A hillslope version of the revised Morgan,Morgan and Finney water erosion model

The revised Morgan,Morgan and Finney(rMMF)water erosion model calculates annual surface runoff and soil loss from field-sized areas.The original version of the rMMF is neither suited to calculate water erosion along irregular hillslopes,nor capable to allow infiltration of once generated surface runoff at places where the runoff speed slows down,and infiltration could occur under natural conditions.The aim of this article is to describe a new hillslope version of the rMMF model that allows infiltration of surface runoff,and to show examples of soil erosion modelling along real and hypothetical hillslopes.The new hillslope version(hMMF)splits the entire hillslope into a number of sections that have individual properties,such as slope angle,slope length,soil properties and vegetation characteristics.The surface runoff along the slope is calculated by summing the volume of surface runoff generated in a particular section with the surface runoff coming from the immediate upsiope section.The related sediment transport is calculated for each section using the calculated detachment for the section,the sediment coming from the upsiope section and the transport capacity.A new variable is introduced to account for infiltration of surface runoff and allows simulating the effects of soil and water conservation structures on water erosion.The model was tested using measured data from plots in Africa,Asia,the US and Europe,as well as for a surveyed hillslope in Tunisia(Barbara watershed).Overall,the performance of the hMMF was reasonable for surface runoff and poor for soil loss when recommended input variable values are used.Calibration of the model resulted in a good performance,which shows the capability of the hMMF model to reproduce measured surface runoff and erosion amounts.In addition,realistic water erosion patterns on hillslopes with soil and water conservation can be simulated.

中国坡面水蚀预报模型研究

基于我国坡面水蚀预报模型研究成果,考虑浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的重要影响,建立了我国坡面水蚀预报模型,给出了模型参数降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀影响因子的算法和采用数值。指出今后应加强土壤可蚀性因子、覆盖—管理因子和水土保持措施因子的研究与集成。利用自然坡面径流小区实测资料对模型进行验证,表明模型具有较高的预报精度,在有浅沟和无浅沟的坡面上,预报精度达88%以上。

坡面水蚀预报模型研究

基于对我国坡面水蚀预报模型研究成果的述评和考虑坡面土壤侵蚀特征,提出了我国坡面水蚀预报模型的基本形式,给出了模型中各参数,如降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀因子的计算公式,并对土壤可蚀性、作物和水保措施等因子的提取方法进行了讨论。

土壤水蚀过程研究回顾

在学科发展和社会需求的双重驱动下,土壤水蚀过程一直是土壤侵蚀研究领域关注的焦点和热点。文章对土壤水蚀过程研究进行系统的回顾总结,介绍了土壤水蚀过程的概念和研究方法;重点从坡面土壤分离—搬运—沉积过程、流域土壤侵蚀—输移—堆积过程和水蚀预报模型3个方面,阐述了土壤水蚀过程研究的核心内容及取得的主要成就,并对国内外土壤水蚀过程研究进行了对比分析。在此基础上,将土壤水蚀过程研究尚需解决的难点问题归纳为土壤水蚀过程与机理、水土流失尺度特征和水土保持措施防蚀机理3个方面。

国内坡面土壤侵蚀预报模型述评

坡面侵蚀预报模型的研究可加深对土壤侵蚀过程及其机理的认识,为坡面水土保持措施配置提供科学支持。我国坡面侵蚀预报模型研究大体可分为三个阶段:(1)利用主要水蚀区径流小区观测资料,基于美国通用土壤流失方程USLE(UniversalSoilLossEquation)建立坡面侵蚀预报统计模型研究;(2)结合黄土高原侵蚀特点,考虑陡坡地浅沟侵蚀,建立坡面侵蚀预报经验模型研究;(3)基于物理成因的坡面侵蚀预报模型研究。根据我国坡面侵蚀产沙的特殊性及地形的复杂性,提出建立我国坡面侵蚀预报模型应加强的研究领域,即浅沟侵蚀过程及机理、坡面薄层水流、细沟水流以及浅沟水流的水流剥离方程、坡面水沙汇集传递关系和陡坡地侵蚀过程模拟等研究。

黄土高原小流域分布式水蚀预报模型

本文基于黄土高原丘陵沟壑区小流域地形复杂、径流与侵蚀产沙具有明显垂直分带性的特点,以栅格DEM(DigitalElevationModel)为基础,提出由水文模块和侵蚀模块两部分组成的黄土高原小流域分布式水蚀预报模型。水文模块包括降雨、截留、微地形表面存储、入渗、地表径流和沟道流过程,采用运动波方程实现汇流演算;侵蚀模块考虑雨滴击溅分离、坡面薄层水流、细沟水流、浅沟水流和沟道流剥离与沉积等基本过程,运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算。应用模型对次降雨事件模拟的初步结果表明,模型对中度以上侵蚀性降雨事件的模拟精度在85%以上。

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。

水蚀预报模型研究

土壤侵蚀模型研究是土壤侵蚀学科的前沿领域和水土保持规划的有效手段。概述国外水蚀预报模型的研究进展,并详细述评了国外水蚀预报的经验模型、物理过程模型、基于地理信息系统的水蚀预报模型,细沟侵蚀模型、浅沟侵蚀模型、切沟侵蚀模型和区域侵蚀预报模型。介绍了中国在坡面预报模型和流域侵蚀产沙模型和全国水土流失宏观趋势预测的研究进展,提出了中国水蚀预报模型研究面临的挑战与任务。

我国水蚀预报模型研究的现状、挑战与任务

土壤侵蚀模型研究 ,是土壤侵蚀学科的前沿领域和水土保持规划的有效手段。述评了我国在坡面预报模型和流域侵蚀产沙模型、区域水土流失评价模型和全国水土流失宏观趋势预测的研究进展 ,提出了中国水蚀预报模型研究面临的挑战与任务 ,指出了我国水蚀预报模型近期研究重点。

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。

佳芦河流域1988—2013年土壤侵蚀时空变化特征

为了研究陕北风沙区近26年来的土壤侵蚀变化特征,利用中国坡面水蚀预报模型结合GIS和RS技术,定量估算了1988—1996,1997—2004,2005—2013年3个时段陕北佳芦河流域土壤平均侵蚀量,分析了不同植被覆盖条件下和不同土地利用类型下的土壤侵蚀时空变化特征。结果表明:(1)中国坡面水蚀预报模型适用于该地区;(2)土壤侵蚀等级和降雨侵蚀力,地貌和土地利用类型关系密切;(3)将26年划分为3个时段,第1时段1988—1996年、第2时段1997—2004年和第3时段2005—2013年。多年平均降雨侵蚀力分别为923.09,1 010.75,1 551.40MJ·mm/(hm^2·h),对应土壤侵蚀模数分别为4 513,5 855,3 556t/(km^2·a)。第1时段和第3时段总侵蚀量分别为5.10×10~6,4.02×10~6 t,相比减少了21.18%。还林还草工程后,流域内土地利用发生较大变化,耕地所占比重由53.38%减少到25.87%,草地所占比重由38.64%增加到69.64%,不同土地利用类型的水土保持效益从大到小分别是未利用土地,草地,林地和耕地。说明当还林还草工程后,佳芦河流域土壤侵蚀呈现总量减少,强度降低的趋势,表明还林还草工程取得了明显的水土保持效益。

国外水蚀预报模型述评

除对中国学者已熟悉的CSLE,RUSLE,WEPP,EROSEM,LISEM,GeoWEPP模型进行述评外,还介绍了近年来新研发的区域侵蚀预报模型(SEMMED)、细沟侵蚀预报模型(RILLGROW)、浅沟侵蚀预报模型(EGFM)以及切沟侵蚀预报模型(GULTEM,DIMGUL,STABGUL),讨论了这些水蚀预报模型在我国推广应用面临的问题。

土壤侵蚀模型研究现状与展望

土壤侵蚀已成为极为严峻的环境问题之一 ,对它进行准确的预报具有重要的实践意义。本文对国内外土壤侵蚀模型的研究现状进行了详细的回顾 ,并对我国土壤侵蚀模型研究中相对薄弱的环节进行了深入的分析。旨在借鉴国外研究经验 ,促进我国土壤侵蚀模型研究的进展。

沟灌侵蚀研究进展

从沟灌侵蚀机理的角度出发,分析了沟灌水性质、灌溉水作用方式对沟灌侵蚀影响的主要研究成果,及其与一般降雨径流侵蚀的区别;分析了国内外主要沟灌侵蚀预报模型发展的研究成果及存在的主要问题;分析了实践中沟灌侵蚀防治方法的主要研究成果。结合中国沟灌侵蚀研究的实际情况,提出了今后一定时期内在沟灌侵蚀研究方面的发展设想与研究思路。

经验水蚀预报模型的国内外研究进展

土壤侵蚀预报模型是土壤侵蚀科学研究的重点内容之一,其中,水蚀模型又是土壤侵蚀定量研究的重要方法。国内外对水蚀预报模型已开展了大量的研究,取得了显著的进展和成果,经验水蚀预报模型受到众多学者的普遍关注,推动了该模型的不断完善和发展,对于水蚀预报、水土保持和水土资源持续利用有着重要的意义。论文在梳理大量文献基础上,对国内外水蚀预报模型发展进行了对比分析,以期为经验水蚀预报模型的进一步研究和应用提供参考。

土壤分离能力测定的不确定性分析

土壤分离能力是含沙量为零时坡面径流分离土壤的最大值,是确定细沟可蚀性和土壤临界剪切力的基础,也是土壤侵蚀过程模型推广应用的前提,因此,对其准确测量非常关键。在系统分析野外坡面径流小区无法测定土壤分离能力的基础上,从室内试验水槽的类型与规格、土样采集的代表性、测试样品的长度、扰动程度、初始土壤含水量及土样冲刷时间等方面,系统讨论了它们对土壤分离能力的潜在影响与机制,探讨了土壤分离能力测定过程中的不确定性。对深刻理解土壤侵蚀过程的动力机制、选择合理的土壤分离能力测定方法与试验过程,具有重要的指导意义。

黄土丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀及其预报模型研究

在小流域内建立人工径流试验小区和自然坡面径流试验小区,观测天然降雨条件下的土壤侵蚀现象、土壤侵蚀量和小流域出口治沟骨干工程的淤积量,并对小流域土壤侵蚀进行了分类。在特别界定小流域"坡面侵蚀"、"沟道侵蚀"和沟道"重力侵蚀"词语含义的基础上,建立起坡面侵蚀模数和沟道侵蚀模数的预报模型。该侵蚀预报模型具有较高的精度,适用于年降雨量为430mm左右的黄土丘陵沟壑区。

基于可侵蚀面类型的开发建设项目水土流失预测模型

针对开发建设项目水土流失预测方法现状,在充分考虑建设项目扰动堆积体物质特殊性的前提下,引入了土壤可侵蚀面的概念,并对开发建设项目的可侵蚀面进行分类。在此基础上,应用组合数学原理,利用侵蚀产沙函数和可侵蚀面的模块组合,建立基于可侵蚀面类型的开发建设项目水土流失预测模型。该模型的最大特点就是精度高、计算方便,所用参数容易获得,所得结果符合客观实际。

坡耕地土壤酶流失规律

本文通过对淳化县泥河沟侵蚀试验小区土壤及流失泥沙中酶活性的测定，研究了坡地土壤及泥沙中酶的变化规律及其与土壤流失量的定量关系。结果表明：坡耕地土壤酶的流失随耕地坡度增大而减小，呈指数关系变化，这种变化与耕地土壤中酶活性相一致，且流失泥沙中酶除脲酶外均高于土壤中酶活性，呈现出高肥力土壤高流失，低肥力土壤低流失的基本规律。

WEPP模型在北京山区的适用性评价

土壤侵蚀是目前全球面临的环境问题之一。如何防治及准确预测水土流失已成为研究土壤侵蚀面临的巨大挑战。基于降雨事件及水文过程,WEPP模型的产生为土壤流失预测及评估提供了重要支撑。基于2001—2006年北京延庆径流小区的次降雨及25场次野外径流小区监测数据,对WEPP模型的参数进行了率定与验证,评价了该模型在北京土石山区的适用性,对北京土石山区土壤侵蚀及其预报具有重要意义。在北京山区褐土表土（0~10 cm）条件下,通过计算实测值和模拟值的最小累积误差法率定模型土壤参数,同时采用Nash-Sutcliffe效率系数（E）和决定系数（R2）对模型有效性进行验证。结果表明,当模型有效水力传导系数、临界剪切力和细沟土壤可蚀性分别为1.400 mm/h、1.000 Pa和0.010 s/m时,模型模拟效果最佳,且径流量的模拟效果（E=0.730）优于侵蚀量的模拟效果（E=0.670）。相关系数和通径系数显示,关于降雨参数对径流量和侵蚀量的影响,最大30 min雨强（I30）与其呈极显著相关,对其直接影响最大;其次是降雨量;而降雨历时与径流量和侵蚀量没有关系,对其直接影响最小。