失空间变异与尺度变异进行了定量分析,建立了水土流失空间尺度效应定量评价模型及其尺度转换模型,提出了基于Agent的水土流失空间尺度效应的智能评价体系,主要研究结论如下: (1)紫色土坡面径流适合用运动波模型进行描述,坡面径流流量、水深和流速均随降雨强度和坡长的增大而增大,坡面径流流量和坡面径流水深随坡度的增大而减小,坡面径流流速先随坡度的增大而增大,至52.91°时达到最大值,然后随坡度的增大而减小;坡面径流侵蚀能力随着降雨强度和坡长的增大而增大,而坡度对它的影响较为复杂,与坡面径流流速类似,坡面径流侵蚀能力先随坡度的增大而增大,至一特定的坡度达到最大值,然后随坡度的增大而减小;临界坡度是一个变量,随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒


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