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基于GIS的区域水土流失过程模拟研究

姚志宏  
【摘要】: 区域水土流失过程研究对认识土壤侵蚀对环境要素的影响、理解全球变化与区域土壤侵蚀关系具有重要意义,而且能为水土流失治理的宏观规划和区域环境问题决策提供支持。本论文在对区域水土流失过程理论分析和其影响因子分析的基础上,完善了已有的区域水土流失模型的算法,探索了区域尺度上土壤含水量的估算方法,并在ArcGIS环境和.NET Framework2.0下,用C#语言开发了计算机模型系统,在试验流域应用,完成了区域水土流失过程模拟。主要研究结论如下: (1)探索了区域水土流失模型中土壤含水量的计算方法。考虑到在较大尺度流域影响土壤含水量的气候因子(气温)、土壤因子(容重)、植被因子(土地利用)和地形因子(坡向、地形湿度指数),在GIS支持下,建立藉河示范区土壤含水量模拟方程,回归效果显著。将样点的模拟值和实测值进行分析,得到所有测点模拟值的平均误差为0.105。结果表明,利用地形湿度指数、坡向、土地利用、降水、气温和土壤容重等,以实测的土壤含水量数据为基础,可以建立模型并模拟土壤水分,作为土壤前期含水量用来支持模型中径流的估算; (2)完善了区域水土流失过程模型的主要算法设计。考虑土壤前期含水量、蒸发、雨滴溅蚀、土壤粘结力和不同产流机制等,完善了区域水土流失中降雨产流过程、侵蚀产沙过程的算法。并在计算机模型系统和GIS支持下完成降雨产流、侵蚀产沙和径流泥沙物质汇集过程的计算。 (3)完成了试验区水土流失过程的模拟。利用藉河示范区2005年7月份数据,采用了不同分辨率、不同时间步长对模型进行测试,结果表明模型设计时的各个模块都能够达到预定功能,输出图形都能反映藉河示范区侵蚀特征,且空间格局和结构都符合实际情况,宏观上主要受土地利用和气候特征影响,微观上主要受地形微起伏影响。将模型应用于藉河示范区,得到2005年藉河示范区汛期的总径流量、侵蚀产沙量分别为为6.73*10~8 m~3和6.74×10~6t ,径流模数和侵蚀模数分别为9.48×10~4 m3/km~2.a、2978t/km~2.a。模拟结果和实际水土流失情况较为符合。


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