WEPP模型在北京山区的适用性评价及应用

发布时间：2017-06-24 16:01

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【摘要】：水土流失是世界性的环境热点问题,水土保持措施通过改变微地貌,保护、改良并合理分配水土资源,最终达到预防和治理水土流失的目的。目前有关防治水土流失的工作与研究包括土壤侵蚀预测模型的开发与应用。本研究以北京山区延庆县水土保持科技示范园内径流小区2001—2009年气候和坡面产流产沙常年观测数据为基础,通过水蚀预测WEPP模型,对模型在北京山区褐土区域的适用性进行评价,并结合模型影响因素分析的结果,将WEPP模型应用到布设有水土保持措施坡面的水土保持效应的模拟与预测中。主要研究结果如下：(1) WEPP模型在北京山区的适用性评价内容分为三个步骤,分别是土壤参数敏感性分析、土壤参数率定和率定结果的验证。在模型数据库建立的前提下,通过对模型土壤参数进行敏感性分析选出对径流量和侵蚀量敏感度较高的三个土壤参数,分别为有效水力传导系数、土壤临界剪切力以及细沟土壤可蚀性参数。通过随机选取14场不同雨强降雨,基于降雨数据和坡面产流产沙数据,采用累积误差法对敏感性参数进行率定。对于率定参数的结果,通过11场降雨数据和坡面产流产沙数据,借助于纳什有效系数和决定系数对其进行验证。参数率定结果显示,有效水力传导系数、临界剪切力和细沟土壤可蚀性参数值分别为1.400mm·h-1、1.000 Pa和0.010 s·m-1时模型模拟结果较好。基于纳什效率系数和决定系数的模型验证结果表明,模型对于径流量的模拟结果比侵蚀量结果较好,其纳什效率系数分别为0.731和0.674。(2) WEPP模型由于内部涉及参数较多,因此通过选取坡长、降雨、地区等因素对模型影响性进行分析,可以更好地了解模型模拟效果。对于坡长因素对径流量和侵蚀量模拟值的影响,通过选取坡长分别为10m、15m、20m,其他条件相同的三种径流小区,对其场次降雨条件下的坡面径流量和侵蚀量模拟值和实测值进行对比分析。结果显示,径流量实测值和模拟值随着坡长的增加而减少,模拟值却无变化；侵蚀量实测值和模拟值都随着坡长的增加而增加。对于降雨因素的影响程度分析,通过选取降雨量、降雨历时、最大30min雨强等三个因子,与径流量和侵蚀量模拟值进行相关性分析和通径分析。从结果可以看出,最大30min雨强对径流量和侵蚀量的影响最大,其次是降雨量,而降雨历时对坡面产流产沙的影响可以忽略不计。从国内5个不同地区的模型适用性评价和土壤参数值对比结果可以看出,各地区土壤参数值基本上符合当地的土壤特性,且各研究中的模型适用性也随着研究样本数和参数获取方法等的不同而相互存在一定的差异。(3)基于WEPP模型在北京山区褐土区域的适用性评价与影响因子分析结果,将模型应用到布设有水土保持措施坡面的侵蚀量模拟。选取的措施为处于不同坡长坡面的不同规格水平条措施和处于不同坡位处的不同覆盖度草地措施。对于同一种坡面、不同规格水平条措施而言,当水平条措施的水平段距离与斜坡段距离比为1：1的情况下,土壤侵蚀量随着水平条数量的增加先增加再减少,在水平条个数为4时达到最大值；当水平条措施的水平段距离与斜坡段距离比例为1：2的情况下,侵蚀量总体上有随着水平条个数的增加而逐渐增加的趋势。对于不同坡长同一数量水平条措施坡面而言,总的来说,侵蚀量模拟值有随着坡长的增加而增加的趋势。对于不同覆盖度草地在不同坡位处的布设情况的结果,模型模拟结果显示,低盖度草地布设位置对土壤侵蚀量的影响较大,当低盖度草地布设于坡脚时,坡面侵蚀量模拟值最大,草地措施水土保持效应最差。
【关键词】：WEPP模型 北京山区 适用性 水土保持措施 径流量 侵蚀量
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1. 引言9-16
• 1.1. 研究背景9-10
• 1.2. WEPP模型基本原理及模型结构介绍10-11
• 1.2.1. WEPP模型基本理论10-11
• 1.2.2. WEPP模型结构11
• 1.3. 国内外研究进展11-15
• 1.3.1. WEPP模型机理研究12-13
• 1.3.2. WEPP模型的应用与评价13-15
• 1.4. 研究目的及意义15-16
• 2. 研究区概况16-18
• 2.1. 自然地理概况16
• 2.2. 气候条件16-17
• 2.3. 坡面径流小区概况17-18
• 3. 研究内容及方法18-26
• 3.1. 研究内容18-19
• 3.1.1. WEPP模型在北京山区的适用性评价18
• 3.1.2. WEPP模型影响因素分析18-19
• 3.1.3. 水平条措施坡面产流产沙模拟19
• 3.2. 研究方法19-25
• 3.2.1. 数据来源19
• 3.2.2. 模型数据库建立19-24
• 3.2.3. 数据分析方法与模型评价方法24-25
• 3.3. 技术路线25-26
• 4. WEPP模型在北京山区的适用性评价26-35
• 4.1. 模型参数的率定26-29
• 4.1.1. 模型参数敏感性分析26-27
• 4.1.2. 模型土壤参数的率定27-29
• 4.2. WEPP模型参数有效性验证29-33
• 4.2.1. 裸地径流小区模型验证29
• 4.2.2. 水平条径流小区模型验证29-33
• 4.3. 小结33-35
• 5. WEPP模型影响因素分析35-42
• 5.1. 坡长因素对坡面产流产沙模拟的影响35-36
• 5.2. 降雨因素对坡面产流产沙的影响36-39
• 5.2.1. 降雨参数对径流量的影响37-38
• 5.2.2. 降雨参数对侵蚀量的影响38-39
• 5.3. 不同地区土壤参数值和模型有效性对比39-40
• 5.4. 小结40-42
• 6. WEPP模型在坡面水土保持措施的应用42-50
• 6.1. 水平条措施坡面配置对侵蚀量的影响42-46
• 6.1.1. 水平条措施规格设置42-43
• 6.1.2. 不同规格水平条措施坡面产流产沙43-46
• 6.2. 坡面尺度不同盖度草地配置对土壤侵蚀量的影响46-48
• 6.3. 小结48-50
• 7. 结论与展望50-53
• 7.1. 结论50-51
• 7.2. 展望51-53
• 参考文献53-57
• 个人简介57-58
• 导师简介58-59
• 成果目录清单59-60
• 致谢60

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本文编号：478658