流域土壤侵蚀模型系统设计与实现

发布时间：2020-09-28 08:05

　　近年来,过度开发以及环境破坏导致的水土流失问题严重威胁着生态安全和人民财产安全。掌握土壤侵蚀定量评价方法是合理、有效地开展水土保持工作的前提条件。然而,流域尺度的土壤侵蚀定量评价通常较为复杂,且需要花费大量的时间。因此,基于流域土壤侵蚀的研究成果,综合利用3S技术,建立一套用于流域土壤侵蚀过程模拟和演算的综合性系统,对实现快速的流域土壤侵蚀定量化评价显得格外重要。本文以符素华等人提出的流域土壤侵蚀模型为依托,分析了一系列相关的模型计算原理。并根据流域土壤侵蚀模型系统的功能需求与非功能需求,设计并实现了一套流域土壤侵蚀模型系统。该系统可以为快速实现土壤侵蚀过程演算提供技术支持。据此本文的研究内容与成果可以归纳为:(1)以流域土壤侵蚀模型为基础,分析了包括中国土壤侵蚀预报方程、SCSCN径流曲线数法、SCS三角形综合单位法、洪峰流量计算、马斯京根方法、水流挟沙力计算以及泥沙输移演算方法等在内的流域土壤侵蚀模型涉及到的一系列计算方法,并分析了模型各计算模块的计算目的、计算思路和计算流程,为流域土壤侵蚀模型系统的设计与实现建立了理论依据;(2)综合分析了流域土壤侵蚀模型系统的各项需求,确定了流域土壤侵蚀模型系统的总体架构设计方案和功能设计方案。分析了系统的三层架构,并在系统功能设计部分着重对系统的参数设置与数据管理、数据预处理、模型计算、数据可视化以及结果统计输出功能进行了介绍;(3)根据系统需求和系统设计方案,使用C#语言并结合第三方库,实现了流域土壤侵蚀模型系统。该系统建立的主要目的是为了实现流域土壤侵蚀模型中产沙、产流、汇流、汇沙过程的自动化计算。另外,考虑到流域土壤侵蚀影响因素的多样性,系统实现了多种不同的计算方案与方法供用户选择。同时,为了确保系统的完整性和实用性,系统还实现了包括参数设置与管理、数据可视化、数据预处理、计算结果统计在内的多项功能;(4)以岔巴沟流域为试验区,完成了流域土壤侵蚀模型系统的测试和应用,得到了包括土壤侵蚀模数、地表径流深度、洪峰流量、输沙率过程线以及输沙量等在内的一系列专题数据,并对模型计算结果进行了分析。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.1
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 土壤侵蚀模型建立与发展
        1.2.2 土壤侵蚀模型与3S技术结合
        1.2.3 存在的问题
    1.3 本文主要研究内容与组织结构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文组织结构
    1.4 本章小结
第二章流域土壤侵蚀模型
    2.1 流域土壤侵蚀模型概述
    2.2 流域产沙计算
        2.2.1 产沙计算的目的与流程
        2.2.2 中国土壤侵蚀预报方程CSLE简介
        2.2.3 CSLE相关因子参数化方法
        2.2.4 坡面侵蚀量与侵蚀模数计算
    2.3 流域产流计算
        2.3.1 产流计算的目的与流程
        2.3.2 SCS-CN模型简介
        2.3.3 SCS-CN模型计算径流深
        2.3.4 道路和沟道对地表径流深影响
        2.3.5 地表径流量
        2.3.6 出口径流总量
    2.4 流域汇流计算
        2.4.1 汇流计算的思路与流程
        2.4.2 出口洪峰流量
        2.4.3 流域最大径流历时
        2.4.4 水流出口流量过程线
    2.5 流域汇沙计算
        2.5.1 汇沙计算的目的与流程
        2.5.2 总输沙率
        2.5.3 水流挟沙力
        2.5.4 出口输沙率
        2.5.5 输沙量和冲淤量
    2.6 本章小结
第三章系统需求分析与设计
    3.1 系统需求分析
        3.1.1 系统功能需求
            3.1.1.1 模型计算参数设置需求
            3.1.1.2 数据管理需求
            3.1.1.3 数据预处理需求
            3.1.1.4 模型算法实现需求
            3.1.1.5 结果输出与结果统计需求
            3.1.1.6 数据可视化需求
        3.1.2 系统非功能需求
    3.2 系统设计
        3.2.1 系统总体架构
        3.2.2 系统功能设计
            3.2.2.1 参数设置功能模块
            3.2.2.2 数据预处理功能模块
            3.2.2.3 模型计算功能模块
            3.2.2.4 结果输出与结果统计模块
            3.2.2.5 数据管理模块
            3.2.2.6 数据可视化功能模块
        3.2.3 系统环境设计
            3.2.3.1 系统运行环境
            3.2.3.2 系统开发环境
    3.3 本章小结
第四章系统实现
    4.1 系统主界面
    4.2 系统注册模块
    4.3 参数设置模块
    4.4 数据可视化模块
    4.5 参数预处理模块
    4.6 流域土壤侵蚀模型算法模块
    4.7 结果统计模块
    4.8 本章小结
第五章系统测试与应用
    5.1 系统测试
    5.2 流域土壤侵蚀模型系统应用
        5.2.1 实验流程
        5.2.2 试验区概况
        5.2.3 基础数据与实验方案设计
            5.2.3.1 基础数据
            5.2.3.2 实验方案
            5.2.3.3 参数设置方案
        5.2.4 模型运行结果与分析
            5.2.4.1 模型数据预处理结果
            5.2.4.2 模型计算结果
            5.2.4.3 结果分析
    5.3 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 结论
    6.2 研究中的不足与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果

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