WEPP模型在降雨侵蚀和融雪侵蚀中的应用与适用性评价

发布时间：2020-06-04 20:03

【摘要】：土壤侵蚀是威胁人类可持续发展,制约经济增长的重大资源环境问题。合理的布设水土保持措施可以提高水土资源利用率,改善侵蚀状况,减少因水土流失造成的损失。土壤侵蚀预报模型是基于土壤侵蚀研究理论而建立的用来预测和防治土壤侵蚀的有效工具,在生产实践和制定水保策略等方面发挥了重要作用,是现今土壤侵蚀科学的前沿领域。本文利用沈阳苏家屯水保科学试验站径流小区2015-2016两年雨季的11场次降雨产流产沙实测数据和吉林梅河口研究区径流小区2015-2016年的融雪径流数据对WEPP模型(坡面版)在降雨侵蚀和融雪侵蚀条件下的模拟进行了评价。主要结论如下:(1)通过气候数据的敏感性分析发现,WEPP模型的模拟结果只对降雨过程参数敏感。径流量和土壤侵蚀量的模拟值都对降雨量最敏感,变化倍数近似为降雨量的2倍;通过土壤的敏感性分析发现,WEPP模型的模拟结果对有效水力传导系数、临界剪切力和细沟土壤可蚀性敏感,其中径流量只对有效水力传导系数敏感,随着有效水力传导系数的增大而减小,侵蚀量的影响因子则较多且更复杂,随着细沟土壤可蚀性增大而增大,随着土壤临界剪切力和有效水力传导系数增大而减小。因此,在利用WEPP模型进行模拟时,只需要考虑主要影响因子即可次要影响因子可以使用默认值替换。(2)建立土壤数据库需要测定的土壤理化性质主要有砂含量、碎石含量、黏粒含量、阳离子交换量和有机质含量等,通过公式采用手工计算的办法得出小区土壤基值为有效水力传导系数10.135 mm·h~(-1),土壤临界剪切力2.68 Pa,细沟土壤可蚀性0.022 s·m~(-1),在这个基础上,使用累计误差法对土壤参数进行标定,水力传导系数为5.8 mm·h~(-1),临界剪切力为2.25pa,细沟土壤可蚀性为0.035 s·m~(-1)。(3)利用WEPP模型模拟单次降雨侵蚀事件时,坡面的产流产沙量的预测值与实测值相差不大。在11次降雨侵蚀事件中,径流量模拟值与实测值的平均相对误差为38.87%,径流量模拟结果相对误差低于20%的部分占总量的18%;相对误差小于40%的部分则达到了63%;相对误差小于60%的占82%;对径流量的有效性为0.816;侵蚀量模拟结果相对误差小于20%的部分占到了总数的27%;而相对误差小于的40%的部分占比为45%;相对误差小于60%的部分则达到了总数的64%;利用Nash-stucliffe公式计算得到的模型有效性结果ME=0.712,结果表明,WEPP模型对次降雨模拟结果较好。(4)选取2015-2016年中的4场次降雨在种植作物为玉米耕作方式为常规耕作条件下运行WEPP模型进行模拟,径流量模拟值与实测值的平均相对误差30.375%,侵蚀量的平均相对误差为21.25%,相对误差分析表明,WEPP模型在次降雨条件下不同管理措施的模拟达到适用条件。(5)WEPP模型在不同坡度坡长条件下的模拟结果表面,次降雨径流量模拟值之间的变化不大,说明WEPP不能很好的模拟径流量随着坡度坡长的变化,模拟的次降雨侵蚀量在不同坡度坡长时模拟值变化较大,表明WEPP模型可以很好的模拟土壤侵蚀量随着坡度坡长变化的趋势,对侵蚀量的模拟优于径流量,两者均随着坡度坡长增加而增加。(6)WEPP模型对2015年和2016年冬季融雪径流量的模拟值为7.476 m~3和8.644m~3,与实测值相比,相对误差为72.4%和67.6%。模型对2015年和2016年冬季融雪侵蚀量的模拟值为9.528 kg和12.34 kg,存在较大误差。
【图文】：

模型原理,坡面,文件

图 1-1 WEPP 模型原理图（坡面版）Fig. 1-1 Schematic map of WEPP model（Hillslope version）1.5.2 WEPP 模型结构1.5.2.1 WEPP 模型输入文件WEPP 模型需要 4 个参数输入文件，分别是地形文件、气候文件、土壤文件和管措施文件。地形文件和土壤文件根据试验小区实际情况获取，本次研究中的管理措施要包括裸地和草地 2 种模式，气候文件通过 CLIGEN 模拟器输入。1.5.2.2 模型 WINDOS 运行界面用户可以登录美国农业部官网（USDA）下载 WEPP windows 版本软件，可以通不同数据库编辑器直接修改模拟过程中的参数，例如，查看输出结果、修改模拟年限

坡面,用户界面,模型,文件

【参考文献】