基于WaTEM/SEDEM模型的洮河源区土壤侵蚀产沙模拟及其空间驱动力分析

[目的]全面认识长时间尺度的土壤侵蚀时空变化及其影响因素对土壤侵蚀治理具有重要意义。探究流域1998-2018年土壤侵蚀和产沙时空变化特征及其空间驱动力因子,为洮河源区流域的水土治理提供科学理论依据。[方法]以洮河源区流域为研究区,基于碌曲站实测输沙数据以及植被NDVI数据,通过WaTEM/SEDEM模型结合重心模型分析流域侵蚀产沙时空变化特征,进一步采用地理探测器方法探究其空间驱动力因子。[结果]洮河源区的土壤产沙模数由1998年的33.81 t/(hm^(2)·a)增加至2018年的48.59 t/(hm^(2)·a);土壤侵蚀强度主要以微度侵蚀为主,其次是极强侵蚀和轻度侵蚀,剧烈、强烈和中度侵蚀占比最小。侵蚀较强区域分布在高山地带;侵蚀较微弱的区域分布在中部的河谷地区和海拔较低的区域。流域内地形等级和植被覆盖度对土壤侵蚀影响最大,q值分别为0.359,0.183,流域侵蚀模数随地形位等级增大而增大,随植被覆盖度的增大而减少。1998-2003年和2008-2013年这两个时段,土壤侵蚀重心向东南方向移动,2003-2008年侵蚀重心向西北方向移动,而2013-2018年则向北方移动。[结论] 1998-2018年洮河源区流域的侵蚀整体呈现恶化趋势,其空间驱动力主要为地形位指数和植被覆盖度因子,研究结果表明未来应大力发展退牧还草项目,积极进行生态植被建设。

基于WaTEM/SEDEM模型的双枫潭流域侵蚀产沙模拟

采用WaTEM/SEDEM模型,以湖南省3个流域为研究对象,利用莲花堰和石门坎水文站水沙数据对模型进行校正和验证,并将验证后的模型模拟双枫潭流域的侵蚀产沙,模拟结果表明：双枫潭流域年均产沙模数为631 t/km2;受地形和土地利用的影响,流域侵蚀模数在0～10°坡度范围内总体呈现沉积,而在大于10°的坡面上侵蚀强度随坡度增加而增加.流域内旱地土壤侵蚀强度为3 345 t/（km2·a）;草地侵蚀速率为430 t/（km2· a）;林地和灌木林用地总体上表现为沉积,其沉积速率分别为110和83 t/（km2·a）.将以上模拟结果与其他相关研究比较,证实WaTEM/SEDEM模型在模拟流域侵蚀产沙方面有很好的应用前景,利用该模型可为流域水土保持措施实施提供科学依据.

基于水库沉积物特征及WaTEM/SEDEM模型的贵州喀斯特小流域土壤侵蚀时空变化

全面认识长时间尺度的贵州喀斯特地区土壤侵蚀时空变化对土壤侵蚀治理具有重要意义。以贵州松官流域为研究对象,使用土壤侵蚀分布式模型WaTEM/SEDEM分6个阶段模拟了过去1986—2015年的土壤侵蚀变化,并将其与松官水库沉积物揭示的侵蚀强度进行了对比。结果表明:利用WaTEM/SEDEM模型模拟得到的产沙量与实测值相近,显示模型在喀斯特地区具有较好的适用性;过去30年间松官流域土壤平均侵蚀模数为21.33t/(hm2·a),侵蚀强度经历了先加剧后减缓的过程,最强烈的侵蚀出现在1996—2000年;流域南部的耕地地区是松官流域土壤侵蚀的主要来源,占土壤侵蚀总量的85.09%,而流域北部的林草地侵蚀较弱;模型结果与沉积物记录具有较好的一致性,皆反映出土地利用相较降雨对土壤侵蚀影响更大,未来对喀斯特地区的水土保持更应关注土地利用的变化。

基于WaTEM/SEDEM模型的沂河流域土壤侵蚀产沙模拟

基于WaTEM/SEDEM模型,结合临沂水文站和角沂水文站的输沙数据对模型进行校正和验证,分析模拟1975—2015年沂河流域侵蚀产沙的时空变化特征,并进一步研究降水、地形位和土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:①沂河流域输沙能力系数Ktc-low和Ktc-high在40 m和150 m组合下效果最优,模型在沂河流域具有较好的适用性。②1975—2015年,沂河流域主要以侵蚀为主,微度侵蚀所占面积最大,其次是剧烈侵蚀,沉积主要分布在河谷处;流域侵蚀强度呈现先增加后减少的趋势,侵蚀模数由1975年的30.92 t·hm^(-2)·a^(-1)增加至1995年的49.32 t·hm^(-2)·a^(-1)再下降至2015年的29.60 t·hm^(-2)·a^(-1);各县(区)平均侵蚀模数为沂水县>费县>沂南县>沂源县>蒙阴县>平邑县>兰山区。③沂河流域土壤侵蚀产沙强度的变化是降水、地形、土地利用等综合作用的结果。1975—2015年,流域降雨侵蚀力呈现先降低后升高又降低的变化趋势,各县(区)平均降雨侵蚀力为费县>兰山区>沂南县>蒙阴县>平邑县>沂水县>沂源县,降雨侵蚀力时空变化与流域侵蚀产沙强度时空变化并不完全一致;地形位等级空间分布与流域侵蚀产沙强度空间分布基本一致,侵蚀产沙的优势地形位区间是4~6级,即高程75~428 m,坡度5°~39°;耕地和林地的转化是土壤侵蚀强度转化最主要的原因,林地转化为耕地使侵蚀强度面积升高3389.97 hm^(2)·a^(-1),耕地转林地则使侵蚀强度面积降低2216.65 hm^(2)·a^(-1),草地与其他土地利用类型的转化对流域侵蚀强度影响较小。该研究可为区域土地利用方式调整和水土流失调控提供参考。

三峡库区喀斯特洼地小流域产沙强度WaTEM/SEDEM模拟——以巫山县常家洼洼地流域为例

三峡库区喀斯特广布,人类扰动强烈,石漠化问题日趋凸显,获取可靠的小流域产沙数据是认识石漠化过程的基本依据。以WaTEM/SEDEM模型模拟三峡库区典型喀斯特洼地流域即常家洼小流域的产沙强度,以^(137)Cs进行洼地沉积物定年得到流域产沙模数,用以模型参数校正,并用已报道喀斯特流域侵蚀产沙数据验证。结果表明:1963—2017年常家洼洼地流域产沙模数为122.91 t/(km^(2)·a);泥沙输移系数KTc最佳组合为18和7,此时有效系数c_(NS)达到峰值0.79;流域产沙模数和产沙量的模拟结果与实测值相关系数较高,分别为0.93和0.94,WaTEM/SEDEM模型模拟数据较为可靠。因此核示踪定年技术与WaTEM/SEDEM模型相结合获取峰丛洼地小流域侵蚀产沙强度,在缺乏监测数据的喀斯特地区有一定借鉴意义,未来对该地区的水土保持研究可选用WaTEM/SEDEM模型作为评估土壤侵蚀情况的有效工具。

WATEM/SEDEM框架下的土壤保持效益传输研究

土壤侵蚀是陆地生态系统中广泛存在的地表过程,具有当地和异地两方面的生态环境和社会经济影响。土壤保持为人类社会提供防止土壤肥力下降和减少库塘淤积等效益。当前对异地土壤保持效益的计算大多基于当地土壤保持量、采用单一的泥沙输移比,忽视了泥沙输移比的尺度效应及其与流域特征和降雨等因素的时空变异相关的事实,缺乏对土壤保持效益空间传输的定量和显式表达。本文基于WATEM/SEDEM模型框架,通过流域侵蚀产沙和泥沙传输模拟,建立了评估当地和异地土壤保持效益的方法,量化了碾庄沟流域不同土地利用类型区土壤保持效益的输入和输出及其空间格局。该方法能识别土壤保持效益净供给区和净受益区,可建立起供给区和受益区之间定量化、空间直观的土壤保持效益传输联系,可为实施空间位置明确的生态补偿决策服务。