USLE与WEPP土壤可蚀性因子的关联性分析

通用土壤流失方程USLE与水蚀预测模型WEPP是当前常用的两种土壤侵蚀预测模型,而WEPP物理模型代表着土壤侵蚀预测预报的发展方向。对USLE中的K因子与WEPP中的Ki、Kr因子进行相关分析表明,USLE中的K因子与WEPP中的Ki、Kr因子之间几乎毫无相关性。即无法通过对USLE中可蚀性因子的分析来确定WEPP模型中可蚀性因子的大小。     

坡面版WEPP模型在川中丘陵区的应用研究

利用WEPP模型对川中丘陵区盐亭站5个径流小区土壤侵蚀量的预测和土壤侵蚀空间分布的模拟发现：WEPP模型对次降雨土壤侵蚀的预测，相对误差在30％以内的占总样本86％以上；对年降雨土壤侵蚀预测的误差较稳定，且相对误差均在15％以内。说明WEPP模型对长时间尺度的土壤侵蚀预测更准确。WEPP模型对土壤侵蚀空间分布的预测，通过坡面侵蚀曲线可以明显分出侵蚀发育区、加速侵蚀区和主要侵蚀区；降雨量和平均雨强越大，加速侵蚀区越短，侵蚀量越大；坡长越长，加速侵蚀区越长，侵蚀量越大，最大侵蚀量也越大。     

基于WEPP模型的紫色土坡面水蚀预报

应用水蚀预报项目（Water Erosion Prediction Project,WEPP）模型评价紫色土坡面水蚀强度,提出模型参数的估算方法,并利用四川省遂宁水土保持试验站长期径流小区观测资料,验证和检验模型预测的精度和敏感性;探讨该模型在川中丘陵紫色土地区应用的可能性及模型参数选择存在的问题。运用WEPP模型进行降雨侵蚀预测,并与实测值进行比较。结果表明,WEPP模型在大多数情况下预报值较合理,低坡度坡面上模拟预测值高于实际观测值,高坡度坡面上模拟预测值低于实际观测值,不仅在一定程度上模拟值与实测值接近,而且模型还可估算土壤侵蚀的时空分布及全坡面或坡面任意一点的净土壤流失量及随时间的变化。这对布置水土保持管理措施具有重要意义。     

土地整理中不同梯田空间配置的水土保持效应

利用WEPP坡面土壤流失模型,基于典型区的土地整理项目状况,模拟不同坡度条件下,梯田空间配置的水土保持效应,通过对坡度、降雨量和梯田层次的设置,分析30种情景模式下,土壤流失量和产沙量的变化规律。结果表明,基于物理过程的WEPP机理模型能够较好地定量模拟土壤在坡面上的流失情况。总体上看,梯田建设对于土壤流失量和产沙量都具有明显的影响：对于土壤流失量来说,梯田调控了土壤在坡面上流失的空间特征,降低了土壤坡面流失情况;对于产沙量来说,梯田建设有效拦截了产沙过程,随着坡度从5°到25°,拦截率从20%上升到84%;对于梯田数量来看,梯田数目越多,土壤流失量越低,但是产沙量变化不大。对比不同坡度和降雨强度,坡度和降雨强度仍是决定性因子。     

苏北花岗片麻岩地区USLE模型的试验研究

针对苏北花岗片麻岩地区水土流失的自然状况.建立了6种径流小区进行试验研究,通过对各小区364次降雨径流与土壤流失量的相关分析,得出适合本地区降雨侵蚀力因子R值的简便算式,确定了USLE模型中其它诸因子的取值.运用USLE模型计算各小区的土壤侵蚀量与实测值进行偏差分析,偏差为-3.5%～9.9%.可信度达90%以上.在实际应用检验中,梯田偏差5.64%,坡耕地偏差12.36%,可信度达87%以上.由此说明,USLE模型及其诸因子的取值方法在该地区的土壤侵蚀定量分析中具有很好的适用性.该项试验研究成果为该地区的水土流失预报与监测、水土保持规划及小流域综合治理提供了科学的依据.     

降雨因子对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响

[目的]研究降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨因子对沂蒙山区小流域不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响,为该区水土流失防治、水土保持规划、生态建设等提供参考。[方法]对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区(自然荒坡和荞麦、野生牧草和花生)两两对照并且进行连续3a的定位观测,对观测数据进行统计分析和显著性检验。[结果](1)降雨量与各径流小区产流量的相关性显著(p0.01),与荞麦小区和花生小区产沙量的相关性显著(p0.01),与自然荒坡小区和野生牧草小区的产沙量相关性较差。(2)平均降雨强度(I)与各径流小区的产流量和产沙量的相关性均不显著。10 min最大降雨强度(I10)和30min最大降雨强度(I30)与各径流小区产流量以及荞麦小区、花生小区的产沙量均具有较好的相关性,其中30min最大降雨强度(I30)的相关性最好。(3)降雨历时与荞麦径流小区的产流量和产沙量相关性显著(p0.01),与其他径流小区的产流量和产沙量虽皆呈正相关但相关性均不显著。[结论]降雨量(P),10min最大降雨强度(I10),尤其是30min最大降雨强度(I30),降雨历时等降雨因子在沂蒙山区坡面产流产沙过程中都起到了不同程度的作用,不同的土地利用方式也是影响坡面产流产沙的重要因子。     

基于水蚀预测模型的红壤坡面侵蚀主要影响因素研究

利用229场侵蚀性自然降雨的小区观测数据,率定并验证了典型红壤坡面水蚀预测(WEPP)模型,并对模型的敏感性检验和弹性系数进行了分析。结果表明,红壤坡面土壤侵蚀对降雨量、雨强、细沟可蚀性、临界剪切力、坡长、坡度等6个输入参数的变化具有强敏感性;地表径流量对降雨量具有强敏感性,对雨强、初始饱和导水率、有效水力传导系数等参数存在弱敏感性。这些参数是影响红壤坡面侵蚀产沙产流的主要因素。     

WEPP模型在旱地种植系统中的应用

WEPP模型能在农田系统中预测水文和侵蚀过程。2010年美国学者J.D.Williams等人采用WEPP模型预测俄勒冈州东北部旱地小流域常规耕作和免耕下的地表径流和产沙量。研究表明,WEPP模型可很好的评价土壤含水量、作物产量及免耕小流域的地上生物量。预测的蒸散量值与根据水量平衡原理计算的值一致。两小流域的年径流量和年侵蚀量的观测值较低,常规耕作和免耕小流域分别只有0.3%和0.03%的降雨量以径流形式输出。土壤参数采用默认值时,WEPP预测没有径流产生;对表层水力传导系数和细沟土壤可蚀性,进行校正后,径流和侵蚀的实测值与模拟值一致。说明经过校正,WEPP可用于评估降雨量较小,气候温和且产流较小情况下的水文、侵蚀及作物生长情况。相信此项研究将对我国相关的研究是一种借鉴。     

遂宁组母质侵蚀规律的初步研究

本文利用回归分析和通径分析等方法,研究了自然降雨条件下遂宁组母质侵蚀小区的径流量、入渗量、侵蚀量及其影响因子。结果表明:影响径流量的主要因子是降雨量;影响入渗量的主要因子是降雨历时;决定侵蚀量的主要因子是降雨能量。     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

Modelling runoff and soil erosion in logged forests: Scope and application of some existing models

Predictive erosion models are useful tools for evaluating the impact of land-use practices on soil and water properties, and as often used by environmental protection authorities, for setting guidelines and standards for regulation purposes. This study examines the application of three erosion models of varying complexity and design for predicting runoff and soil erosion from logged forest compartments in south eastern Australia. These are: the Universal Soil Loss Equation (USLE), the Water Erosion Prediction Project (WEPP), and TOPOG, a physically based hydrologic modelling package. Data on rates of soil loss and redistribution collected during a series of large-scale rainfall simulator experiments were used as model input parameters and validation. The models were evaluated in terms of general ease of use, input data requirements and accuracy of process understanding and prediction. Results suggest that in this application the USLE overestimated soil loss, and have the limitation that it does not predict sediment yield or sediment redistribution for specific storm events. When used at the hillslope scale, WEPP and TOPOG have predicted runoff and soil loss reasonably well, particularly on disturbed surfaces such as skid trails. On less disturbed surfaces such as the general harvesting area, both models performed less accurately, generally under-predicting soil loss and sediment yield, notably on sites with low observed values. The complexity and data requirements of WEPP and TOPOG limit their usability as a general-purpose, erosion hazard predicting tool. In terms of process understanding, none of the existing models accurately depict the nature and extent of sediment redistribution quantified in the rainfall simulator experiments. In order to advance the application and accuracy of modelling tools in forestry environments, this redistribution process should be considered integral to the refinement and redevelopment of future models.     

基于GIS/RS和USLE鄱阳湖流域土壤侵蚀变化

将空间信息技术（RS和GIS）和通用土壤流失方程（USLE）相结合对鄱阳湖流域土壤侵蚀量进行计算。分别利用1990年和2000年TM/ETM+影像分类得到两期土地利用/覆盖类型图,结合鄱阳湖流域数字高程模型（DEM）、土壤类型分布图和流域降雨资料分别获取USLE模型中各因子值的空间分布,最后计算流域2个年份的土壤侵蚀空间分布图。研究表明：鄱阳湖流域土壤侵蚀区域主要分布在赣江上游,信江上游,抚河上中游和修水上游地区;鄱阳湖流域1990年和2000年大范围土地经受着Ⅰ级微度与Ⅱ级轻度侵蚀,其侵蚀面积之和分别占流域面积的97.38%和97.30%;而流域产沙主要来源于Ⅱ级轻度侵蚀和Ⅲ级中度侵蚀,所占土壤侵蚀总量分别为58.16%和51.20%,其中中度以上等级的侵蚀对产沙量的贡献是不可忽视的;从1990年到2000年土壤侵蚀等级变化呈现了由中等级侵蚀（Ⅱ级轻度侵蚀和Ⅲ级中度侵蚀）向低等级（Ⅰ级微度侵蚀）和高等级侵蚀（Ⅴ级极强度和Ⅵ级剧烈侵蚀）的2个极端演化的趋势。鄱阳湖流域土壤侵蚀量从1990年到2000年增长幅度达6.3%;土壤平均侵蚀模数都约为1 100 t/(km2·a),属于Ⅱ级轻度侵蚀。分析2个年份的土地利用/覆盖变化,发现鄱阳湖流域湿地和农田面积减少,建筑用地增加均是造成土壤侵蚀量增加的因素,而降雨侵蚀力因子空间格局也对土壤侵蚀空间分布具有重要影响,最后提出了鄱阳湖流域水土保持规划措施。     

WEPP细沟剥蚀率模型正确性的理论分析与实验验证

基于物理过程基础上的WEPP土壤水蚀预报模型将坡面侵蚀分为细沟侵蚀和细沟间侵蚀,建立了独立的细沟间模型和细沟模型.其中细沟侵蚀产沙方程从概念上可以预报细沟侵蚀过程,但没经实验或理论验证.该文经过理论分析表明,WEPP模型中的剥蚀率是水流含沙量的线性函数,并由给定的试验条件计算得到了函数中的参数.将理论分析结果和已有的实验结果进行了比较,验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.同时将已得到的确定细沟剥蚀率的微分方程代入细沟侵蚀产沙方程并求解,从理论上得到了含沙量随沟长变化的函数关系.将理论分析结果和由实验所得的结果进行了对比,进一步验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.该文从细沟剥蚀率和产沙量两方面对WEPP模型中细沟侵蚀产沙模型进行了验证.     

Analysis and modeling of soil conservation measures in the Three Gorges Reservoir Area in China

Experimental plots were constructed in the Zhangjiachong Watershed of the Three Gorges Reservoir Area to evaluate soil erosion of traditional slope land farming and effects of soil conservation measures. Surface runoff and sediment from the watershed and each plot were collected and measured during 2004–2007. Field investigations indicated that hedgerows were the best for soil erosion control, followed by stone dike terraces and soil dike terraces. The Water Erosion Prediction Project (WEPP) model was used to simulate erosion of annual and rainfall events both at the watershed and plot levels. The low deviation, high coefficient of determination and model efficiency values for the simulations indicated that the WEPP model was a suitable model. The soil erosion rate distribution was modeled to determine where serious erosion would occur during rainfall events in the Zhangjiachong Watershed and so control measures can be taken.     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

降雨类型对褐土横垄坡面土壤侵蚀过程的影响

雨型是影响土壤侵蚀过程的重要因子之一,而影响效应与耕作措施密切相关。目前,雨型对横垄坡面土壤侵蚀过程的影响机制尚不清楚。该文以褐土横垄坡面为研究对象,设计了平均雨强和降雨量相同的4种雨型(增加、减弱、增加-减弱和减弱-增加型),采用可同时调节垄向和坡面坡度的土槽进行模拟降雨,研究各个雨型下不同侵蚀阶段的产流产沙特征。结果表明:雨型间的径流量和侵蚀量在细沟间和细沟侵蚀阶段均差异显著,且差异在细沟阶段体现的更为明显。雨型间径流量的大小顺序为增加-减弱型减弱型减弱-增加型增加型,侵蚀量则为增加-减弱型减弱-增加型减弱型增加型。给定雨强下(30、60或90 mm/h),径流量、径流贡献率和侵蚀量贡献率均随降雨过程中雨强发生时序的延迟而增加,而单位径流侵蚀量呈相反趋势;雨型间给定雨强同一发生时序下的径流量和侵蚀量及其它们对总径流量和总侵蚀量的贡献率均差异显著。4种雨型下,幂函数均能很好的描述细沟间和细沟侵蚀阶段内产沙率与径流率间的关系,且方程中的指数均低于2,但雨型间幂函数方程中的指数存在明显差异。以上研究结果有助于深入理解褐土垄作系统下的土壤侵蚀机理,并为横坡垄作的合理利用提供科学指导。     

WEPP模型中细沟可蚀性参数估计方法误差的理论分析

细沟土壤侵蚀在坡面土壤侵蚀占有重要地位。土壤可蚀性参数是WEPP模型中计算预报/计算细沟土壤侵蚀中极其重要的参数。WEPP模型现在采用的可蚀性参数是用长的细沟/径流小区试验以细沟侵蚀产沙估计得到的最大可能剥蚀率为基础获得的。该文分析了细沟侵蚀产沙随沟长的变化关系，分析了可蚀性参数估计误差的来源。从理论上推导出了计算现有WEPP可蚀性参数估计误差的计算方法。理论分析表明，对于限定性细沟，可蚀性参数的估计误差主要来源于细沟最大可能剥蚀率的估计值。最大可能剥蚀率的理想估计值是水流载沙量与细沟长度的函数关系在细沟     

不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀过程的影响

为研究不同雨强对紫色土坡面侵蚀过程的影响,通过人工模拟降雨试验和室内分析,采用降雨总量(30mm)一定、降雨历时不定的原则,在2种覆盖度(50%和75%)下,分析了3个雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)对紫色土土壤坡面产流产沙的影响。结果表明:在50%和75%覆盖度下,(1)雨强越大紫色土坡面产流总量和径流率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下的2种覆盖度产流量分别占坡面产流总量的18%,30%,52%。(2)雨强越大紫色土坡面产沙量和侵蚀率越大。相同时间内,不同雨强(0.5,1.0,1.5mm/min)下,2种覆盖度产沙量分别占坡面产沙总量的13%,33%,54%。(3)紫色土坡面侵蚀泥沙中的水稳性团聚体的粒径主要集中在0.25,3mm,分别占泥沙总量的74%和67%,0.25~3mm粒径的水稳性团聚体分别占泥沙总量的30%和26%。(4)相关分析表明,雨强和紫色土坡面产流产沙量均为极显著正相关(P0.01)。雨强与产沙量之间均拟合为一次线性方程;雨强与产流量之间分别拟合为一次线性方程和二次方程。研究结果为控制紫色土坡面水土流失和揭示其相关侵蚀机理提供参考。