三峡库区大宁河流域AnnAGNPS模型参数评价

AnnAGNPS是一个基于连续事件、流域尺度的分布式农业非点源污染模型,用来模拟流域地表径流、泥沙与化学物质迁移,进而评价流域内农业管理措施对流域水文和水质的响应。构建完善的数据库是模型合理应用的前提条件,以位于长江三峡库区的大宁河沟流域为例,应用3S(GIS,RS和GPS)技术,结合实地调查,建立了AnnAGNPS模型数据库,评价了气候、地形、土壤、土地利用和作物等相关参数的确定,重点分析了模拟单元划分、土地利用数据库和土壤相关参数等因子,为大宁河流域侵蚀产沙和农业非点源污染模拟研究提供了基础数据平台,也为该模型在长江三峡库区的合理应用奠定了科学基础。     

三峡库区大宁河流域径流泥沙的AnnAGNPS定量评价

选择位于三峡库区的大宁河流域为研究区,利用著名的农业非点源污染模型-AnnAGNPS对该流域的径流与泥沙进行了定量评价.首先基于流域土地利用、土壤、地形及气象数据等资料对模型参数化,在数字滤波法切割水文站总径流中的基流后,利用偏差、相关系数r~2和Nash-Sutcliffe模拟系数(NS)等多个指标评价了模型对径流和泥沙量预测性能,校正期(1998-1999年)预测与实测的直接径流深偏差为3.71%,相关系数r~2为0.94,斜率k为1.04,NS系数0.94;验证期(2003-2005年)预测与实测直接径流深偏差-6.37%,相关系数r~2为0.93,斜率k为0.93,NS系数0.94;预测与实测的多年平均输沙量偏差为-16.5%.最佳管理措施(BMPs)评价显示退耕还林方案削减了总输沙量和侵蚀量的24.5%,是一种水土流失较好的治理措施.研究证实了AnnAGNPS模型在该流域的适用性,显示了模型在流域径流与泥沙负荷估算及其评价中的应用潜力.     

谈泥沙输移比

<正> 泥沙输移比,是指在一定时段内通过沟道或河流某一断面的实测输沙量与该断面以上流域总侵蚀量的比值。在流域侵蚀—产沙—输沙系统中,泥沙输移是研究流域侵蚀与产沙关系的关键。泥沙输移比这一概念的应用,使这项研究向定量化方向发展迈进了一步。进行中小流域综合治理规划、防治土壤侵蚀、合理利用水沙资源,无不需要掌握流域产沙情况。在上游总侵蚀量可以估算的情况下,如果知道流域泥沙输移比,就可以预报下游的输沙量,从而满足规划或工程设计的需求。     

泥沙输移比的研究方法及成果分析

泥沙输移比是反映流域侵蚀产沙输移能力的指标,对正确评价水土保持减沙效益及流域治理决策有着重要的科学意义与应用价值。对国内外泥沙输移比的研究方法及成果进行总结与分析,认为泥沙输移比的研究方法可分为直接计算（根据定义）与模型计算（通过建立泥沙输移比模型）2种。直接计算的关键是土壤侵蚀量的获取,而计算模型目前主要有因子经验模型、分布式模型与物理模型。在对泥沙输移比研究中土壤侵蚀量获取方法及建立的泥沙输移比模型进行总结与评述的基础上,按黄河流域、长江流域、国内其他地区及国外一些地区,分析了其泥沙输移比的研究成果,讨论了目前泥沙输移比研究中存在的3个问题及今后的发展方向。     

云贵高原区龙川江上游泥沙输移比研究

利用云贵高原区龙川江上游8条典型小流域水库泥沙淤积资料和小河口水文站输沙量资料,分析建立小流域输沙模数与流域面积的关系,依此求算出龙川江上游小流域(流域面积10.8～216.8km2)泥沙输移比变化于0.42～0.80之间,小河口水文站泥沙输移比计算值为0.26。     

柳河流域悬移质泥沙输移特征

应用柳河流域6个水文站的观测数据,研究流域主要支流泥沙的来沙量及不同河段泥沙的沉积。研究结果表明,上游来沙的近50%沉积在主河道中,其中沉积泥沙的75%沉积在闹德海至彰武之间。约有50%的上游来沙从流域出口输出。     

长江上游紫色丘陵区土壤侵蚀与泥沙输移比研究——以涪江流域为例

 通过涪江流域水文站控制区域的地貌与土地利用类型的综合分析,以不同土地利用类型地块作为侵蚀量计算单元,计算每个流域发生侵蚀的地块（即旱坡地、陡坡旱地、有林地、疏林地、草地、灌木地和裸地）侵蚀量,得到全流域年均侵蚀量为2 460万t/a,年均侵蚀模数为813.9 t/（km2.a）,上游山地区侵蚀模数>1 000 t/（km2.a）,紫色丘陵区侵蚀模数50～0800t/（km2.a）;流域平均泥沙输移比为0.83,上游泥沙输移比>0.90,中下游丘陵区泥沙输移比在0.30～0.80之间,而在流域上中游山地丘陵衔接的冲洪积扇区的年均泥沙沉积量约144万t/a;流域泥沙输移比与流域面积不存在固定的线性关系,其根本原因在于流域面积是度量衡单位,而不是影响因素。     

基于水文要素的黄土丘陵区次降雨泥沙输移比模型

以黄土丘陵区桥沟小流域为研究对象,利用该流域不同地貌部位的野外径流场及沟道水文站网观测资料,探讨了小流域次暴雨泥沙输移比的时空变化特征。依据相关分析法,确定了影响桥沟流域次降雨泥沙输移比的主导因素。结果表明,径流侵蚀力、泥沙相对重率、降雨特性、土壤前期含水量是影响桥沟流域次降雨泥沙输移比的主导因子。采用统计回归方法,建立了黄土丘陵区桥沟流域次降雨泥沙输移比模型。     

基于RUSLE的松花江流域不同侵蚀类型区泥沙输移比估算

为摸清东北黑土区土壤侵蚀与泥沙输移特征,以松花江流域为研究对象,选取不同侵蚀类型区8个水文站控制区,利用RUSLE模型,结合水文站实测输沙数据,分析了不同侵蚀类型区泥沙输移比的时空变化特征。结果表明:（1）松花江流域各侵蚀类型区均以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,而草地、旱地和裸地侵蚀模数均呈现依次增大趋势,且大于该区容许土壤流失量,特别是松岭站、碾子山站、大石寨站和大山咀子站水文站控制区裸地土壤侵蚀模数均大于20 000 t/（km²·a）,达到剧烈侵蚀程度。不同侵蚀类型区之间侵蚀模数表现为丘陵沟壑区Ⅰ > 丘陵沟壑区Ⅱ > 天然林区 > 漫川漫岗区。（2）松花江流域不同侵蚀类型区泥沙输移比总体上表现为漫川漫岗区 > 丘陵沟壑区Ⅱ > 丘陵沟壑区Ⅰ > 天然林区。（3）同一侵蚀类型区不同年际间泥沙输移比波动起伏,而从20世纪60年代到80年代,人类活动影响较小的天然林区和丘陵沟壑区Ⅱ不同时期平均泥沙输移比相差不大,人类活动剧烈的漫川漫岗区和丘陵沟壑区Ⅰ平均泥沙输移比则表现为波动式递增。研究结果对于了解东北黑土区土壤侵蚀和泥沙输移规律,明确该区域土壤侵蚀机理和治理目标具有指导意义。     

黄土丘陵沟壑区不同空间尺度流域泥沙输移比研究

泥沙输移比是定量表征流域内侵蚀产沙-河道输沙特征的重要指标。探讨了不同尺度流域泥沙输移比计算的可能性与方法,以黄土丘陵沟壑区的径流小区、小流域、水文站实测资料为基础,利用径流小区观测资料和单元小流域侵蚀模数2种方法,对4种空间尺度流域的泥沙输移比进行了估算。结果表明:(1)对于面积在10~100km²的小流域,利用2种方法计算的泥沙输移比结果非常接近,说明在没有小区观测资料时,用单元小流域计算流域泥沙输移比是可行的。(2)对于土壤侵蚀类型单一的水文站控制流域,在没有面积>1km²单元小流域资料的情况下,可以用面积1~10km²小流域或面积10~100km²小流域作为单元小流域来计算泥沙输移比而对于侵蚀类型不同的支流其误差范围有些偏大。(3)流域治理措施的实施对于泥沙输移比的减少具有明显的效果,但治理措施减沙效应的发挥具有一定的滞后性。     

三峡库区大宁河流域降雨侵蚀力时空分布特征

利用三峡库区大宁河流域及其周边共21个雨量站8a的日降雨量资料,按照日降雨量侵蚀力模型,在地理信息系统软件ArcGIS9．0支持下,分析了该流域降雨侵蚀力的时空分布特征。研究表明,该流域年均降雨侵蚀力R值在空间分布上与流域高程变化一致。随着流域高程变化,侵蚀力R值呈现上游迅速降低,中游平缓到下游增大的趋势,最高和最低侵蚀力R值分别位于流域西北部的高楼站附近和西南部的福田站附近;降雨侵蚀力R值的年际分配差异明显,最大年R值为最小年R值的2．16倍;降雨侵蚀力R值的季节分布呈单峰型,集中程度高,5—9月上半月占全年的90．4％,全年R值的高峰出现于7月份和8月份上半月,占全年的38．8％。     

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。     

试验研究三峡库区大宁河流域降雨侵蚀力的时空变化

[目的]分析流域降雨侵蚀力时空变化规律,为水土流失预报及水土保持措施科学配置提供依据。[方法]以三峡库区大宁河流域内13个雨量站41 a 日降雨资料为基础,采用侵蚀力简易模型,分析了该流域降雨侵蚀力的年内分配和年际变化规律,并在软件 ArcGIS 10．2支持下,探讨流域降雨侵蚀力时空变化特征。[结果]大宁河流域年均降雨侵蚀力为7245．55 MJ ? mm／（hm2? h ? a）,它在空间上与流域降雨分布特征基本一致,呈现由东、西向流域中部逐渐减小的趋势,而南北差异较小;最大和最小降雨侵蚀力分别位于流域西北部的建楼站和南部的巫山站;降雨侵蚀力多年变化范围为3619．55～11109．14 MJ ? mm／（hm2? h ? a）。降雨侵蚀力的年内分布呈双峰型,集中程度高,4—10月占全年的95％。[结论]大宁河流域降雨侵蚀力和降雨变化年内分配一致,侵蚀力时空特征除与流域降雨量分布密切相关外,还与区域降雨格局及地形地貌等因素有关。     

基于AnnAGNPS模型的陕西黑河流域非点源污染模拟

以陕西黑河流域为研究区,借助GIS和相关资料提取参数,建立AnnAGNPS模型数据库。采用1991-1998年黑峪口断面月径流量、泥沙和无机氮、总磷监测数据率定和验证模型,分析AnnAGNPS模型在西北半干旱地区典型流域的适用性。结果表明,AnnAGNPS可用于该流域非点源污染的长期模拟。在此基础上,对模型主要参数进行了敏感性分析。最后利用校准后的模型进行流域非点源污染管理措施模拟。为了达到同时削减径流、沉积物及总氮、总磷的输出量,在流域应采取退耕还林的措施,治理非点源污染。     

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.     

三峡库区小流域产流产沙试验研究

通过建立三峡库区小流域缩微模型,分别进行了3场人工模拟降雨试验(降雨强度分别为60,90,120 mm/h),对小流域产流产沙过程进行了研究。结果表明,3场降雨试验的产流量及产沙量均随降雨强度的增加而增加,但产流量的增加幅度远大于产沙量。产流量在3场降雨过程中均随径流时间呈现先增大后趋于稳定的趋势,但产沙量变化规律较为复杂。在各场次降雨下,累积产流量和累积产沙量均随降雨历时的增加呈线性函数规律变化。3场降雨产流的含沙量均呈波动形式变化。     

基于SWAT模型的三峡库区大宁河流域产流产沙模拟及土壤侵蚀研究

为研究三峡库区大宁河流域土壤侵蚀的状况和特点,应用SWAT模型对大宁河流域进行了产流产沙模拟,并基于SWATCUP工具中的SUFI-2方法对模型进行了参数敏感性分析、校正、验证和不确定性分析(2008—2010年为校正期,2011—2013年为验证期),进而分析了流域内土壤侵蚀状况和不同土地利用、土壤类型和坡度对土壤侵蚀的影响,并提出了土壤流失超标区域防治措施。结果表明:(1)校正后的SWAT模型在大宁河流域产流模拟中,校正期和验证期的p-factor值分别为0.89和0.75,r-factor值分别为0.75和0.69,R~2分别为0.92和0.91,NS分别为0.87和0.91;在产沙模拟中,校正期和验证期的p-factor值分别为0.90和0.95,r-factor值分别为1.04和1.05,R~2分别为0.77和0.75,NS分别为0.74和0.72。构建的SWAT模型适合大宁河流域产流产沙模拟和土壤侵蚀状况研究,且不确定性满足要求。(2)整个大宁河流域2008—2013年的平均侵蚀模数为468.88t/(km~2·a),总体土壤侵蚀强度属于微度,但在局部子流域(1,2,3,4,22)的土壤侵蚀强度属于轻度,超过了流域土壤流失容许量500t/(km~2·a),其面积占整个流域的37.44%。(3)导致轻度土壤侵蚀区域土壤流失超标的因子包括土地利用类型中的耕地和草地、土壤类型中的深色淋溶土和饱和黏磐土以及坡度25°的耕地和草地,其中饱和黏磐土所占面积过多可能是导致轻度侵蚀区域土壤流失超标的最主要原因。建议在轻度土壤侵蚀区域,对饱和黏磐土、坡度25°的耕地和草地进行一定比例的退耕还林和退草还林。