WEPP模型在岩溶石漠化地区适用性评价——以关岭享乐小流域为例

摘要

岩溶石漠化区的土壤侵蚀已成为中国西南地区极其严重的生态灾难，制约着当地的社会经济发展。土壤侵蚀模型是土壤侵蚀研究的前沿领域，也是分析土壤侵蚀问题的有效方法之一，本研究以喀斯特岩溶石漠化地区关岭享乐小流域为研究对象，通过监测资料收集、野外调查和室内实验，建立WEPP水蚀预报模型的植被、土壤、气象和地形四大数据库，选取流域坡面和流域两个尺度进行次降雨产流产沙的模拟，通过优化率定参数，建立最优WEPP模型参数，评价WEPP模型的适用性，并进行情景模拟。
　　本研究主要内容包括：⑴WEPP模型对草地、裸岩草地和耕地+林地坡面的次降雨产流产沙模拟均能达到理想的效果，达到丙级以上标准，适用于该地区同类型坡面的模拟。降雨量<50mm，草地、裸岩草地和耕地+林地坡面产流和产沙的纳什系数Ens均在0.72和0.50以上，R2均在0.74和0.67以上，最佳水力传导系数分别为1.40mm/hr、1.70mm/hr、1.80mm/hr，最佳细沟间侵蚀分别为1.80×107 kg·s/m4、3.50×107 kg·s/m4、6.00×107 kg·s/m4。降雨量≧50mm，草地、裸岩草地和耕地+林地坡面产流和产沙的纳什系数Ens均在0.65和0.53以上，R2均在0.81和0.55以上，最佳水力传导系数分别为10.00mm/h、15.00mm/h、18.00mm/h，最佳细沟间侵蚀分别为3.80×106 kg·s/m4、7.0×106 kg·s/m4、1.25×107kg·s/m4。⑵流域坡面情景模拟中，降雨量<50mm，耕地和林地产流量分别为裸岩草地的4.64倍和0.16倍，产沙量分别为裸岩草地的3.98倍和0.21倍。降雨量≧50mm，耕地和林地产流量为裸岩草地的4.31倍和0.48倍，产沙量为裸岩草地的5.28倍和0.49倍。⑶小流域次降雨产流产沙量的实测值和模拟值的变化趋势相一致，模拟效果达到丙级以上标准，适用于该地区同类型流域尺度的模拟。产流纳什系数Ens和线性回归系数R2为均在0.95以上，相对误差Re在-10.20%以内。产沙实测值和模拟值的相关性很好，但差值很大，对比非喀斯特岩溶地区的土壤侵蚀模数，产沙量乘以1/8系数后，可达到较好的效果，产沙纳什系数Ens在0.90以上，相对误差Re在-19.63%以内。⑷小流域不同情景模拟，次降雨产流产沙量变化趋势相同，但增减变化幅度存在差异。草地和农地的次降雨产流模拟值基本都高于现状值，灌木和林地的次降雨产流模拟值基本都低于现状值，总量方面，农地>草地>现状>情灌木>林地。草地、灌木、林地的次降雨产沙模拟值基本都低于现状值，农地的次降雨产沙模拟值基本都高于实测值，总量方面，农地>现状>草地>灌木>林地，草地能使产流量增加，产沙量减少，具有“增流减沙”的效果。降雨量大，不同情境模拟产流产沙量值的差异大，而降雨量小，则差异小，甚至没有变化。⑸情景模拟农地、草地和灌木林地变为林地后，径流深方面，分别减少63.72mm、29.87、13.21mm；产沙量方面，分别减少113.12t/km2、28.71t/km2、21.60t/km2。模拟草地、灌木和林地变为农地后，径流深方面，分别增加13.58mm、32.24mm、106.97mm；产沙量方面，分别增加36.66t/km2、64.85t/km2、165.66t/km2。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 模型简介

1.3 国内外研究现状

1.4 存在问题与发展趋势

第二章 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 气象及水文特征

2.3 土壤与植被信息

2.4 径流小区与卡口站

第三章 研究内容与方法

3.1 研究内容

3.2 研究方法

3.3 技术路线

第四章 WEPP模型数据库构建

4.1 地形数据库

4.2 植被数据库

4.3 土壤数据库

4.4 气象数据库

4.5 次降雨数据库

第五章 WEPP模型坡面模拟分析

5.1 参数敏感性分析

5.2 草地坡面产流产沙模拟参数率定与验证

5.3 裸岩草地坡面产流产沙模拟参数率定与验证

5.4 耕地+林地坡面产流产沙模拟参数率定与验证

5.5 坡面情景模拟

5.6 模型坡面参数确定

5.7 本章小结

第六章 WEPP模型流域模拟分析

6.1流域产流产沙模拟分析

6.2小流域情景模拟

6.3 模型流域参数确定

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

附录

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