地理信息系统与侵蚀产沙模型集成研究述评

将侵蚀产沙模型和地理信息系统集成起来,充分利用GIS在数据管理、空间分析及可视化方面的功能,是今后侵蚀产沙模型发展的方向.本文在分析当前侵蚀产沙模型发展方向及存在的问题后,总结了地理信息系统在侵蚀产沙中的应用,阐述了地理信息系统与侵蚀产沙模型集成的发展历史,并对其3种结合方式进行了评述.     

国内主要流域侵蚀产沙模型评述

流域侵蚀产沙模型是国际土壤侵蚀研究的重点领域之一,国内以往进行了较多研究,建立了许多模型。正确分析和评价这些模型对于合理地使用它们进行流域侵蚀产沙预报和水土保持规划等工作具有重要意义。从研究方法、模型结构、模型中各参数的确定等方面对我国主要流域侵蚀产沙经验模型和具有一定成因的模型进行了分析,并在此基础上对各模型进行了评价。     

羊道沟流域侵蚀产沙模型原型选定问题

侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。通过分析国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型及其最新发展情况,并借鉴羊道沟流域研究的丰富经验,提出了羊道沟流域作为王家沟流域-侵蚀产沙单元的侵蚀产沙概念模型,为流域侵蚀产沙模型尺度之间转换提供借鉴。     

地理信息系统在侵蚀产沙模型与水土保持监测中的应用

将侵蚀产沙模型和地理信息系统集成起来,将地理信息系统应用于水土保持监测中,充分利用GIS在数据管理、空间分析及可视化方面的功能,是今后侵蚀产沙模型与水土保持监测的发展方向。总结了地理信息系统在侵蚀产沙中的应用,阐述了地理信息系统与侵蚀产沙模型集成的发展历史,并对其3种结合方式进行了评述。同时,也就地理信息系统在水土保持监测中的应用进行了总结。     

不同空间尺度上侵蚀产沙模型研究

土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域3个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。通过分析国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型及其最新发展情况,提出模型建立中存在的问题,可以为以后建立土壤侵蚀产沙模型提供借鉴。     

农业面源污染模型及其应用研究

论述了国内外农业面源污染模型的研究进展及应用现状,重点对几种常见农业面源污染模型进行分析比较,提出相关模型现存问题及解决措施,并同时对农业面源污染模型未来研究趋势进行展望。     

黄土坡面细沟侵蚀带产流产沙模型研究

坡耕地细沟侵蚀的研究,不仅对防治坡耕地的土壤侵蚀、发展农业生产有重要的实际意义,而且对揭示坡面沟蚀的发展过程和坡耕地的土壤侵蚀本质有重要的理论意义.现今,将地貌学、水文水力学、泥沙运动力学、土壤侵蚀学等学科知识和研究方法相结合,来分析坡面流形成及坡地的侵蚀机制,探讨侵蚀变化过程的相关参数,是国内外坡地侵蚀研究的最新趋势之一.本研究在前人研究基础上,运用理论分析,通过室内放水模拟实验,主要研究了黄土坡面上细沟侵蚀过程的水力学机理,包括细沟侵蚀带坡面上的产汇流规律,细沟流的流态,细沟水力几何特征,细沟流内水流阻力规律,细沟冲刷率,并在这些研究基础上建立了细沟侵蚀带的综合产流模型及细沟侵蚀产沙的数学物理模型.主要成果有:     

山丘区小流域降雨侵蚀及产沙模型研究

该文选用山东省有代表性的福山小流域试验资料,对山丘区小流域降雨侵蚀和产沙规律进行了研究,提出了山丘区小流域降雨侵蚀的产沙模型。不仅为小流域综合治理提供了科学依据,还可满足小流域河流产沙预测预报的要求。     

流域侵蚀产沙模型述评

实践证明,在分析流域侵蚀产沙和预测发展趋势的研究中,选择一种既有理论依据,又能反映客观实际的计算方法是极其重要的。在众多类模型中,物理成因模型概念清楚,意义明确,应用方便,适应性强,是目前比较先进的模拟方法之一。鉴于土壤侵蚀产沙过程及环境因素的复杂性,该类模型也有需经改进的若干问题。     

黄土坡面侵蚀方式演变与侵蚀产沙过程试验研究

利用自行设计的双土槽径流小区系统和人工模拟降雨试验研究方法,研究了坡面侵蚀方式演变对坡面侵蚀产沙量的影响,分析了沟蚀发育不同阶段对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明,坡面侵蚀发育初期,沟头溯源侵蚀占主导地位,侵蚀产沙量呈增加趋势;坡面侵蚀发育中期,沟蚀的宽度和深度变化已属于切沟形态发育的范围,导致了侵蚀产沙量的急剧增加;坡面侵蚀发育后期,沟蚀发育过程处于后期稳定阶段,侵蚀产沙量变化伏动较小。在坡面侵蚀发育初期、中期和后期,沟蚀分别占坡面总侵蚀产沙量的28．7％,70．4％和37．1％。     

四川省紫色土地区小流域次降雨泥沙输移比探讨

选取四川省南部县鹤鸣观小流域与李子口小流域为研究区,在分布式侵蚀产沙模型侵蚀量计算值的基础上,探讨了小流域次降雨泥沙输移比.结果表明,在这两个流域,影响次降雨泥沙输移比的主要因素不同.在鹤鸣观小流域降雨量与径流深是影响泥沙输移比的主要因素,而在李子口流域,其主要因素为径流深与降雨强度.主要原因是鹤鸣观小流域的面积远小于李子口流域的面积,并且次降雨泥沙输移比随着流域面积增加而输移比逐渐减小.通过分析鹤鸣观小流域与李子口小流域次降雨泥沙输移比与降雨量、前期含水量、径流系数的关系得到了两个流域次降雨泥沙输移比公式.     

小流域侵蚀产沙分布式数学模型的研究

 为反映因下垫面因子空间分布不均和人类活动对流域侵蚀产沙的影响,建立了基于场次暴雨的小流域侵蚀产沙分布式数学模型。该模型能够模拟出流域在不同水土保持措施(不同土地利用类型)下的径流和侵蚀产沙的时空过程,从而加强了在水土保持措施制定中的应用,并能够检测流域管理措施对径流泥沙过程产生的影响,进而为配置流域内水土保持措施和检测流域管理,提供技术支撑和科学依据。经黑草河小流域实测资料率定和验证,计算值与实测值符合良好。     

分布式水文模型亚流域合理划分水平刍议

不同的亚流域划分对流域径流和泥沙负荷模拟的影响源于地形、土壤、土地利用以及气候特征输入的空间分布不均匀性。假设当亚流域划分充分考虑流域输入数据空间分布不均匀性时,流域模拟的输出结果趋于稳定,并应用分布式水文模型——SWAT作为研究工具,在GIS技术支持下,选择两个面积不同的流域采用不同的亚流域划分数量进行流域径流和泥沙负荷模拟。模拟结果表明,当亚流域划分数量达到一定水平时,增加亚流域划分对模型输出结果的影响较小,这在一定程度上证实了上述假设。在此基础上,以简化模型输入数据和输出结果分析处理工作且保证模拟精度为原则,对分布式水文模型亚流域划分的合理划分水平进行了探讨。     

汇流宽度随集水面积变化的分布式水文模型

传统的分布式水文模型在进行汇流计算时,把计算单元沿水流方向的宽度作为汇流宽度,据此得到的水流流速与实际流速有较大差异,造成模型无法输出较为准确的分布式结果,在进行分布式土壤侵蚀模拟或其它与流域产汇流密切相关的研究时,极大地影响相关模拟计算结果。建立了以霍顿下渗公式和简化的圣维南方程为基础的分布式水文模型,在汇流计算中引入汇流宽度曲线,考虑了流域栅格汇流宽度随集水面积的变化。经东湾流域实测资料验证,该模型在分布式结果输出方面具有一定的优势。     

区域尺度侵蚀产沙估算方法研究

 区域土壤侵蚀模型是大区域土壤侵蚀普查和水土保持宏观决策的支持工具,土壤侵蚀模型的研发是土壤侵蚀学科的前沿领域。基于DEM将区域划分为规则网格,设计产流、产沙过程的单元模型,包括植被截留、入渗、填洼、流速、携沙能力、径流剥蚀量、泥沙沉积等算法。将月降水当作1次降雨事件,并划分若干时段进行迭代计算,利用GIS空间分析功能完成水沙汇集运算,并在ArcGIS支持下进行计算机程序设计,有效地完成了区域侵蚀产沙量的计算。将模型应用于延河流域得到:1995年7月份平均径流深为35.6mm,径流系数为0.237,流域出口径流量为2.72亿m3,流域出口输沙量为0.38亿t,流域平均侵蚀模数为4575t/(km2.月);输出图形空间格局和结构符合实际情况,初步模拟结果令人较满意。     

水土保持模型试验中产沙量测量方法研究

介绍了测量模型次降雨侵蚀产沙量的烘干法和密度瓶法,并通过不同粒径组泥沙浑水含沙量的对比试验,验证了测量方法的可靠性。针对模型土壤中夹杂着大量粒径较粗的泥沙颗粒的试验,提出进行泥沙粗细分层,然后采用烘干法和密度瓶法相结合的方法来测量次降雨侵蚀产沙量。所介绍的观测方法具有结果可靠且工作效率较高的特点。     

面向地表过程模拟的降雨径流模型开发与应用

降雨径流是流域地表过程的主要驱动力,是众多地表模型的基础。该文在充分考虑流域气象及下垫面等要素空间异质性的基础上,提出了一个面向地表过程模拟的、基于DEM的分布式次降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性将栅格划分为坡面单元和河网单元;模型考虑了降雨、植被截流和入渗等产流过程,利用运动波分级汇流的方式进行汇流演算。模型在江西躁口水流域进行了检验和应用。结果表明：该模型模拟的流量过程精度较高;模拟的径流深度及径流搬运力的空间分布符合水文规律。模型结构简洁、参数较少,具有较好的实用价值;为土壤侵蚀及非点源污染等以流路为基础的复杂地表过程研究奠定了基础。