基于WEPP的黄土丘陵区不同坡长条件下坡面土壤侵蚀预测

为了更全面地评价WEPP模型在我国的适用性,该文通过建立模型数据库,利用WEPP分别模拟了坡长为10、20、30和40 m的径流量和土壤侵蚀量,并用实测径流和侵蚀资料进行对比分析。结果表明,在10、20、30和40 m 4个坡长条件下,WEPP模型对降雨、每年和多年平均径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性(ME)分别为0.915、0.879和-0.056,对单场降雨、每年和多年平均土壤侵蚀量模拟的ME分别为0.853、0.758和-0.456,多年平均的ME为负值可能是由小样本计算造成的。WEPP模型对单场降雨和每年径流量和侵蚀量模拟效果较好。尽管WEPP模型对多年平均径流量和土壤侵蚀量模拟效果较差,但模型模拟的多年径流量和土壤侵蚀量与实测值的多年径流量和土壤侵蚀量的最大相对误差分别为7.90%和29.20%,表明WEPP模型对多年径流量和侵蚀量的模拟可满足要求。径流量模拟值随坡长增加的变化和实测值相比不够敏感;而土壤侵蚀量模拟值随坡长增加的变化和实测值相比过于敏感。      

基于双土槽试验研究的黄土坡面侵蚀产沙过程

 定量分析梁峁坡面各侵蚀带之间侵蚀过程中的相互作用及其影响机理,将为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论基础。利用供沙土槽和试验土槽双土槽径流小区,研究不同上方汇流含沙量、不同降雨强度和不同地表面条件下的黏黄土陡坡面(15°)上方汇流汇沙,对坡下方侵蚀产沙过程的影响。研究结果表明:上方汇流汇沙对坡面侵蚀产沙过程有重要影响,上方来沙不但被径流全部搬运,而且上方来水在试验土槽引起了净侵蚀产沙量,坡面侵蚀现象为侵蚀-搬运过程占主导地位。对于疏松土和紧实土处理,上方汇流引起坡下方的净侵蚀产沙量,分别占试验土槽全部产沙量的31.1％-97.3％和45.1％-89.7％。上方汇流引起坡下方净侵蚀产沙量随降雨强度的增加而增加,同时受土壤容重和下垫面细沟侵蚀发展过程的综合影响。土壤容重影响坡面侵蚀的发生和发展,而坡面侵蚀产沙过程与细沟发育过程相对应。     

风蚀预报系统(WEPS)介绍

风蚀预报系统是美国农业部组织多学科科学家开发的、目前最完整、手段最先进的土壤风蚀预报模型，成为风蚀定量评价、指导风蚀防治实践以及环境规划与评价的重要技术工具。对风蚀预报系统的设计、结构、模拟过程及模拟技术等做了简要介绍。     

坡面降雨侵蚀和径流侵蚀研究

降雨侵蚀过程包括径流侵蚀作用和雨滴打击作用两个方面,传统的单径流小区降雨试验难以区分二者对坡面侵蚀的贡献。通过双土槽人工降雨试验,研究了降雨侵蚀和径流侵蚀的关系及二者对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明;在坡度和降雨强度一定时,坡上方来水量引起坡下方侵蚀产沙量随着上方来水量的增大而增大;在坡度一致和坡面径流量基本相同时,降雨侵蚀产沙量大于供水径流的侵蚀产沙量,降雨强度增大１倍时,坡面侵蚀产沙量增大约５０     

不同近地表水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程研究

采用模拟降雨试验,研究了自由下渗(free drainage)、土壤水分饱和(saturation)、壤中流(seepage)3种近地面水文条件下紫色土坡面土壤侵蚀过程.结果表明,近地表水文条件会对紫色土坡面侵蚀过程产生重要影响.在地面坡度5°～15°条件下,当地表水文条件由自由下渗演变为土壤水分饱和时,坡面侵蚀量由1.31～2.02 g/(min·m2)增加到1.83～5.50 g/(min·m2);当地表水文条件由土壤水分饱和变为壤中流时,坡面侵蚀量达到4.40～16.41 g/(min·m2).土壤水分饱和条件下坡面侵蚀量是自由下渗的1.40～2.73倍;壤中流条件下坡面侵蚀量是自由下渗时的3.36～8.12倍,是土壤水分饱和时的2.40～2.98倍.同时,坡面坡度对紫色土坡面侵蚀过程有重要的影响.     

林地开垦后坡沟侵蚀产沙关系的研究

利用在子午岭林区布设的林地开垦后全梁坡、全沟坡（不接收上万来水）和全坡面径流小区，研究了子午岭林区林地开垦后坡沟侵蚀产沙关系。结果表明，子午岭林区林地开垦后，沟坟接收上方来水来沙的侵蚀产沙量是沟坡不接收上方米水来沙侵蚀产沙量的１．９５～３．９倍；全坡面侵蚀产沙在梁坡来水来沙的影响下，侵蚀产沙量增加１０％～３５％；沟坡侵蚀产沙量占总侵蚀产沙量的５３％左右，但其中有２０％的侵蚀产沙量是由于粱坡坡面径流下沟造成的，故受人类活动强烈影响的梁坡，实质上造成了６８％左右的侵蚀产沙量。     

WEPP模型在东北黑土区的适用性评价--以坡度和水保措施为例

基于黑龙江省宾县试验站2008年气象观测数据和野外径流小区监测资料,利用WEPP模型估算东北黑土区次降雨径流量和土壤流失量,并通过与实测资料对比,评价WEPP模型的适用性.结果表明,在3°,5°,8°这3个坡度条件下,WEPP模型对次降雨径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性系数ME分别为0.47,0.03和-5.9,对次降雨土壤侵蚀量模拟的Nash-Sutcliffe有效性系数ME分别为0.58,0.72和0.60,说明WEPP模型对次降雨坡面径流量的模拟效果较差,而对次降雨坡面土壤侵蚀量模拟效果较好.WEPP模型对次降雨的径流量和土壤流失量的模拟显示,WEPP模型对坡度变化反应敏感.WEPP模型对大豆、稗草、苜蓿和苗期榆树次降雨径流量模拟有效性系数ME分别为0.81,0.71和0.83,0.94,对次降雨土壤流失量的模拟有效性系数ME分别为0.81,0.71和0.83,0.94,表明WEPP对大豆地和苜蓿地的模拟效果好于稗草和苗期榆树,且其好于不同坡度条件下裸地的模拟结果.WEPP模型可以模拟不同水保措施条件下的次降雨径流量和土壤侵蚀量,也可以模拟不同坡度条件下裸地的次降雨土壤侵蚀量,但是不适合模拟不同坡度条件下裸地的次降雨径流量.     

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％。     

植被破坏对降雨入渗影响的试验研究

通过在不同地貌类型上的林地、采伐迹地、农地和裸露地随降雨强度对降雨入渗的影响,表明林地和采伐迹地入渗能力最大,农地次之,裸露地最小,证明了影响降雨入渗的主要原因是地面上的草灌及松软的枯枝落叶层。     

子午岭地区自然区域特征及其与土壤侵蚀的关系

在对子午岭地区进行全面考察的基础上,分析研究了子午岭地区区域自然环境的基本特征,指出:子午岭地区地质条件复杂,构造运动强烈、岩性疏松、地貌类型齐全、沟深坡陡、降水丰沛、降雨强度大、冲刷强烈,具备了各科侵蚀过程的发生条件。但由于地面覆盖着良好的植被,侵蚀很轻微。子午岭地区作为黄土高原植被恢复的样板表明,大力恢复黄土高原地区的植被,是黄土高原水土保持的核心和中心任务。