WEPP模型預(yù)測參數(shù)在紫色土區(qū)的研究.pdf

1、土壤侵蝕，是導(dǎo)致土地資源退化和損失的主要原因，是限制當(dāng)今人類生存與發(fā)展的全球性環(huán)境災(zāi)害。土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型用于了解土壤侵蝕過程與強(qiáng)度，是進(jìn)行土壤侵蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)報(bào)的核心工具和難點(diǎn)問題，體現(xiàn)著土壤侵蝕定量化研究的成果。WEPP模型是迄今為止較為復(fù)雜的基于連續(xù)事件的分布式參數(shù)土壤侵蝕模型，其需要考慮氣候、地形、土壤和管理四大方面的影響因素，具有外延性好、反映侵蝕分布好、模擬侵蝕物質(zhì)輸移過程好的優(yōu)點(diǎn)。已有對(duì)WEPP模型在紫色土區(qū)的研究主要是部分預(yù)

2、測參數(shù)及其在休閑地上的研究，因此本論文利用四川盆地中部丘陵區(qū)遂寧水土保持試驗(yàn)站2006～2008年四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)(10°農(nóng)耕地小區(qū)、10°果園地小區(qū)、15°農(nóng)耕地小區(qū)和15°林地小區(qū))的29次單次降雨侵蝕實(shí)際觀測資料，通過相對(duì)誤差、模型有效性系數(shù)(ME)、Pearson相關(guān)系數(shù)、敏感度值(S)、變化倍數(shù)等指標(biāo)，對(duì)WEPP(坡面版)模型預(yù)測參數(shù)在紫色土丘陵區(qū)的建立、驗(yàn)證和敏感性進(jìn)行研究。本研究共分三個(gè)部分：
　　 第一部分是WE

3、PP模型預(yù)測參數(shù)的建立，采用單一直線坡建立坡度為17.63％(10°)或26.79％(15°)，坡長水平投影為20m，坡側(cè)面寬度為5m的地形參數(shù)；選擇CLIGEN Generated的方式，利用遂寧站內(nèi)氣象觀測場1985～2008年降雨和氣溫觀測數(shù)據(jù)及美國得克薩斯州(TEXAS)森特維爾(CENTERVILLE)參證站點(diǎn)數(shù)據(jù)建立氣象參數(shù)；直接選取WEPP模型中自帶的措施文件建立管理參數(shù)；在土樣采集、土壤理化性質(zhì)測定的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算輸入

4、或模型生成的方式建立土壤參數(shù)。
　　 第二部分是不同預(yù)測參數(shù)的驗(yàn)證，通過相對(duì)誤差、模型有效性系數(shù)、Pearson相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)，以29次實(shí)測單次降雨侵蝕產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量數(shù)據(jù)與不同預(yù)測參數(shù)組合下WEPP模型模擬預(yù)測得到的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，研究表明：(1)計(jì)算輸入好于模型生成的土壤參數(shù)建立方式，且產(chǎn)流量預(yù)測效果好于產(chǎn)沙量的預(yù)測。手工計(jì)算對(duì)產(chǎn)流量的相對(duì)誤差為±5％、±10％、-5％～-50％和-30％～-100％；模型有效性系數(shù)ME為0

5、.982、0.990、0.789、-2.645和Pearson相關(guān)系數(shù)為0.994、0.996、0.970、0.365，按其排序?yàn)?0°果園地小區(qū)＞10°農(nóng)耕地小區(qū)＞15°農(nóng)耕地小區(qū)＞15°林地小區(qū)。當(dāng)用產(chǎn)沙量進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，10°和15°農(nóng)耕地小區(qū)的手工計(jì)算方式模擬相對(duì)誤差(-60％～-100％％和-80％～-100％)略好于模型計(jì)算方式(-75％～-100％％和-85％～-100％)，10°果園地小區(qū)和15°林地小區(qū)的相對(duì)誤差一樣(-6

6、5％～-100％％和-100％)；10°和15°農(nóng)耕地小區(qū)手工計(jì)算方式模擬的ME值為-0.555和-1.035；手工計(jì)算方式模擬的Pearson相關(guān)系數(shù)排序?yàn)?0°果園地小區(qū)(0.866)＞15°農(nóng)耕地小區(qū)(0.612)＞10°農(nóng)耕地小區(qū)(0.378)。(2)對(duì)10°和15°農(nóng)耕地小區(qū)的“玉米+紅苕+小麥”種植模式所選取模型自帶的“Corn,soybean,wheat,alfalfa(4yrs)-consv till.rot、Corn,

7、soybean,wheat,alfalfa(4yrs)-conv till.rot和Corn,soybean，wheat,alfalfa(4yrs)-no till.rot”三種措施文件得到相同的產(chǎn)流量或產(chǎn)沙量，其對(duì)應(yīng)的ME值為0.982或-0.555和0.789或-1.035，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.994或0.866和0.970或0.612；對(duì)10°果園地小區(qū)選用“30％Cover after fire.rot”措施文件時(shí)，其預(yù)

8、測產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量的ME值為0.990和-0.758，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.996和0.866；對(duì)15°林地小區(qū)的五種模型自動(dòng)措施文件都不理想，但“Tree-5yr old forest.rot”的ME值(-2.645)略好于其他四個(gè)措施文件(-3.540)。
　　 第三部分是不同預(yù)測參數(shù)的敏感性分析，通過相對(duì)誤差、變化倍數(shù)和敏感度值等指標(biāo)，以10°或15°農(nóng)耕地小區(qū)和10°果園地小區(qū)中具有代表性的2008年8月24日單次降

9、雨侵蝕的產(chǎn)流量或產(chǎn)沙量為基準(zhǔn)值，15°林地小區(qū)選用2007年6月28日，進(jìn)行單參數(shù)在±20％、±40％、±60％、±80％、+100％范圍內(nèi)變化的敏感性分析，結(jié)果表明：(1)坡度對(duì)產(chǎn)流量敏感，且為正相關(guān)，按S值排序?yàn)?5°林地小區(qū)(3.993)＞10°農(nóng)耕地小區(qū)(0.133)＞10°果園地小區(qū)(0.132)＞15°農(nóng)耕地小區(qū)(0.063)；10°或15°農(nóng)耕地小區(qū)對(duì)產(chǎn)沙量不敏感(S值為0.000)，僅10°果園小區(qū)對(duì)產(chǎn)沙量中度敏感(S值

10、為0.531)，且為正相關(guān)。(2)降雨量、降雨歷時(shí)、最大雨強(qiáng)和TP(％)的四個(gè)指標(biāo)對(duì)10°農(nóng)耕地小區(qū)、10°果園地小區(qū)、15°農(nóng)耕地小區(qū)的產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量達(dá)中度或高度敏感，除降雨歷時(shí)為開口向上先減小再增大的二次曲線外，其他三個(gè)指標(biāo)均為正相關(guān)，其變化程度為降雨量＞最大雨強(qiáng)＞最大歷時(shí)＞TP(％)；降雨量對(duì)產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量的敏感度值排序?yàn)?5°農(nóng)耕地小區(qū)(2.262和2.394)＞10°農(nóng)耕地小區(qū)(2.201和2.255)＞10°果園地小區(qū)(2.

11、193和1.704)；在15°林地小區(qū)中最大雨強(qiáng)(S值為0.027)和TP(S值為0.000)對(duì)的產(chǎn)流量不敏感，但降雨量(S值為2.604)和降雨歷時(shí)(S值為2.283)高度敏感，且除基準(zhǔn)值外，無法模擬到產(chǎn)流量預(yù)測值。(3)土壤反照率、細(xì)溝侵蝕值、臨界剪切力在10°農(nóng)耕地小區(qū)、10°果園地小區(qū)、15°農(nóng)耕地小區(qū)對(duì)產(chǎn)流量或產(chǎn)沙量都不敏感(S值均為0.000)；細(xì)溝間侵蝕值對(duì)四個(gè)小區(qū)的產(chǎn)流量都不敏感(S值都為0.000)；15°林地小區(qū)的土