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在全球环境变化和人为活动日益增强的背景下,日益严重的土壤侵蚀使耕地面积减少,土壤质量退化,导致水体污染,引起一系列的生态和环境问题。利用基于过程的地理模型对水土流失进行分布式计算机模拟,可以用于流域的土壤侵蚀定量评价和特征分析,寻求流域最佳管理措施,对水土流失的治理和控制具有现实意义。
本研究选择江西省兴国县西北部的潋水河流域作为研究区,利用美国农业部开发的流域尺度的AnnAGNPS(Annualized Agricultural Non-Point Source)模型,设计了基于地形特征的cell 离散方案,在多种地理数据采集和参数化的基础上,对江西兴国潋水河流域1991-2005年的径流、产沙过程进行了分布式计算机模拟。
在对产水量进行径流滤波的基础上,分别对模型模拟的地表径流和产沙量进行了校正和验证。利用模型模拟结果定量分析了潋水流域的土壤侵蚀特征。研究主要得出以下结论:
1.地表径流的模拟结果多年平均相对误差为11.8%,确定性系数R2 为0.94,Ens 为0.92,月径流模拟结果的确定系数R2 为0.91;产沙量的多年模拟结果平均相对误差为19.71%,确定性系数R2 为0.77,Ens 为0.70,月产沙模拟结果确定系数R2 为0.77,表明AnnAGNPS能较好的模拟潋水流域年、月尺度的地表径流和产沙过程。地下径流模拟结果误差较大,其原因和地下径流模拟模块在潋水流域的适用性有待进一步研究检验。
2.(1)经过对模拟结果的统计分析,流域内平均片蚀和细沟蚀的侵蚀量为66.6 万t/a;汇入沟道的流失量为47.6 万t/a,占侵蚀总量的71.5%;泥沙经过河道传输过程到达流域出口的产沙量为23.5 万 t/a,河道的泥沙输移率为0.495。(2)
根据模拟结果可以看出潋水河流域的片蚀与细沟侵蚀模数为1150.29 t·km-2·a-1,属于轻度侵蚀。经过统计,流域中微度侵蚀(<500)和轻度侵蚀(500~2500)区域分别占流域总面积的46.88%和47.96%,而中度以上侵蚀约占5.15%。从流域的侵蚀强度分布图可以看出,流域内部侵蚀强度比较大的区域集中分布于人口密度比较大的居民点附近或公路沿线,说明流域内部的水土流失与人类活动有很大关系。此外轻度侵蚀的区域则主要是分布在地形坡度较大的山岭区。(3)流域年内平均各月的产沙量与地表径流量密切相关,并呈典型的单峰值分布,5-8月份是产沙量和地表径流量最高的几个月,分别占年总量的62.9%和71.6%。