WEPP模型（坡面版）在紫色土区域高速公路边坡水土流失中的应用

摘要

土壤侵蚀预报模型的研究能够为水土保持监测点的布设以及水土保持方案制定和实施提供强有力的科学支撑。水蚀预测模型WEPP作为一种基于侵蚀过程的模型，是可以对土壤水蚀有关的过程进行具体、全面描述的程序，但目前WEPP模型在国内紫色土区域边坡的应用还较少，因此开展适合于紫色土区域高速公路边坡的侵蚀预报模型研究具有现实意义。本文基于水蚀预报模型 WEPP坡面版，对紫色土区域高速公路边坡在降雨作用下的水土流失情况进行了研究，并利用模型有效性ME对该模型在紫色土区域的适用性进行了评价。最终将 WEPP模型坡面版应用于梁平至忠县高速公路在建项目中，对径流量和产沙量进行预测，为水土流失监测点的布设和水土保持措施的制定提供参考。本研究主要内容包括：
　　①开展土壤粒径分析、有机质测定、阳离子交换量测定等土壤参数的测定实验，得到紫色土区域梁平至忠县段紫色土壤的基本参数，土壤样品的石粒、砂粒、粉粒、粘粒百分比分别为5.70％、34.21%、56.73%、3.36%，有机质含量为2.448%，CEC为13.30meq/100g，通过公式计算得到WEPP模型运行所需的土壤模块参数：反照率为0.59，初始饱和度为52.25%，细沟侵蚀参数为0.0144s/m，临界剪切力为0.5683 Pa，有效水力传导系数6.3461 mm/l。
　　②建立了运行WEPP模型所需要的气候文件、土壤文件、坡面文件及作物管理文件。以万州水土保持监测站15°边坡的径流小区20次降雨侵蚀的实测数据为基础，利用 WEPP模型（坡面版）对紫色土区域15°坡度条件下裸露坡面次径流量、侵蚀量及多年径流量、侵蚀量分别进行了预测，坡面的径流量、产沙量的预测值与实测值的差异很小，基本分布在趋势线y=x两侧，径流结果的相对误差小于30%的占80.95%，产沙结果的相对误差小于30%的占42.84%，并利用模型有效性 ME（Nash-Sutcliffe Model Efficiency）对模型在紫色土区域的适用性进行了评价，径流量、产沙量对应的模型有效性ME分别为0.9288、0.7862。可见，在预测紫色土休闲小区单次降雨产沙量时，WEPP模型的模拟精度要低于对径流量的模拟精度，但预测值与实测值仍能呈现出相同的变化趋势，能够在一定程度上反映单次降雨对径流小区造成的侵蚀作用。WEPP模型坡面版在紫色土区域具有一定的适用性。
　　③利用 WEPP模型对不同坡度、管理方式下坡面的单次径流量、单次产沙量以及多年径流量、多年产沙量进行预测，并对径流量、产沙量随坡度的变化规律进行分析。在单次降雨过程的参数保持不变的条件下，坡度对径流量影响不大。产沙量随坡度的增加呈现先增大后减小的变化趋势，临界坡度为55°，在15°～55°间产沙量逐渐增大，55°～70°间产沙量逐渐减少。产沙量增幅排序为：R5，10>R10，15>R15，20>……>R65，70。另外，坡面植被能够降低降雨对坡面的直接溅蚀，缓冲绿化带对径流携带的土壤颗粒有拦截作用，从而减小径流量和产沙量，起到水土保持的作用。对降雨过程的参数进行敏感性分析，得到敏感性排序：降雨量>最大雨强>降雨历时>达到最大雨强的时间与降水总历时的比率（TP）。
　　④将WEPP模型应用于梁平至忠县高速公路在建项目的50个边坡中，对各边坡水土流失预测，模拟结果显示，坡面XP29、XP35、XP44、XP50的径流量和产沙量均处于较高水平，应在施工过程中对其进行重点监测和防护，为水土流失监测点的布设、水土保持措施的制定提供参考。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外水蚀预报模型研究概况

1.3 主要研究内容和技术路线

2 WEPP模型的基本原理与模型评价方法

2.1 WEPP模型坡面版的基本原理

2.2 WEPP模型坡面版的模型结构

2.3 参数敏感性分析方法

2.4 WEPP模型适用性评价方法

3 WEPP模型数据库的建立

3.1 项目概况

3.2 气候数据库的建立

3.3 土壤数据库的建立

3.4 坡面数据库的建立

3.5 作物管理数据库的建立

4 WEPP模型在紫色土区域高速公路边坡水土流失中的适用性评价

4.1 WEPP模型在紫色土区域边坡中的适用性评价

4.2紫色土区域高速公路边坡的降雨侵蚀规律与降雨因子敏感性分析

4.3 WEPP模型对梁平至忠县高速公路边坡降雨侵蚀的预测

4.4 小结

5 结论和展望

5.1 主要结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在学习期间发表的论文

B 作者在学习期间参加的科研项目