黄土丘陵沟壑区小流域土地利用与侵蚀产沙关系研究

论文摘要

应用美国农业部开发的新一代水蚀预报模型WEPP（Water Erosion Prediction Project）,基于遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术,对黄土丘陵沟壑区西黑岱流域的侵蚀产沙进行模拟研究,同时,针对西黑岱流域土地利用的特点,研究区域土地利用与侵蚀产沙之间的关系。基于西黑岱流域22年的气象资料,结合流域的DEM图、土地利用图和土壤类型图,应用WEPP模型对西黑岱流域的侵蚀产沙过程进行了模拟。采用常用的人工率定法率定了模型的重要参数,模型在模拟流域土壤侵蚀量时,模拟值误差均在15%以内,模拟值与实测值之间相关系数为0.998,且水平显著,纳什模型效率为0.952,说明其在西黑岱流域的适用性较好。WEPP模型可以模拟不同降水条件的侵蚀产沙情况,本论文结合西黑岱流域1988-2009年22年的气象资料分别模拟了西黑岱沟3个典型小流域付三背沟、满连沟和杨家沟平水年、枯水年和丰水年的侵蚀产沙,以分析降水对侵蚀产沙变化的影响。结果表明,对于每个流域枯水年侵蚀模数均最大,平水年次之,丰水年最小,产生这一现象的原因可能与年降水过程有关。为研究不同土地利用下的侵蚀产沙状况,设计了三种土地利用情景:全林,覆盖度50%;全草,覆盖度50%;全坡耕地。运用WEPP模型分别对这三种情景不同降水水平年的侵蚀产沙状况进行模拟。结果表明:在不同降水水平年条件下,全林地和草地的侵蚀产沙模数较低,大部分低于区域可容许土壤侵蚀量1000t/（km2·a）,水土保持效果较好,林地同草地相比,水土保持效果更好;坡耕地侵蚀产沙模数较高,且超过区域可容许土壤侵蚀量。根据研究区土地利用格局现状和情景模拟结果进行了不同降水水平年条件下土地利用格局优化,结果表明,在满足土壤侵蚀模数低于容许土壤侵蚀量的条件下,在平水年,土地利用优化措施为:坡耕地退耕还草,林地不变,草地的覆盖度提高到50%;在枯水年,土地利用优化措施为:坡耕地退耕还草,将林地的覆盖度提高到50%,草地的覆盖度提高到80%,同时采取一定的措施改善林地和草地地表现状;在丰水年,土地利用优化措施为:坡耕地退耕还草,林地不变,草地的覆盖度提高到25%。通过调整林地和草地内部结构,坡耕地退耕还草,降低了侵蚀产沙强度,侵蚀模数也降到该地区可容许土壤侵蚀量以下。该研究结果可为研究区土地利用优化提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 土地利用与土壤侵蚀的关系研究概况
• 1.2.2 WEPP 模型发展概况
• 1.3 存在的主要问题和发展趋势
• 1.3.1 存在的主要问题
• 1.3.2 发展趋势
• 2 研究区概况
• 2.1 自然概况
• 2.1.1 研究区地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 气候
• 2.1.4 土壤
• 2.1.5 植被
• 2.1.6 水土流失
• 2.2 社会经济概况
• 2.3 土地利用概况
• 3 研究内容、方法和技术路线
• 3.1 研究内容
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 流域各类资料收集与整理
• 3.2.2 流域土地利用特点分析
• 3.2.3 RS、GIS 的研究方法及软件的应用
• 3.2.4 WEPP 模型的参数率定
• 3.2.5 情景模拟
• 3.3 技术路线
• 4 流域属性数据库的构建
• 4.1 流域地形属性数据库
• 4.1.1 地图投影变换
• 4.1.2 DEM 的生成
• 4.2 流域土地利用属性数据库
• 4.3 流域土壤属性数据库
• 4.4 流域气象特征属性数据库
• 5 流域土地利用结构研究
• 5.1 土地利用的数量结构
• 5.2 土地利用的空间结构
• 5.3 淤地对土地利用的影响
• 5.4 小结
• 6 WEPP 模型在流域土壤侵蚀预测中的应用
• 6.1 WEPP 模型简介
• 6.1.1 WEPP 模型的结构
• 6.1.2 WEPP 模型的功能模块
• 6.1.3 WEPP 模型坡面侵蚀原理
• 6.2 GEOWEPP 模型结构
• 6.3 GEOWEPP 数据输入及参数确定
• 6.3.1 地理信息数据的输入
• 6.3.2 气候参数
• 6.3.3 土壤参数
• 6.3.4 植被参数
• 6.4 WEPP 模型参数率定
• 6.4.1 WEPP 模型参数率定方法
• 6.4.2 WEPP 模型参数率定验证
• 6.5 小结
• 7 基于WEPP 模型的流域土地利用与侵蚀产沙关系模拟
• 7.1 GEOWEPP 对典型流域侵蚀产沙模拟
• 7.1.1 付三背沟流域侵蚀产沙模拟
• 7.1.2 满连沟流域侵蚀产沙模拟
• 7.1.3 杨家沟流域侵蚀产沙模拟
• 7.2 不同水文条件下流域侵蚀产沙变化
• 7.2.1 平水年流域侵蚀产沙
• 7.2.2 枯水年流域侵蚀产沙
• 7.2.3 丰水年流域侵蚀产沙
• 7.2.4 不同降水水平年侵蚀产沙模拟结果对比
• 7.3 流域土地利用与侵蚀产沙协同变化规律
• 7.3.1 流域土地利用情景的建立
• 7.3.2 平水年流域土地利用格局变化的侵蚀产沙响应
• 7.3.3 枯水年流域土地利用格局变化的侵蚀产沙响应
• 7.3.4 丰水年流域土地利用格局变化的侵蚀产沙响应
• 7.4 流域土地利用格局优化
• 7.4.1 模拟流域土壤侵蚀现状
• 7.4.2 流域土地利用格局优化
• 7.5 小结
• 8 结论与讨论
• 8.1 结论
• 8.2 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介