分布式侵蚀产沙模型研究进展

随着计算机技术与地理信息系统(GIS)技术的发展,分布式侵蚀产沙模型成为当今土壤侵蚀领域研究重点与发展方向。本文在分析国内外几个主要的分布式侵蚀产沙模型基础上,探讨了分布式侵蚀产沙模型的技术路线与技术实现,最后指出目前我国分布式侵蚀产沙模型研究存在的主要问题:(1)分布式水文模型的深入研究为分布式侵蚀产沙模型提供了不少借鉴,但如何在分布式水文模型的基础上开发侵蚀模块还存在一些问题;(2)目前国内分布式土壤侵蚀模型大都基于黄土高原而得出,模型有一定的局限性;(3)当前的大多侵蚀产沙的关系式(尤其是坡面侵蚀关系式)是经验型的,汇沙的过程考虑得过于简单,没有深入探讨水文与土壤侵蚀之间的关系;(4)目前大多数分布式土壤侵蚀模型没有考虑次暴雨产流的时间变化与空间变化。

分布式侵蚀预报模型中网格面积的选定——以黄土高原丘陵沟壑区为例

在分布式土壤侵蚀过程模型中 ,承载数据以及进行运算的最小单元 ,即基本地块的选取是非常关键的 ,它直接关系到模型的模拟精度和运算数据量。目前大多数分布式模型都采用平均布设矩形网格的方法 ,这种方法在基本网格的大小选取上存在着盲目性和不统一性。本文以黄土高原丘陵沟壑区为例 ,利用GIS和SPSS分析了黄土高原丘陵沟壑区属性均一的基本地块在面积上的统计规律 ,给出了基本地块选取的合理依据 。

四川紫色土地区鹤鸣观小流域分布式侵蚀产沙模型

从四川省南部县鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟为研究区,构建了适合紫色土地区小流域分布式侵蚀产沙模型。该模型以20m×20m栅格为空间步长,以10min为时间步长,定量分析鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟水土流失程度,模拟了各时段每个栅格次降雨侵蚀产沙过程,计算了每个栅格次降雨径流量、侵蚀量与沉积量,并且运用递归算法计算出整个流域次降雨侵蚀产沙量,模型能够评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响。在鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟进行了模型的检验,模拟过程与实测结果符合较好。

基于GIS的分布式侵蚀产沙模型及其空间尺度转换研究进展

地理信息系统(GIS)与模型的结合是分布式侵蚀产沙模型的发展方向,而模型的空间尺度转换是其研究的重要方面。对国内外基于GIS的分布式侵蚀产沙模型及其空间尺度转换研究进行了全面综述,结合中国的实际研究情况,总结了目前研究存在的主要问题,最后提出了今后一定时期内中国基于GIS的分布式侵蚀产沙模型及其空间尺度转换研究的发展方向。

黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型研究

以侵蚀动力学、地貌学、水文学、泥沙运动力学的理论为基础,以黄河多沙粗沙区岔巴沟流域为研究区域,以地理信息系统为平台,构建了黄河多沙粗沙区小流域分布式土壤流失数学模型,可用于计算小流域梁峁坡、沟坡和沟槽三部分的土壤流失量,并达到了产汇流模型与产输沙模型的紧密耦合;提出了当量糙率系数的概念,初步解决了定量表达水土保持工程对产汇流的影响,使模型具备了预测评价不同水土保持治理方案效益的功能;利用3S技术实现了土壤流失预测模拟信息系统的自动提取。通过对岔巴沟流域和杏子河流域土壤流失实测资料的验证表明,本模型能基本正确反映黄河多沙粗沙区流域土壤流失规律。

黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型支持系统

利用3S技术,以黄河多沙粗沙区小流域分布式土壤流失数学模型为服务对象,建立模型支持系统。所建支持系统具有数据管理灵活高效、系统适用面广、易于扩充,以及可以实现各类数据实时生成的优点;达到了流域地形和水沙演进数据的自动提取;提出了虚拟现实环境参照下分类模板定义的方法,提高了遥感影像的分类精度,有效地解决了辨别"同物异谱、异物同谱"现象的问题;实现了GIS功能与专业模型的紧密耦合,两者之间的信息可以进行双向交换和修改。

岷江镇江关流域分布式水文及泥沙侵蚀模型研究

基于空间地理信息系统的流域分布式水文泥沙模型为研究流域产流产沙及在河道中的汇流、输移过程提供了科学有效的手段。针对岷江上游镇江关流域土壤易受降雨侵蚀的问题,采用水沙耦合的流域分布式水文综合模型,对该流域1990年后典型年的径流及泥沙侵蚀输移过程进行了数值模拟,并结合镇江关水文站的实测资料对模型进行了验证,计算成果令人满意。分析表明,近年来岷江上游地区的年径流和输沙量均呈现出下降的趋势,且后者下降速率更快,说明泥沙侵蚀输移与径流相比对流域环境变化的反应更为敏感,今后水土保持工作应注重坡面治理。

鹤鸣观小流域不同土地利用方式的产流产沙特征

针对日益加剧的四川紫色土地区水土流失情况,本文选取四川省南部县鹤鸣观小流域为研究区,分析了流域不同土地利用方式(荒地、灌木林、坡耕地、梯地、林地等)的产流产沙特征及其与降雨的关系以及减水减沙效益。结果表明,该流域不同土地利用方式的次降雨产流产沙特征差异显著,在各类土地利用方式中,荒地的径流系数最大,林地最小,坡耕地的侵蚀模数最大,林地最小;其径流系数与侵蚀模数与次降雨量、降雨强度有一定的相关性;水保措施起到了较好的减水减沙效果,其中林草措施减水减沙效益最好,坡改梯次之,但坡改梯能提高农业产量,经济效益较好。因此,在四川紫色土地区,宜采用生物林草措施与坡改梯相结合的水土保持措施,在坡度较陡的地方退耕还林,在缓坡地带坡改梯。本文为紫色土地区水土流失特征的研究以及水土保持措施的选定提供了一定的依据,为进一步构建小流域分布式侵蚀产沙模型奠定了基础。

四川省紫色土地区小流域次降雨泥沙输移比探讨

选取四川省南部县鹤鸣观小流域与李子口小流域为研究区,在分布式侵蚀产沙模型侵蚀量计算值的基础上,探讨了小流域次降雨泥沙输移比。结果表明,在这两个流域,影响次降雨泥沙输移比的主要因素不同。在鹤鸣观小流域降雨量与径流深是影响泥沙输移比的主要因素,而在李子口流域,其主要因素为径流深与降雨强度。主要原因是鹤鸣观小流域的面积远小于李子口流域的面积,并且次降雨泥沙输移比随着流域面积增加而输移比逐渐减小。通过分析鹤鸣观小流域与李子口小流域次降雨泥沙输移比与降雨量、前期含水量、径流系数的关系得到了两个流域次降雨泥沙输移比公式。