wepp模型在降雨侵蚀预测中的应用

wepp模型在降雨侵蚀预测中的应用

紫色土壤是发育时间短的岩石土壤，占库夏水库土壤的78.7%。目前在长江流域仅有坡面流失土壤颗粒特征的研究报道,对三峡库区坡面紫色土的土壤流失机理及过程参数的获得尚无精确的报道,还没有一个较系统的泥沙径流预测预报模型。土壤侵蚀预报模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源的重要技术工具,受到重视。因此探索紫色土区土壤侵蚀的规律及预测模型研究,来控制养分流失和恢复紫色土退化旱坡地已是一个亟待解决的问题。随着计算机的发展,数字化的土壤侵蚀预测预报技术成为主要趋势,美国学者于1995年正式对外公布WEPP(WaterErosionPredictionProject)模型1试验材料和研究方法1.1域上游三大岩段试验地点位于遂宁市水土保持试验站内,该站地处四川盆地中部嘉陵江中下游丘陵区,琼江流域上游,母岩为侏罗系遂宁组岩层发育而成的紫色土。该区年平均气温为17.4℃,多年平均降雨量933.3mm,5～9月集中降雨量可占全年降雨量的72.6%。土壤结构差,持水量小,保水能力也差,pH呈中性到微碱性,有机质含量低,抗冲刷和抗蚀能力均弱。1.2紫色土侵蚀预测试验根据试验条件本试验在2000年雨季选择遂宁水保站的休闲小区进行单次降雨的紫色土侵蚀预测试验。休闲小区面积为5m×20m,土壤容重均为1.3g/cm1.3WEPPWEPP的所有输入参数主要包含在10～12个文件中1.4细沟间侵蚀WEPP模型土壤侵蚀过程包括分离、搬运和沉积。暴雨所产生的径流和泥沙从坡面上往下传送,在此过程中沿途不断有分离和沉积发生。坡面侵蚀包括细沟侵蚀和细沟间侵蚀。细沟间侵蚀被认为是雨滴打击使土粒分离,然后被片流输送到细沟,由细沟沿坡向下搬运。细沟侵蚀是径流分离力、泥沙搬运力和泥沙含量的函数。坡面部分先计算径流过程,然后沿坡面从上到下模拟泥沙的分离、搬运和沉积。坡面模拟结束后,把模拟结果存入一个文件中,储存坡面模拟结果的文件叫“传递”文件,主要存储如下信息:暴雨历时、汇流时间、径流深、径流总量、洪峰流量、总分离量、坡面上的总沉积量、各粒级的泥沙含量、各颗粒占总泥沙的比例等。2结果与讨论2.1资料来源及分布采用2000年休闲地(15°)8次降雨产流资料,其降雨产流、产沙资料分别见表1、表2。土壤参数由模型中的经验公式计算得到,单次降雨参数为实际降雨观测值,通过不同次降雨运用预测模型,分别计算径流小区的产流及产沙量,并将计算结果与实测值进行比较,验证参数取值的合理性。2.2降雨的直接效应分析根据本试验设计,运用通径分析方法分析单次降雨中降雨量、历时、平均雨强及最大雨强对模型预测结果的重要性程度(表3、表4)。结果表明:降雨量与最大雨强对侵蚀的发生及侵蚀量的大小影响大。从贡献系数矩阵可知,对于产流,降雨量的直接效应为0.7508,通过最大雨强产生的间接效应为0.2245。雨强的直接效应远小于降雨量,但其通过降雨量产生的间接效应却远大于降雨量;对于土壤侵蚀量,降雨量的直接效应略大于雨强的影响,而雨强的间接效应仍大于降雨量。这说明模型模拟侵蚀过程的发生原理为:降雨量对侵蚀量首先起作用,在其基础上雨强促进侵蚀发展。试验另对由经验公式计算得到的土壤输入参数进行了敏感性测试2.3模型参数对验证结果的影响试验结果还发现,模型参数计算中,土壤可蚀性参数及土壤有效水力传导参数对模型预测值的结果影响较大,而WEPP模型虽从概念上是基于物理过程的,但表达上并非完全基于物理过程,如沟内可蚀性参数3土壤侵蚀预测结果与实测对比分析WEPP为土壤侵蚀的预测预报提供了一种全新的技术,不仅可以预测预报产沙量、输沙量、侵蚀强度等,而且对侵蚀过程的每一个阶段都可进行模拟和预测,还可以对影响因子与侵蚀过程和水文过程的相关性进行分析和描述。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,实验结果表明WEPP模型对紫色土侵蚀过程预测合理。这对如何减轻坡耕地土壤侵蚀,减少进入三峡库区的泥沙量,延长三峡工程的运转时间,保障长江中下游河道的安全有实际指导作用,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。由表1、表2可以看出,运用预测型计算得出的坡面径流预测值接于实测值,土壤侵蚀预测结果与实值差距在一个数量级范围,模型较确地反映了实际径流发生过程及壤侵蚀量分布状况;7月4日和8月18日的侵蚀预测值都为零,从图表可看出,这两日的降雨量最小,图表显示预测值和实测值都和降雨量现出一定的相关性表明模型模拟侵蚀产生过程时的侵蚀临界点高于实际值;8月8日侵蚀预测值与实测值吻合不够好,整个试验过程中在测区范围内进行过锄草行为,锄草行为发生在7月24日,这一行为在WEPP模型的管理文件中不能够反映,对侵蚀结果的影响需进一步试验得出。通过以上对比分析可看出:WEPP模型对单次降雨的径流量预报值吻合较好,对产沙量绝对值预报不太准确,但对侵蚀趋势与过程预报基本合理,这对水土保持规划很有意义但这一