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基于GIS的黄河水土流失评价预测模型研究

马晓  
【摘要】:长期以来,黄河严重的水土流失不仅造成黄河上中游地区土壤贫瘠、环境恶化,而且也是引发黄河下游河道严重淤积、洪水泥沙灾害频发的主要原因。 水土流失是一种侵蚀物质伴随径流而向流域出口断面运动、输移的水动力学过程。流域内侵蚀物质向其出口断面的输移过程又称之为流域产沙。受多种因素的影响,流域产沙机理极为复杂。而水土流失治理的实践又要求人们必须对泥沙产生、输送、沉积的过程规律性加以认识和揭示,并用数学表达式给予描述求解。通过数学表达,可以对侵蚀产沙进行预测和评价,从而满足流域治理规划、设计和管理对侵蚀产沙参数的需要。本文对此进行了较为详细的研究,主要研究内容及创新点如下: 1、分析了水土流失评价预测模型的研究现状,指出了当前存在的主要问题,提出了对土壤流失的数值模拟的研究目标及内容。 2、基于黄土高原水土流失治理的需求,在综合国内外研究基础上,提出了以侵蚀动力学、地貌学、水文学、河流动力学的理论为指导,以黄河多沙粗沙区具有完整坡面侵蚀产沙和沟道输水输沙系统的岔巴沟流域为对象,以地理信息系统为平台,建立黄河多沙粗沙区典型小流域分布式土壤流失评价预测数学模型的研究方案。 3、提出利用RS/GIS自动提取土壤流失环境因子的方法,建立起可使GIS与模型良好集成的环境因子指标体系,形成GIS分析数据库,进一步研究地理信息系统与土壤流失数学模型紧密耦合的关键技术。 4、建立了以水力侵蚀产沙的动力学理论为基础,模拟坡面流及其侵蚀产沙的控制方程体系。开发了以GIS为平台的土壤流失评价预测模型。利用实测数据对模型进行验证和修改,最终提出了用于评价和预测黄土高原多沙粗沙区小流域土壤流失过程的、与GIS耦合的分布式数学模型。 5、本文揭示了坡沟系统侵蚀产沙耦合关系,实现了产汇流与产沙输沙的紧密耦合。提出了当量糙率系数的概念,定量表述了水土保持工程对产汇流的影响,使模型具备了预测评价不同水土保持治理方案效益的功能。利用GLUE方法分析了模型的不确定性,确定了模型的敏感参数,提出了模型参数的灵敏度分布空间及模拟结果的置信水平,提高了模型预测结果的科学性。


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