径流冲刷条件下冻融坡面水蚀动力参数时空演化特征

发布时间：2020-11-19 16:07

　　坡面历经一个冬季冻融交替后,冻融作用破坏了土壤的结构和性质,在春季解冻期自然条件下,同时由于水力侵蚀共同作用,径流加大对坡面进行下切侵蚀,侧蚀和溯源侵蚀,加速了冻融坡面土壤流失速度。为揭示冻融作用对坡面土壤水蚀的影响,本文以采用2个坡度(10o、15o)、4个流量(4.5 L/min、6.5 L/min、8.5 L/min、10.5 L/min)和4个起始解冻深度(2 cm、5 cm、10 cm、15 cm),进行野外径流冲刷试验,系统地分析冻融坡面水蚀动力参数雷诺数、弗劳德数,流速、水流剪切力、水流功率、单位水流功率在不同起始解冻深度、不同流量、不同坡度下的时空演化过程;运用相关分析、偏相关分析、粗糙集的贴近度分析影响冻融坡面土壤剥蚀率的主要水蚀因子,利用逐步回归分析及BP神经网络方法分析冻融坡土壤剥蚀率与水蚀因子关系。得到主要结论如下:(1)冻融坡面水蚀动力参数雷诺数、流速、水流剪切力和水流功率随流量的增加呈增加趋势;水流剪切力、水流功率与单位水流功率随坡度增加而增大;水流剪切力和水流功率随起始解冻深度的加深而增大;雷诺数、弗劳德数、流速和单位水流功率随起始解冻深度的变化趋势不明显,其起始解冻深度为5 cm时,水蚀动力参数随时间变化最为剧烈;建立了基于流量和起始解冻深度的冻融坡面水蚀动力参数的幂函数预测方程;(2)水流功率与土壤剥蚀率的相关分析最贴近,其次是水流剪切力;单位水流功率与土壤剥蚀率的偏相关分析最大,起始解冻深度次之;粗糙集的贴近度表明水流功率与土壤剥蚀率关系最为紧密,其次是水流剪切力;三种方法的综合分析表明:水流功率、水流剪切力、单位水流功率和起始解冻深度是影响冻融坡面土壤剥蚀率的主要因素;(3)建立基于起始解冻深度和水流功率的土壤剥蚀率预测方程(R~2=0.930);(4)通过BP神经网络连接权关系分析水蚀因子对冻融坡面土壤剥蚀率的影响顺序为:水流功率单位水流功率起始解冻深度水流剪切力流量流速坡度;(5)BP神经网络模型的土壤剥蚀率预测平均误差为2.848%(R~2=0.954);逐步回归模型的土壤剥蚀率预测平均误差4.820%(R~2=0.930);基于单一水蚀因子(水流功率)模型的土壤剥蚀率预测平均误差5.298%(R~2=0.867)。基于BP神经网络的土壤剥蚀率预测效果最好,为春季解冻期冻融坡面不同起始解冻深度条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供了新思路。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

残差图,残差图,标准化残差,剥蚀率

沈阳农业大学硕士学位论文4.2.3 土壤剥蚀率残差分析R×64 3.2.0 在利用最小二次原理求回归模型时，对残差实际上是作了独立性、等方差性和正态性的假设。如图 4-3 残差结果显示：残差具有相同的分布且满足模型的各假设条件；如图 4-4 标准化残差图显示：标准化残差绝对值小于 2，因此不存在异常值，表明回归方程能较好的反应土壤剥蚀率的变化特征。

标准化残差