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WEPP模型在岩溶石漠化地区适用性评价

杜波  
【摘要】:岩溶石漠化区的土壤侵蚀已成为中国西南地区极其严重的生态灾难,制约着当地的社会经济发展。土壤侵蚀模型是土壤侵蚀研究的前沿领域,也是分析土壤侵蚀问题的有效方法之一,本研究以喀斯特岩溶石漠化地区关岭享乐小流域为研究对象,通过监测资料收集、野外调查和室内实验,建立WEPP水蚀预报模型的植被、土壤、气象和地形四大数据库,选取流域坡面和流域两个尺度进行次降雨产流产沙的模拟,通过优化率定参数,建立最优WEPP模型参数,评价WEPP模型的适用性,并进行情景模拟。主要得出以下结论:(1)WEPP模型对草地、裸岩草地和耕地+林地坡面的次降雨产流产沙模拟均能达到理想的效果,达到丙级以上标准,适用于该地区同类型坡面的模拟。降雨量50mm,草地、裸岩草地和耕地+林地坡面产流和产沙的纳什系数Ens均在0.72和0.50以上,R2均在0.74和0.67以上,最佳水力传导系数分别为1.40mm/hr、1.70mm/hr、1.80mm/hr,最佳细沟间侵蚀分别为1.80×107 kg·s/m4、3.50×107 kg·s/m4、6.00×107 kg·s/m4。降雨量≧50mm,草地、裸岩草地和耕地+林地坡面产流和产沙的纳什系数Ens均在0.65和0.53以上,R2均在0.81和0.55以上,最佳水力传导系数分别为10.00mm/h、15.00mm/h、18.00mm/h,最佳细沟间侵蚀分别为3.80×106 kg·s/m4、7.0×106 kg·s/m4、1.25×107 kg·s/m4。(2)流域坡面情景模拟中,降雨量50mm,耕地和林地产流量分别为裸岩草地的4.64倍和0.16倍,产沙量分别为裸岩草地的3.98倍和0.21倍。降雨量≧50mm,耕地和林地产流量为裸岩草地的4.31倍和0.48倍,产沙量为裸岩草地的5.28倍和0.49倍。(3)小流域次降雨产流产沙量的实测值和模拟值的变化趋势相一致,模拟效果达到丙级以上标准,适用于该地区同类型流域尺度的模拟。产流纳什系数Ens和线性回归系数R2为均在0.95以上,相对误差Re在-10.20%以内。产沙实测值和模拟值的相关性很好,但差值很大,对比非喀斯特岩溶地区的土壤侵蚀模数,产沙量乘以1/8系数后,可达到较好的效果,产沙纳什系数Ens在0.90以上,相对误差Re在-19.63%以内。(4)小流域不同情景模拟,次降雨产流产沙量变化趋势相同,但增减变化幅度存在差异。草地和农地的次降雨产流模拟值基本都高于现状值,灌木和林地的次降雨产流模拟值基本都低于现状值,总量方面,农地草地现状情灌木林地。草地、灌木、林地的次降雨产沙模拟值基本都低于现状值,农地的次降雨产沙模拟值基本都高于实测值,总量方面,农地现状草地灌木林地,草地能使产流量增加,产沙量减少,具有“增流减沙”的效果。降雨量大,不同情境模拟产流产沙量值的差异大,而降雨量小,则差异小,甚至没有变化。(5)情景模拟农地、草地和灌木林地变为林地后,径流深方面,分别减少63.72mm、29.87、13.21mm;产沙量方面,分别减少113.12t/km2、28.71t/km2、21.60t/km2。模拟草地、灌木和林地变为农地后,径流深方面,分别增加13.58mm、32.24mm、106.97mm;产沙量方面,分别增加36.66t/km2、64.85t/km2、165.66t/km2。


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