基于支持向量机回归的次降雨小流域侵蚀产沙预报研究——以晋西王家沟为例

基于次降雨小流域侵蚀产沙过程的复杂性、非线性，利用支持向量机回归和主成分分析方法，确定了影响次降雨小流域侵蚀产沙量的关键因子，包括浑水径流深、洪峰最大流量、降雨量和30min最大降雨强度。建立了向量机回归支持下的次降雨小流域侵蚀产沙预测模型。利用60次侵蚀产沙实测资料，对模型预报精度进行了分析，结果表明，基于支持向量回归的次降雨流域侵蚀产沙预报模型具有较好的预测精度，预测精度平均为在86％。该研究为揭示次降雨小流域土壤侵蚀规律提供了新的途径和方法。     

基于GIS的次降雨分布式土壤侵蚀模型构建——以晋西王家沟流域为例

利用野外试验小区观测与人工模拟降雨资料,在定量分析羊道沟小流域坡面—沟坡—沟道侵蚀产沙关系基础上,建立了羊道沟小流域侵蚀产沙模型。借助GIS技术,将王家沟小流域划分为40个沟间地、40个沟坡地及它们组成的40个子流域和一个输水输沙通道。通过对比分析每个子流域降雨、地貌、治理、植被覆盖、耕作措施和土壤6个主要侵蚀产沙影响因子与羊道沟小流域各因子的关系,得到王家沟各子流域相对于羊道沟小流域侵蚀产沙模型相应参数的修正系数,结合王家沟流域主沟道泥沙输移关系,建立了王家沟流域次降雨分布式侵蚀产沙模型。利用王家沟流域1963-1968年22次天然降雨资料,对模型进行检验,结果较为理想,预测精度达到55％。     

豫西南小流域侵蚀产沙模型研究

为研究豫西南小流域降雨侵蚀产沙规律,充分利用偏最小二乘回归模型和人工神经网络模型的优点,结合降雨过程中的9个因子,建立了偏最小二乘神经网络耦合产沙预报模型。结果表明,偏最小二乘回归与人工神经网络耦合模型用于小流域侵蚀产沙的预测预报精度较高,计算方便快捷。     

小流域侵蚀产沙时间分布的模拟试验研究

小流域是黄土高原水土流失综合治理的基本单元，研究其侵蚀规律，对于水土保持措施的优化配置，有效地控制水土流失有着十分重要的意义。通过模拟试验，首次将ＲＥＥ示踪法引入到小流域侵蚀产沙的时间分布研究。试验结果表明：随小流域沟道的发育，流域侵蚀产沙的数量在逐渐减少；在次降雨过程中，不同部位侵蚀产沙量随时间而变化，变化趋势复杂。     

前期降雨与不同沙源条件小流域产沙关系的对比研究

为了解不同沙源条件下前期降雨对小流域产沙的贡献和作用,本文利用不同沙源条件下2个典型小流域(云南蒋家沟流域和四川遂宁玉丰小流域)以及一组篱笆减少侵蚀试验的降雨和产沙资料,选取前期降雨、过程降雨、产沙历时以及雨强因子,运用主成分分析法 ,进行对比研究,并分析了其机理.结果表明,前期降雨在玉丰小流域渐变型产沙中,首属第1主成分;但在蒋家沟突变型产沙中首属第1主成分.     

不同尺度下冻融作用对东北黑土区产流产沙的影响

通过对东北黑土区坡面8年和小流域7年的降雨产流产沙过程观测,对比每年受冻融作用影响的降雨和其余不受冻融作用影响的降雨产流产沙的特征,研究冻融作用在坡面和小流域尺度上对东北黑土区产流产沙的影响,为东北黑土区在冻融作用下多尺度土壤侵蚀定量评价及其转换模型的建立提供科学依据。结果表明:冻融作用减小了坡面和小流域的产流,径流系数分别减小0.07和0.03,坡面产流延迟71.7%,而小流域无明显延迟。坡面和小流域土壤流失量、土壤可蚀性K值及含沙量均显著增加,更易在较小降雨侵蚀力下产生较大流失量;与不受冻融的降雨事件相比,受冻融影响的降雨事件因径流减弱,在相同降雨量下的侵蚀量低,而在相同径流深下的侵蚀量高。冻融作用在径流较小时对坡面细沟的发育及产沙影响明显,在径流较大时对小流域切沟中松散堆积物的搬运及产沙影响明显。     

黄土丘陵区小流域淤地坝纪录的泥沙沉积过程研究

淤地坝是黄土丘陵区小流域水土流失治理的重要工程措施之一,在拦蓄泥沙的同时,也记载了小流域侵蚀产沙的历史变化过程及特征.该研究根据流域历史降雨资料,分析了黄土丘陵区关地沟小流域淤地坝1959～1987年泥沙沉积旋回变化及各旋回层泥沙中、小流域沟间地和沟谷地表层土体中放射性同位素137Cs含量,研究了小流域侵蚀产沙变化过程及泥沙主要来源.结果表明:该小流域在淤地坝建设初期,侵蚀产沙强度很大,其后产沙强度由强变弱,呈显著降低趋势,淤地坝内沉积泥沙的70%来源于沟间地;微小流域与较大流域在泥沙来源方面存在较大差异.     

小流域侵蚀产沙空间分布的模拟试验研究

小流域是黄土高原水土流失综合治理的基本单元，研究其侵蚀产沙的空间分布，对于水土保护措施的实施，有着重要的意义。通过模拟试验，首次将ＲＥＥ示踪法引入到小流域侵蚀产沙的空间分布研究。试验结果表明：小流域侵蚀产沙的空间分布与小流域的沟道发育有着本质的联系。     

黄土丘陵沟壑区坡面侵蚀产沙地形因子的临界条件

用能量的观点来解释坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。通过分析安塞水土保持研究站、晋西离石县王家沟小流域的小区资料,研究坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明：降雨特性（雨量、雨强）对坡面侵蚀产沙的作用最大,坡度次之,坡长最小;坡面侵蚀产沙的临界坡度分别受降雨、坡长大小的影响,临界坡长分别受降雨、坡度、坡长大小的影响;临界坡度、临界坡长都不是一个确定的值,但在一定范围内变化,变化范围由降雨、坡面地形等因素决定。研究成果可为黄土丘陵沟壑区坡面治理提供理论依据。     

黄土丘陵区小流域分布式水文和侵蚀模型建立和模拟

基于黄土丘陵区复杂地理环境和土壤侵蚀物理过程,建立了水文过程和侵蚀过程数学模型,水文过程包括降雨入渗和产汇流计算模型;侵蚀过程包括溅蚀-片蚀带侵蚀子模型、梁坡中上部细沟侵蚀带侵蚀子模型、梁坡中下部细沟-浅沟侵蚀带侵蚀子模型、切沟侵蚀带侵蚀子模型、沟道侵蚀带侵蚀子模型;选择黄土丘陵区黑矾沟小流域10场侵蚀性降雨事件作为参数率定,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了81.8%和70.8%;纸坊沟小流域2场侵蚀性降雨事件用来对模型进行检验,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了75%和69.3%,与实测结果基本符合,较好地反映了小流域的地表径流过程和侵蚀产沙过程。     

用粒度分析法计算砒砂岩区小流域泥沙来源的探讨

小流域泥沙来源是土壤侵蚀研究的重要内容 ,目前国内外主要利用径流泥沙资料 ,采用统计分析方法来确定小流域不同地貌部位及不同侵蚀类型的产沙量。采用粒度分析法对砒砂岩不同侵蚀类型区典型小流域泥沙来源进行分析计算的结果表明 :小流域泥沙主要来自于沟谷地 ,其产沙量占小流域总产沙量的 79 39%～ 84 89% ;沟间地产沙量占15 86 %～ 2 0 16 %。     

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。     

岔巴沟流域泥沙输移比时空分异特征及影响因素

本文以团山沟单元小流域作为流域系统产沙的源地，将其它中小流域输沙模数与单元小流域侵蚀模数之比定义为泥沙输移比，系统的研究了岔巴沟流域次暴雨泥沙输移比的时空变化特征及降水水文影响因子和地貌形态因子的综合影响。研究发现，从长远来看，流域系统的侵蚀与产沙可达到平衡，但就次降雨或年度而言，流域系统经常处于泥沙滞留和滞留的泥沙重新侵蚀搬运的状态。降雨量、径流系数、降雨时间、水流平均含沙量能很好的表达岔巴沟各流域次暴雨泥沙输移比，在考虑地貌形态因子的影响后，得到了岔巴沟流域次暴雨泥沙输移比的降水水文因子与地貌形态因子关系的综合表达式。     

长江上游川中紫色土丘陵区小流域泥沙输移比空间尺度效应研究

应用分形理论空间尺度效应原理，采用137^Cs同位素示踪法测定小流域多年平均侵蚀模数和调查紫色土丘陵区不同小流域多年平均淤积模数的方法，探讨了泥沙输移比与小流域集雨面积的关系，得出了长江上游川中紫色土丘陵区小流域泥沙输移比空间尺度效应泥沙输移比（SDR）统计模型。经验证，该模型可用于估算紫色土丘陵区资料短缺小流域的输移比和产沙量。     

流域地貌分形特征与侵蚀产沙定量耦合关系试验研究

流域地貌形态科学、准确和综合量化成为建立具有广泛适用性的流域土壤侵蚀预报模型的关键科学问题之一。分形理论的提出为流域地貌形态定量研究开辟了新的思路。本文依据分形理论，在建立小流域概化模型基础上，采用模拟降雨试验、高精度摄影测量和GIS技术，对流域模型地貌形态分形特征与侵蚀产沙定量耦合关系进行了研究。结果表明，基于消除了降雨特征影响的相对输沙率，可将流域模型侵蚀产沙过程划分为初期、活跃期和稳定期3个阶段；在不同侵蚀产沙时段，流域模型地貌形态分形信息维数Di呈现与相对输沙率Sr基本类似的变化趋势，即先增大再减小、最后趋于平稳；流域模型相对输沙率Sr与地貌形态分形信息维数Dr以乘幂形式呈显著正相关，相关指数r^2为0．7423；地貌形态分形信息维数Dr较好反映了地貌形态特征对流域模型侵蚀产沙过程的影响，可以作为流域模型侵蚀产沙过程预报地貌形态特征综合量化指标。     

模拟降雨条件下地貌发育与侵蚀产沙的关系

地貌是影响流域侵蚀产沙的关键因素之一,为了进一步研究地貌发育与侵蚀产沙的关系,该文以小流域概化模型为对象,运用模拟降雨试验方法,以高精度摄影测量和GIS技术为手段对流域地貌发育过程及侵蚀产沙强度变化规律进行了研究。结果表明,产沙速率（Gt）、降雨产沙强度（Gp）和平均输沙强度（M）都随着流域地貌发育过程呈现先增大后减小的变化趋势;在流域地貌发育过程中,存在临界地面裂度（32%左右）和临界相对体积（65%左右）,使降雨产沙强度和平均输沙强度的变化趋势由递增变化为递减。这种临界现象对更深入地研究流域地貌发育及其与侵蚀产沙的关系具有重要理论意义,同时说明地面裂度和相对体积可以作为流域发育程度的指标。     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征

为进一步优化和合理配置水土保持措施,以黄土丘陵沟壑区3个不同土地利用方式下的坝控小流域为例,基于人工探槽取样、淤积层次甄别及与产流降雨事件的对应关系,结合1∶10 000早期地形图与全站仪测量,拟合库容曲线来估算淤地坝泥沙淤积量,进而反演坝控流域的产沙模数变化特征。结果表明:(1)延河马家沟3个不同土地利用方式下的洞儿沟、阎桥和芦渠坝控小流域,自建坝至2016年的多年平均淤积量分别为2 748.80,4 634.31,3 141.17 t;(2)洞儿沟、阎桥和芦渠流域多年平均产沙模数分别为2 432.56,3 131.29,1 794.95 t/(km~2·a),依次属于轻度、中度和轻度侵蚀;不同土地利用方式下坝控小流域的最小产沙降雨量均20 mm以上;(3)不同的土地利用方式对小流域侵蚀产沙影响显著,人类活动明显的阎桥流域多年平均产沙模数大于以林草地为主的洞儿沟流域,而以林地和梯田为主的芦渠流域多年平均产沙模数最小。由此可见,在黄土丘陵沟壑区合理配置不同的水土保持措施,是减少小流域侵蚀产沙的有效途径。     

黄土丘陵沟壑区中大流域侵蚀产沙模型与尺度转换研究

由于侵蚀产沙因子时间和空间上的变异性,中大流域的侵蚀产沙过程模拟相对于小流域更为复杂化,目前已存在的物理模型和经验模型均难以很好地运用在中大流域。分析了中大流域的侵蚀产沙特点及已有的模型,认为尺度转换技术是实现大中流域侵蚀产沙模拟研究重要的途径,并对尺度转换的方法进行了探讨。     

武陵山区女儿寨小流域次降雨径流与产沙特征

 以武陵山区女儿寨小流域为研究区,根据流域2004—2008年77场典型降雨径流观测资料,研究流域次降雨径流与产沙特征。结果表明:77场降雨中,以25.0～49.9 mm和50.0～100.0 mm的降雨为主,占降雨总数的67.53%,降雨强度以10～40 mm/h为主;降雨量与径流深和产沙模数呈现较为显著的线性相关性,降雨量、径流深及降雨侵蚀力对产沙模数均有明显影响,其中以径流深和产沙模数的拟合效果最好,R2达0.684 7;在对降雨、径流、产沙共12个指标进行相关性分析的基础上,对径流深、洪峰流量、产沙模数、降雨侵蚀力4个主要指标进行多元逐步回归拟合,R2均在0.85以上,并通过显著性检验,回归方程拟合效果较好,可用于相关指标的定量计算;流域的产沙量主要取决于几次大的暴雨,汛期的降雨决定流域的产流产沙状况。研究结果可为流域水土流失监测和预报、水土保持措施合理配置等提供相应参考。