Annual Runoff and Sediment in Duhok Reservoir Watershed Using SWAT and WEPP Models

Estimation of runoff volume and sediment load is the main problem that affects the performance of dams due to the reduction in the storage capacity of their reservoirs and their effect on dam efficiency and operation schedule. The simulation models can be considered for this purpose if the continuous field measurements are not available. Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and Water Erosion Prediction Project (WEPP) models were applied to estimate the annual runoff volume and sediment load for Duhok Dam Reservoir in north of Duhok/Iraq for the period 1988-2011. The estimated annual runoff volume varied from 2.3 to 34.7 MCM for considered period. Those values were affected by rainfall depth, intensity and runoff coefficient. The resultant annual runoff coefficient for the studied area ranged from 0.05 to 0.35 (average was 0.18) causing an average runoff volume of about 14 MCM. The results of sediment routing indicated that the values of sediment yields varied from 50 to 1400 t/km2/year depending on sub basin properties. The average annual sediment load from the whole watershed is about 120 × 103 ton. The estimated total sediment arrived to Duhok Reservoir for the considered period 1988-2011 was about 2.9 × 106 ton. The results indicate that both models gave reasonable results in comparison with measured values. Based on statistical criteria, the results of both models are close to gather.

基于WEPP模型的工程建设中施工便道边坡水土流失特征——以林芝市巴宜区为例

工程建设中施工便道导致的水土流失与传统土壤侵蚀不同,施工便道改变原自然坡面形态及水文过程,致使植被破坏、地表裸露,并形成路面、挖填边坡等多个侵蚀产沙部位,结构松散的路堑及边坡对降雨的响应更强、速度更快,土质低等级道路所引起的土壤侵蚀问题占比很大,因此研究可为工程扰动中施工便道的水土流失防治提供基础依据。以林芝市巴宜区为研究对象,采用WEPP模型对工程扰动下不同降雨条件、不同坡度坡长情况下施工便道边坡径流量、土壤流失量进行模拟分析,揭示施工便道边坡水土流失特征规律和关键影响因素。结果表明:(1)开始产生径流的60 min最大雨强(I_(60))为11.16 mm/h,降雨量为12.40 mm;I_(60)处于10~17 mm/h范围内径流量低于0.50 mm,土壤流失量低于0.010 kg/m^(2),当I_(60)超过17 mm/h后,I_(60)与径流量、土壤流失量具有线性关系。(2)径流量随坡度增加呈“快速增加—增速减慢—逐渐减小”3个阶段,坡度在5°以下时产生最低径流量56.98~58.00 mm,坡度在30°~35°时产生最高径流量76.19~77.01 mm;土壤流失量随坡度增加呈“先快速增加—后趋于稳定”2个阶段,坡度在5°以下边坡土壤流失量最小,坡度在50°后趋于稳定。(3)靠山边坡径流量随坡长增加而降低,不靠山边坡径流量则随坡长变化保持稳定,坡长在50 m后靠山边坡径流量低于不靠山边坡,且差异随坡长的增加而增大;靠山边坡土壤流失量随坡长的增加呈“先快速增加—后增速减小”趋势,不靠山边坡土壤流失量随坡长的增加基本保持匀速增加。研究结果用于高寒区工程扰动后边坡水土流失驱动机制分析。

WEPP模型在紫色土坡面侵蚀预测中的应用研究

WEPP模型是一种基于侵蚀过程的计算机土壤侵蚀预测模型。本文通过对遂宁市紫色土产流、产沙侵蚀的观测,运用WEPP模型进行单次降雨侵蚀预测,并与实测值进行比较。通过分析比较结果,认为WEPP模型对紫色土侵蚀过程预测合理,为进一步研究WEPP模型对紫色土多年侵蚀预测提供参数参考。

水蚀模型USLE与WEPP在紫色土水蚀预测中的应用对比研究

该文分别确定了USLE与WEPP模型的参数指标,通过实测遂宁组紫色土的单次降雨产沙量,对降雨产沙实测值与模型预测值进行比较分析,结果表明:在20°休闲小区模拟预测WEPP模型预测效果多数情况下优于USLE模型;通过多因子贡献分析发现,降雨量因子对产沙量的影响最大,其对休闲区和布设措施小区产沙量的贡献率分别达到了48.0%和64.1%。根据统计学中累积贡献率大于80%确定公共因子的原则,确定降雨量与降雨历时为遂宁组紫色土地区侵蚀产沙量的公共因子。

基于WEPP的黄土丘陵区不同坡长条件下坡面土壤侵蚀预测

为了更全面地评价WEPP模型在我国的适用性,该文通过建立模型数据库,利用WEPP分别模拟了坡长为10、20、30和40 m的径流量和土壤侵蚀量,并用实测径流和侵蚀资料进行对比分析。结果表明,在10、20、30和40 m 4个坡长条件下,WEPP模型对降雨、每年和多年平均径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性(ME)分别为0.915、0.879和-0.056,对单场降雨、每年和多年平均土壤侵蚀量模拟的ME分别为0.853、0.758和-0.456,多年平均的ME为负值可能是由小样本计算造成的。WEPP模型对单场降雨和每年径流量和侵蚀量模拟效果较好。尽管WEPP模型对多年平均径流量和土壤侵蚀量模拟效果较差,但模型模拟的多年径流量和土壤侵蚀量与实测值的多年径流量和土壤侵蚀量的最大相对误差分别为7.90%和29.20%,表明WEPP模型对多年径流量和侵蚀量的模拟可满足要求。径流量模拟值随坡长增加的变化和实测值相比不够敏感;而土壤侵蚀量模拟值随坡长增加的变化和实测值相比过于敏感。

坡面版WEPP模型在川中丘陵区的应用研究

利用WEPP模型对川中丘陵区盐亭站5个径流小区土壤侵蚀量的预测和土壤侵蚀空间分布的模拟发现:WEPP模型对次降雨土壤侵蚀的预测,相对误差在30%以内的占总样本86%以上;对年降雨土壤侵蚀预测的误差较稳定,且相对误差均在15%以内。说明WEPP模型对长时间尺度的土壤侵蚀预测更准确。WEPP模型对土壤侵蚀空间分布的预测,通过坡面侵蚀曲线可以明显分出侵蚀发育区、加速侵蚀区和主要侵蚀区;降雨量和平均雨强越大,加速侵蚀区越短,侵蚀量越大;坡长越长,加速侵蚀区越长,侵蚀量越大,最大侵蚀量也越大。

川中丘陵区坡耕地侵蚀空间分布的WEPP模型和^(137)Cs法研究

当前核素示踪技术和侵蚀产沙模型联合应用于侵蚀空间分异规律研究甚少且主要集中在流域尺度上。本研究利用WEPP模型和137Cs核素示踪技术估算了川中丘陵区简阳县贾家村附近两块坡耕地的侵蚀速率,进而对两种方法估算的侵蚀速率在坡面上的空间分布规律进行了分析。研究表明用137Cs核素示踪法测算的两块坡耕地的侵蚀速率随坡长增加而呈波动变化特征,用WEPP模型估算的坡耕地和坡耕地的土壤侵蚀速率随坡长增加而增大。坡耕地I顶部极高的137Cs计算的侵蚀速率和极低的WEPP模型计算的侵蚀速率表明人工刨地耕作逐渐把该坡耕地顶部的耕作土迁移至下部并将坡顶变成该坡耕地内最贫瘠的部分。用WEPP模型模拟的侵蚀速率与用137Cs计算的侵蚀速率在量上和空间分布上都有较大的不同,这说明在川中丘陵区用WEPP模型来估算传统耕作方式下坡耕地的侵蚀速率存在一定的局限性。

WEPP模型(坡面版)在贵州石漠化地区土壤侵蚀模拟的适用性评价

文章以贵州花江喀斯特石漠化地区为研究区域,利用WEPP模型(坡面版)分别模拟2006年、2010年土壤侵蚀模数,并将实测数据与WEPP模型模拟值作比较,探讨WEPP软件在喀斯特石漠化地区的适用性。研究表明:WEPP模型对于模拟喀斯特石漠化地区土壤侵蚀有较大误差,对土壤侵蚀模数模拟的有效性系数均为负值,不适用于直接计算该区域土壤侵蚀模数。WEPP模型对微度侵蚀模拟精度不够,但能大体反映不同径流小区之间土壤侵蚀强弱的关系和生态修复过程土壤侵蚀的变化趋势。若要应用WEPP模型对喀斯特地区土壤侵蚀模数模拟计算,必须考虑水土的地下漏失、地表裸岩率、地形高度破碎等环境条件。裸岩率、土壤漏失、地形条件等都是WEPP模型修正所必须注意的内容。

基于WEPP模型的紫色土坡面水蚀预报

应用水蚀预报项目(Water Erosion Prediction Project,WEPP)模型评价紫色土坡面水蚀强度,提出模型参数的估算方法,并利用四川省遂宁水土保持试验站长期径流小区观测资料,验证和检验模型预测的精度和敏感性;探讨该模型在川中丘陵紫色土地区应用的可能性及模型参数选择存在的问题。运用WEPP模型进行降雨侵蚀预测,并与实测值进行比较。结果表明,WEPP模型在大多数情况下预报值较合理,低坡度坡面上模拟预测值高于实际观测值,高坡度坡面上模拟预测值低于实际观测值,不仅在一定程度上模拟值与实测值接近,而且模型还可估算土壤侵蚀的时空分布及全坡面或坡面任意一点的净土壤流失量及随时间的变化。这对布置水土保持管理措施具有重要意义。

基于WEPP模型的土地整理对长期土壤侵蚀的影响

针对典型丘陵区土地整理项目,利用坡面土壤侵蚀WEPP机理模型,模拟不同坡地梯田改造后土壤流失量和产沙量的长期变化,及土地利用和耕作措施的影响。结果表明,随着坡度增加,坡地的梯田整理对于减少土壤流失量的作用减弱,但对于减少总产沙量作用增加。土地利用方式影响土壤流失量和产沙量,由高到低为常规耕作的农田、草地和灌丛。对于耕作措施来说,小麦玉米轮作条件下,免耕措施与传统的耕作措施相比,可以明显降低土壤流失量和产沙量。土壤流失量受降雨的影响制约,休闲地日降雨量超过12mm时产生土壤流失,而农田日降雨量超过20mm时才产生土壤流失,降雨量越大,梯田减少土壤流失的效应越明显。长期模拟结果表明,土壤流失的年际变化受降雨量变化主导,土壤流失量变化趋势与降雨量变化一致。

WEPP模型中细沟可蚀性参数估计方法误差的理论分析

细沟土壤侵蚀在坡面土壤侵蚀占有重要地位。土壤可蚀性参数是WEPP模型中计算预报/计算细沟土壤侵蚀中极其重要的参数。WEPP模型现在采用的可蚀性参数是用长的细沟/径流小区试验以细沟侵蚀产沙估计得到的最大可能剥蚀率为基础获得的。该文分析了细沟侵蚀产沙随沟长的变化关系,分析了可蚀性参数估计误差的来源。从理论上推导出了计算现有WEPP可蚀性参数估计误差的计算方法。理论分析表明,对于限定性细沟,可蚀性参数的估计误差主要来源于细沟最大可能剥蚀率的估计值。最大可能剥蚀率的理想估计值是水流载沙量与细沟长度的函数关系在细沟长度为0时的导数,而不是全沟长的平均剥蚀率。理论计算表明,已有方法估计得到的WEPP模型可蚀性参数,其误差可以高达90%以上,最低也在50%以上。从而,估计WEPP可蚀性参数的方法和可蚀性参数需要加以重新考虑。提出了减少误差方法的建议。

WEPP水蚀预报流域模型

ＷＥＰＰ是“新一代水蚀预报技术”开发的计算机土壤侵蚀预报模型，可用于水土保持规划、环境规划及评价。ＷＥＰＰ是以随机天气生成模型、入渗理论、水文学、土壤物理、作物科学、水力学和侵蚀力学为基础开发的，它在坡面的应用及流域版的基本功能使它比现有侵蚀预报模型有明显优越性，主要包括：（１）估算土壤侵蚀时空分布即全坡面或坡面任一点的净土壤流失量及其随时间的变化。（２）ＷＥＰＰ模型是过程模型，可应用于更广泛的条件下。主要介绍了ＷＥＰＰ模型流域版的基本概况和用美国６个不同地方１５个小流域实测资料的检验结果。

基于WEPP模型进行坡度因子与侵蚀量关系研究

地面坡度是地形因素中对坡面土壤侵蚀的演变发展过程与侵蚀强度起重要作用的因子.本文以内蒙古准格尔旗皇甫川坡面径流小区的实测资料为基础,分析坡度因子与土壤侵蚀量的关系,并运用WEPP模型进行模拟,对其结果进行分析.结果表明在一定的坡度范围内,随着坡度的增加,土壤侵蚀量与坡度呈幂函数递增关系.用WEPP模型来模拟皇甫川流域坡面与侵蚀量的关系是可行的,根据试验观测及WEPP模型模拟得到结果,皇甫川地区的土壤侵蚀率在坡度是18～23o时最大,原因主要有坡度的陡缓决定了水力阻力的大小和坡面承雨面积的改变等.

WEPP模型中的CLIGEN与BPCDG应用对比研究

通过对遂宁组紫色土产流、产沙侵蚀的观测,运用迄今为止最为复杂的土壤侵蚀预测模型WEPP模型进行单次降雨侵蚀预测,与实测值比较,并对比通过气候生成器CLIGEN和断点生成器BPCDG的产生的气候参数对预测值的影响。通过分析比较结果,认为WEPP模型对遂宁组紫色土侵蚀过程预测合理,而且利用断点生成器BPCDG的预测结果要优于气候生成器CLIGEN的预测结果。

基于WEPP模型的砖红壤区坡耕地水平梯田优化设计

通过WEPP模型模拟了水平梯田多种设计方案的土壤流失量,结果表明：梯田建设后土壤流失量降低了88.5%~92.1%,说明水平梯田具有很好的水土保持效果。分析了坡度和田坎高对于土壤流失量、土方量和可耕地面积的影响,结果表明：坡度与土壤流失量呈显著正相关,与土方量和可耕地面积呈显著负相关。田坎高与土方量和可耕地面积呈正相关,土壤流失量随田坎高的增加呈先减小后增大的变化趋势。不同坡度最小土壤流失量所对应的田坎高不同,5°,10°,15°,20°,25°分别对应田坎高1.5,2.5,2.0,2.0,2.0 m。WEPP模型可以作为梯田断面参数优化设计的工具。

砖红壤区WEPP模型土壤参数的率定

通过砖红壤坡面室内模拟降雨试验测得径流产沙资料,由径流产沙资料率定土壤参数有效水力传导率、细沟可蚀性参数和土壤临界剪切力。结果表明,有效水力传导率值为16.7 mm/h,细沟可蚀性参数为0.005 s/m,土壤剪切力为4.0 Pa。根据Nash-Sutcliffe有效性进行有效性检验,结果表明砖红壤区土壤参数的率定结果合理,可应用率定的土壤参数进行砖红壤区WEPP模型的模拟。

WEPP模型概述

WEPP模型是USDA为了克服USLE的缺点而推出的以替代USLE的新一代水蚀预测模型。对WEPP模型的基础理论、特点、结构、功能模块等方面进行了详细介绍,其中功能模块包括天气随机生成模块、冬季过程模块、灌溉模块、水文过程模块、土壤模块、植物生长模块、残留物分解模块、地表径流模块、侵蚀模块。

基于WEPP模型的多级梯田暴雨侵蚀模拟初步研究

针对2013年6—9月份安塞县马家沟多级梯田遭受暴雨侵蚀严重等问题,运用新一代水蚀预报模型WEPP模型对马家沟多级梯田在暴雨条件下的侵蚀情况进行模拟,并将WEPP模型模拟的结果与实测资料进行了对比。结果表明:WEPP模型能够较好地模拟黄土丘陵区多级梯田在暴雨条件下的径流量以及土壤侵蚀量,随着梯田级数的增加,WEPP模型对径流量与侵蚀量的模拟精度逐渐降低。由于受该区地下水的影响,模拟径流量总体小于采用径流系数法算得的径流量,由于梯田田埂的防蚀作用,模拟土壤侵蚀量总体大于实测侵蚀量。研究为黄土丘陵区梯田防蚀以及梯田修筑提供科学依据及有效方法,为黄土丘陵区多级梯田的暴雨侵蚀预测提供了合理化建议。

WEPP模型的最新研究进展

WEPP(Water Soil Loss Equation)作为新一代水蚀预报模型,是指导水土保持措施优化配置、水土资源保护与持续利用的有效工具。近年来,遥感和GIS技术为WEPP快速获取所需资料、处理数据、图像编辑和输出等提供可靠的技术支撑;同时,区域化、尺度概念的引入,为WEPP应用于大尺度提供技术保障。为借鉴WEPP模型的优点,促进我国水蚀预报模型的发展,对WEPP模型的最新发展进行了详尽的介绍,并对WEPP应用到我国时可能存在的问题进行了初步分析。