APEX模型在淮河流域中上游的适宜性研究

探讨了APEX（Agricultural Policy／Environmental eXtender）模型在淮河流域中上游的适宜性。将APEX模型用于淮河流域中上游监测资料较匮乏的3个径流小区,用日径流／产沙的实测值和模拟值校正和验证模型,用校正过的模型评价不同土地管理措施的长期水土保持效益（1981～2005）。在模型校正阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均百分误差绝对值（APE）小于20％,平均纳希-苏特克利夫有效系数（EF）大于0．6,平均尺。大于0．7;在模型验证阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均APE小于12％,平均EF大于0．5,平均R^2大于0．7,APEX模型可模拟出径流、产沙的日变异。在水土保持效益评价结果中,与对照（休闲地）相比,管理措施2（林地-水平沟）的径流量平均减少37％,产沙量平均减少89％,管理措施1（林草混交-水平梯田）的水土保持效益要略低于管理措施2,构建水平沟、水平梯田以及增加地表植被是控制该地区水土流失的有效措施。研究结果表明：APEX模型适应性强,可用于预测和评价淮河流域中上游不同土地管理措施下的水土流失,这为资料匮乏地区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。     

APEX模型在淮河中上游坡面尺度的适宜性研究

为评价农业政策与环境拓展APEX模型在淮河中上游坡面尺度的适宜性,将其应用于淮河中上游的3个径流小区,在采用傅里叶幅度灵敏度检验扩展法进行灵敏度分析的基础上,利用蒙特卡罗模拟结合多目标函数技术自动校正模型,并使用1982-1986年日径流和产沙数据实测值与模拟值评价模型适宜性.结果表明:湿度条件2下的径流曲线数初始值(CN2)、损耗系数(CNIC)、水土保持措施因子(PEC)以及最大径流率-降雨能量调整因子(APM)对产沙模拟影响较大,CN2和CNIC对地表径流模拟影响较大;在模型校正阶段,径流和产沙日平均模拟值的百分误差绝对值(APE)小于20％,纳希-苏特克利夫有效系数(EF)和R2分别大于0.45和0.55;在模型验证阶段,径流和产沙日平均模拟值的APE小于25％,EF和R2分别大于0.4和0.5.这说明APEX模型适用于淮河中上游坡面尺度,可用于评价该地区不同土地管理措施下的水土流失.     

水土保持措施对径流泥沙及养分流失的影响

以北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园为研究对象,对2005—2009年汛期(5—11月)径流小区的径流量、侵蚀产沙量及养分流失量进行了分析。结果是:同为10 m坡长的径流小区,其径流量和养分流失量从大到小依次为裸地、坡耕地和石坎梯田,产沙量最大的是裸地,其次是石坎梯田,最小的是坡耕地;与裸地小区相比,10 m坡长的水土保持措施小区可减少全氮流失量50.5%~91.4%、减少全磷流失量31.8%~75.8%;20 m坡长裸地径流小区的径流量、泥沙量和养分流失量均明显大于鱼鳞坑,鱼鳞坑小区可减少径流量68.4%~83.0%、减少产沙量71.1%~82.7%、减少全氮流失量64.4%~74.9%、减少全磷流失量40.6%~87.3%。说明水土保持措施具有良好的保持水土和减少养分流失的作用。     

湘中丘陵区紫色土坡耕地水土保持措施效益的试验研究

以衡南县为试验区,设置同一坡度和同一农业种植方式的径流小区,进行了不同水土保持措施的控制试验,通过对全年无遗漏降雨场次的径流及泥沙观测,研究了坡耕地土壤侵蚀模数和水土保持措施的水土流失控制效益。结果表明:(1)2016年全年产流降雨19场,降雨量1 145mm,属于正常降雨年。(2)没有任何防护措施的裸坡地土壤侵蚀模数4 450.57t/(km~2·a),达到了中度侵蚀;(3)农耕地与裸坡地相比均具有保土保水效果,但是不同水土保持措施对减少地表径流、降低产沙量有显著差异,保水效果(地表径流量年减少比例)从大到小依次为石坎梯田(85.07%)坡式梯田(81.50%)土坎梯田(64.57%)植物篱(57.96%)顺坡耕作(37.49%);保土效果(产沙量年减少比例)依次为石坎梯田(98.74%)坡式梯田(98.66%)土坎梯田(97.39%)植物篱(86.16%)顺坡耕作(61.98%),石坎梯田和坡式梯田始终可以发挥较好的保水保土作用。准确观测了土壤侵蚀背景值,定量评价了坡耕地主要水土保持措施效益。     

坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究

在涪陵区水土保持监测分站内建立6个径流小区,对紫色土坡耕地水土流失进行试验监测,结果表明:各小区径流量、产沙量总体随降雨量的增大而增大.自然生态修复措施防治水土流失效果显著,3.66 m3的径流量仅有0.41 kg·m3的产沙量,可有效防治紫色土坡耕地的水土流失.采用顺坡耕作措施的小区径流量与降雨量达显著正相关,而产沙量与降雨量未显著相关.径流量和产沙量大小顺序均为25°坡耕地>20°坡耕地>10°坡耕地>15°坡耕地,在15°耕地上径流量与产沙量均为最小,但15°是否是涪陵区最适宜的耕地坡度,仍有待今后收集更多的降雨资料加以分析说明.对一次强降雨进行养分流失观测,养分流失量与径流量及产沙量大小顺序基本一致.开发建设项目弃土弃渣监测点径流量与产沙量均大大高于其他小区,说明开发建设水土保持项目中防治水土流失的重要性.     

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。     

阳坡小流域径流场产流产沙特征研究

根据2015-2017年4-10月间阳坡小流域径流场10个径流小区的监测资料,对降雨量与径流量、土壤流失量进行了相关分析。结果表明:降雨量对产流量影响显著,呈正相关关系,但降雨量对产沙量影响不显著;产流量与产沙量间存在极显著相关性,二者均随着产流次数的增加而增加;从不同土地利用方式看,产流量、产沙量均表现为裸地小区>农地小区>荒地小区>植物措施小区>工程+植物措施小区;土地利用方式和植被覆盖度与水土流失关系密切,水土保持措施削减径流和泥沙作用非常有效。     

陕北黄土高原不同植被类型下降雨对坡面径流侵蚀产沙的影响

通过对陕北黄土高原吴起县退耕地5个不同植被类型径流小区降雨对径流产沙影响的分析,研究退耕还林后不同植被类型的水土保持效应。结果表明:(1)降雨量与雨强对径流量的影响显著;小区建立初期5个径流小区的产流状况从大到小为油松>草地>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)>沙棘;随着植被生长,产流从大到小为草地>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘>油松>沙棘+油松(Ⅰ)。随着林分郁闭度的增大,降雨与径流量的相关性在减少。(2)径流量与雨强对产沙量的影响显著;小区建立初期5个径流小区的产沙量从大到小顺序为油松>沙棘+油松(Ⅱ)>草地>沙棘>沙棘+油松(Ⅰ);随着植被生长,产沙量从大到小为草地>油松>沙棘>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)。随着植被生长,产沙量基本趋于稳定。(3)坡度对径流产沙的影响显著。同一场降雨,植被类型相同,坡度大的径流量大、产沙量也大;坡度相近的小区,小区建立初期径流产沙量从大到小为油松>沙棘+油松(Ⅱ)>草地>沙棘>沙棘+油松(Ⅰ);随着植被生长,径流产沙从大到小为草地>油松>沙棘>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)。因此,退耕还林后,林草植被恢复有效减少了水土流失,在造林初期,沙棘纯林的水土保持效果最为显著,随着植被生长,(沙棘+油松)混合林地的水土保持效应效果最佳。     

径流曲线数法在黄土高原地表径流量计算中的应用

坡面径流是土壤侵蚀发生的基本动力 ,径流量计算是定量估算水土流失和进行水土保持效益评价的关键步骤。径流曲线数法是美国农业部开发的计算地表径流量的经验模型 ,它有使用简单、有效 ,且适用于资料匮乏地区等优点。介绍了径流曲线数法的基本原理和计算方法 ,并以陕西安塞 2 5个小区的降雨径流资料 (次降雨 )为基础 ,计算了黄土高原地区不同下垫面条件下的曲线数 (CN )值大小 ,并分析研究了 CN值和各影响因子间的关系 ,对该模型在黄土高原地区使用的有效性也进行了评定。     

北方土石山区小流域综合治理措施及效应研究

通过野外坡面径流小区观测和沟道断面定点监测,对不同降雨特征条件下不同水土保持措施坡面水沙过程进行对比研究,分析了前期降雨、降雨特征与产流产沙的关系,并对林草植被的水土保持效果进行了探讨。结果表明．相同降雨和水土保持措施处理下,存在前期降雨事件的小区径流量和泥沙量明显偏大。两场降雨的降雨特征差异越大,不同处理下的径流量和产沙量的差异亦越大。水土保持措施通过改变下垫面状况可以削弱降雨特征对径流产沙的影响。水平梯田的拦沙蓄水效果最高,植物措施结合适当整地同样可以取络良好的水土保持效果,而封禁治理初期必须辅助以工程措施为植被的恢复创造条件。沟头防护措施可以减少沟道径流,有效抑制沟道土壤侵蚀。     

Modeling the impacts of soil management practices on runoff, sediment yield, maize productivity, and soil organic carbon using APEX

Simulation models are increasingly used to analyze the impact of agricultural management at the watershed-scale. In this study, the Agricultural Policy/Environmental eXtender (APEX) model was tested using long-term (1976–1995) data from two watersheds (W2 and W3) at the USDA Deep Loess Research Station near Treynor, Iowa. The two watersheds were cropped with continuous corn (Zea mays L.) and managed with conventional-tillage at W2 (34.4 ha) and ridge-till at W3 (43.3 ha). The monthly runoff and sediment yield were calibrated for the two watersheds during 1976–1987 by adjusting the curve numbers, curve number index coefficient, RUSLE C factor exponential residue and height coefficients, and erosion control practice factor for grassed waterways. Soil organic carbon values in the top 0.15 m soil layer were calibrated for the two watersheds in 1984 by adjusting the microbial decay rate coefficient. Model validation was conducted from 1988 to 1995. The calibrated model was able to reasonably replicate the monthly and yearly surface runoff and sediment yield for both watersheds for the validation period, with Nash–Sutcliffe efficiencies (EF) larger than 0.62 except for the EF of 0.41 for monthly sediment yield comparison at W3. The errors between the predicted and observed means were all within ±6% for runoff and sediment yield; predicted soil organic carbon in the 0.15 m soils in 1994 were within 10% of the observed values for both watersheds. The percentage error between the predicted and observed average corn grain yields was −5.3% at W2 and −2.7% at W3 during the 20-year simulation period. Scenario analyses were also conducted to assess the benefits of ridge-till over conventional-tillage. Over the 20 years, the predicted benefit of ridge-till versus conventional-tillage on surface runoff reduction was 36% in W2 and 39% in W3, and about 82–86% sediment yield reduction in both watersheds. The cumulative soil organic carbon losses from sediment were reduced about 63–67%. The long-term benefit of ridge-till over conventional-tillage was also quantified as a minimum corn grain yield increase of 3.8%. The results of this study indicate that APEX has the ability to predict differences between the two tillage systems. The modeling approach can be extended to other watersheds to examine the impacts of different tillage systems.     

黄土高原沟沿线的廊道防蚀效应探析

在分析黄土高原地区的沟沿线、沟沿线上下沟间地和沟谷地土壤侵蚀特征、小流域泥沙来源、坡沟侵蚀产沙关系的基础上，结合廊道的生态功能和以往的研究结果，认为在沟沿线的上部建立草灌与整地工程措施相结合的植物廊道，来拦蓄阻截沟间地的来水来沙，可使流域的土壤侵蚀量减少54．5％～77、0％。     

湟水流域输沙特征分析

湟水青海省境内面积 15 3 4 2km2 ,是黄河中上游地区主要产沙区之一 ,年输入黄河泥沙 2 0 40万t。流域径流主要产生于 6～ 9月 ,占年径流总量的 5 3 % ;下游地区面积占流域总面积的 41 2 % ,年径流量占流域年径流总量的 42 4%。上游地区面积占全流域面积的 5 8 8% ,年输沙量仅占全流域年输沙量的 2 1 6% ;下游地区年输沙量 160 0万t,占流域年输沙总量的 78 4%。流域内灾害性天气频繁 ,水热配置不利于植物生长 ,大面积植被退化 ,人类经济活动频繁等 ,是导致下游地区水土流失严重的主要原因     

基于农业非点源污染模型的桃溪流域日径流泥沙模拟

[目的]以中国东南沿海桃溪流域为研究对象,构建该流域日尺度产流产沙的农业非点源污染模型(annualized agricultural non-point source pollution model,AnnAGNPS),以期为流域水土流失治理与水土资源合理配置分析支持。[方法]采用DSA(differential sensitivity analysis)方法,分析流域敏感性参数,并建立研究区日尺度的AnnAGNPS模型。[结果](1)CN值(curve number)、土壤有效含水量和沟道曼宁系数为径流敏感性参数,土壤可侵蚀因子K、地表残留物覆盖率、年根系生物量、耕作后地面残留物覆盖率、随机粗糙率、沟道曼宁系数和耕作扰动面积为输沙量的主要敏感性参数;(2)模型对日尺度径流模拟的R2,Ens系数均大于0.66,日尺度泥沙模拟的R2,Ens系数均大于0.62。[结论]AnnAGNPS模型能够较好地模拟桃溪流域日尺度产流产沙规律。     

紫色土区小流域侵蚀产沙对水土保持措施的响应

探讨降雨量与水土保持措施对流域水沙关系的影响,对流域水土流失预报和水土保持效益评价具有十分重要的科学意义,但在紫色土区这方面的研究还相当薄弱。以鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟实测降雨径流泥沙数据为基础,分析了水土保持措施对流域径流、泥沙及水沙关系的影响。结果表明:流域治理后期,降雨产流量变化率、降雨产沙量变化率均减小,随着降雨的增多,水土保持措施对径流、产沙的影响效应增强;暴雨强度愈小,降雨量愈少,水土保持径流拦蓄作用愈显著;但降雨量愈大,泥沙拦蓄作用愈显著;流域减水量一般在30%~70%,而减沙量都高于90%,减沙量明显高于减水量;由于水土保持综合治理的作用,1989年后的多年平均径流量较1989年前减少33.11%,多年平均产沙量减少90.50%。     

基于GIS和USLE的九龙江流域土壤侵蚀量预测研究

探讨了GIS和USLE相结合预测南方中等尺度流域土壤侵蚀量、标识流域土壤侵蚀严重区域。运用GIS建立九龙江流域基础地理数据库，利用ARC／INFO的栅格数据空间分析功能，根据USLE土壤侵蚀预测模型对数据库进行图形运算，预测了九龙江流域的土壤侵蚀量。结果表明，流域的年均侵蚀模数为2730．3t／km^2，侵蚀强度属中度。占流域面积85．72％的区域土壤侵蚀强度在中度以下。这一区域对流域土壤侵蚀量的贡献率为58．26％，而流域41．74％的侵蚀泥沙来自于占流域面积14．28％的强度以上侵蚀区域。在流域侵蚀强度的空间分布上，8个子流域属中度侵蚀区，其中船场溪、花山溪和雁石溪三个子流域侵蚀强度较大；6个子流域属轻度侵蚀区，其中漳州平原的龙海和浦南两子流域侵蚀强度最弱。     

基于AnnAGNPS模型的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以位于黄土丘陵沟壑区的砖窑沟流域为试点，利用AnnAGNPS模型进行土壤侵蚀定量评价。采用流域8次径流事件监测数据进行模型检验，径流量和沉积物量的相对误差分别为10%和-10%，AnnAGNPS模型能够比较理想地模拟流域长期的径流量和沉积物量，并可应用于黄土丘陵沟壑区的径流流失和土壤侵蚀定量评价。采用2004年土地利用状况模拟分析了流域土壤侵蚀量及其空间分布，结果表明：该流域平均片蚀和细沟侵蚀强度为3508 t/(km²·a)，属中度侵蚀等级，黄土沟壑地的平均侵蚀强度最大，属极强度侵蚀等级；严重的沟道侵蚀显著增加了运移到流域出口的泥沙。     

称钩河坝系流域水保措施减沙效益分析

以称钩河坝系流域降水、径流、泥沙和水土保持措施的5 a监测统计数据为依据,Quick Bird卫星影像为主要数据源,在ArcGIS 9.3及Region Manager 5.5软件支持下,研究该坝系流域降雨变化和水保措施对径流和产沙量变化的影响,分析坝系水土保持措施拦沙效益。结果表明:2007—2011年间,水土保持措施建设是该流域径流和侵蚀产沙减少的主要原因,其中坡面治理措施面积增加133.04 hm²,坝系流域总控制面积达到8 843.58 hm²,占流域总面积的54.80%。坝控范围内年平均侵蚀模数为18.80 t/km²,侵蚀模数减少5 581.20 t/km²。     

Parameterization of the Effect of Bench Terraces on Runoff and Sediment Yield by Swat Modeling in a Small Semi‐arid Watershed in Northern Tunisia

In Tunisia, soil and water conservation interventions are among the most practicable strategies to prevent and mitigate rainwater losses through surface runoff and consequential erosion of fertile soils. In this study, a small and terraced agricultural catchment (Sbaihia) was used as an experimental site to analyze and parameterize the effects of bench terraces on water and sediment yield using the Soil and Water Assessment Tool. Model calibration and validation was performed, taking advantage from high‐quality daily runoff data from 1994 to 2000 and a high‐resolution bathymetric survey of the hill lake at the watershed outlet. Soil and Water Assessment Tool indicated that the local terraces, established on approximately 50% of the watershed area, reduced surface runoff by around 19% and sediment yield by around 22%, decelerating the siltation of the hill lake. Targeted model calibration delivered concise parameter set describing bench terrace impacts on runoff (Soil Conservation Service curve number method) and sediment yield (Modified Universal Soil Loss Equation) crucial for outscaling of soil and water conservation impacts and suitable watershed management. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.