黄土高原小流域土壤侵蚀模型的适用性研究

摘要

长期以来,黄土高原地区是世界上水土流失最严重的地区之一,尤其是黄河流域多沙粗沙区,剧烈的土壤侵蚀导致该地区植被稀少,环境恶化严重,生态环境极其脆弱,还导致黄河下游河道泥沙淤积,发生洪水灾害等问题,因此,建立适用于该地区的土壤侵蚀模型,利用该模型模拟流域的侵蚀产沙状况,为黄土高原水土流失预测、治理提供科学依据,促进区域生态环境的改善,是目前国内外专家学者研究的重点,也是国家治理黄河的迫切需要。
　　岔巴沟流域地处黄河多沙粗沙区,降水和地貌特征在该地区内极其具有代表性,因而研究该地区不同侵蚀产沙模型的适用性,对多沙粗沙地区的侵蚀产沙研究和生产实践都具有重要的意义。论文选取不同类型机理的侵蚀模型(流域尺度的经验模型和分布式机理模型),借助GIS和遥感技术,比较不同模型的流域适用性以及不同地貌单元的模型适用性,一方面研究分析出流域产沙贡献较高的地貌单元,以便采取针对性措施进行防护和治理,另一方面扩展模型的适用范围,便于进行模型移植。
　　本文的研究内容及主要成果如下:
　　(1)在研究岔巴沟土壤侵蚀模型发展状况的基础上,通过对比分析不同模型的优缺点及适用性,选取两种精度高,但是机理尺度不同的侵蚀模型,分析研究两种模型机理,完善模型系统。
　　(2)在黄土高原土壤流失数学模型系统下,分别采用两种模型计算了岔巴沟流域的侵蚀产沙量,结果表明,两种模型都具有很高的模拟精度,年经验模型精度更高,更适合流域年产沙的计算分析。
　　(3)利用ArcGIS软件,分析出流域不同土地利用类型区域侵蚀产沙贡献,其中疏林地和中度覆盖草地对流域侵蚀产沙的抑制作用比较明显,坡耕地侵蚀产沙贡献比较大,该利用类型下泥沙流失严重,两种模型在不同土地利用类型产沙量的模型方面都具有很高的精度,可以用来进行产沙计算。
　　(4)基于DEM数据利用ArcGIS提取出粱岇坡、沟坡和沟槽三种侵蚀单元,其中,沟坡坡度在25o~45o之间,极易导致水土流失,其侵蚀产沙贡献最大,对比两种模型,次降水机理模型适合进行沟坡单元的侵蚀产沙计算,在沟槽和梁岇坡单元,两种模型都具有很高的精度,都可以用来进行该单元的产沙模拟计算。
　　(5)岔巴沟流域在暴雨最集中7、8、9三个月,产沙量为其它月份总产沙量的4倍左右,研究暴雨强度下模型的适用性对土壤侵蚀的治理具有重要意义。通过对比分析,发现次降水机理模型比年经验模型精度更高,更适合进行暴雨强度下侵蚀产沙的模拟计算。
　　本研究对比了两种不同的模型,研究得出岔巴沟流域在不同尺度上最适合进行产沙模拟的土壤侵蚀模型,在一定程度上扩展了两种模型的适用范围,并通过研究分析不同侵蚀单元的侵蚀产沙贡献,对黄土高原多沙粗沙区的水土流失的治理提供了一定的指导和帮助,在其他流域类似地貌的侵蚀产沙研究方面具有一定的指导意义。

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 国内外土壤侵蚀模型研究进展

1.3 研究目的和研究内容

1.4 研究思路与技术路线

2 研究区概况及基础数据

2.1 研究区概况

2.1 基础数据

3模型构建及机理分析

3.1 模型的选取

3.2 年侵蚀产沙经验模型机理分析

3.3 次降水机理模型机理分析

3.4 两种模型关系

4 模型系统原理及功能

4.1 系统开发基础及主要功能

4.2 模型系统介绍

5 岔巴沟流域侵蚀产沙计算及适用性对比分析

5.1 数据的预处理

5.2两种模型侵蚀产沙计算及结果对比

5.3 不同土地利用侵蚀产沙贡献对比分析

5.4 不同地貌单元侵蚀产沙贡献对比分析

5.5 不同降雨强度模型适用性分析

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 主要成果与结论

6.2 研究展望

参考文献

图件索引

表格索引

致谢

攻读学位期间科研成果