WEPP模型（坡面版）在东北黑土区的适用性评价

论文摘要

土壤侵蚀预报模型是分析土壤侵蚀状况、制定水土保持方案和资源调查等工作的有效工具。水蚀预报模型WEPP（Water Erosion Prediction Project）建立之初就受到了各国学者的关注,关于WEPP在我国的应用,主要集中在长江中上游紫色土区和黄土高原地区;在东北黑土区的应用及其适用性评价研究还是一个空白。本文利用东北黑土区宾县宾州镇二龙山孙家沟小流域和海伦市西南前进小流域径流小区监测的次降雨产流和产沙数据,评价WEPP模型在东北黑土区的适用性。本论文主要的研究结论如下:1)采用敏感性分析方法分析了模型土壤和气候参数对WEPP模型模拟结果的影响。在次降雨模拟条件下,WEPP模型六个土壤参数中,土壤反照率、细沟土壤可蚀性、细沟间土壤可蚀性和临界剪切力四个参数对次降雨径流量的模拟结果没有影响,仅有初始饱和度和有效水力传导系数对径流量的模拟结果有影响。而初始饱和度、细沟间土壤可蚀性、细沟土壤可蚀性、临界剪切力和有效水力传导系数对WEPP模型次降雨土壤侵蚀量的模拟结果有重要影响。CLIGEN气候模型的四个参数中（降雨量、持续时间、最大雨强和峰值出现时间）,径流量和土壤侵蚀量模拟值随着降雨量的增大而增大;WEPP模型对径流量模拟值随降雨持续时间的延长而变小;径流量和土壤侵蚀量的模拟值先随最大雨强的增大而增大,但峰值出现后,径流量和土壤侵蚀量的模拟值逐渐减小;峰值出现时间对径流量和土壤侵蚀量模拟值的影响较复杂。2)利用WEPP模型模拟了不同坡度条件下次降雨的径流量和土壤侵蚀量。WEPP模型对次降雨模拟值随坡度增加而增大,且增加的幅度变大,表明在当前条件下WEPP模型对径流量和侵蚀量模拟随坡度的变化较敏感。土壤侵蚀量的实测值和模拟值具有相同的变化规律,都随着坡度的增大而增大。与径流量的变化规律相比,WEPP模型对土壤侵蚀量模拟值随坡度变化比径流量模拟值随坡度变化更明显。在不同坡度（3°、5°和8°）条件下,模型对土壤侵蚀量模拟结果的模型有效性系数ME均大于0.5,表明模型对土壤侵蚀量模拟结果较好。通过对比不同坡度条件下模型模拟结果的有效性系数ME发现,模型对较小坡度的模拟效果较好,且土壤侵蚀量的模拟结果要明显好于径流量的模拟结果。3)利用WEPP模型模拟了不同植被条件下次降雨的径流量和土壤侵蚀量。WEPP模型模拟值的模型有效性系数ME均大于0.5,这说明模型模拟结果较好。在四种植物径流小区中,WEPP模型对于种植大豆和苜蓿草的径流小区模拟结果要好于稗草、苗期榆树的模拟结果。在四种植物的径流小区中,模型对径流量的模拟结果偏大,对土壤侵蚀量的模拟结果偏小。4)利用WEPP模型模拟了不同耕作措施条件下次降雨的径流量和土壤侵蚀量。WEPP模型对径流量的模拟结果基本可以接受,而模型对土壤侵蚀量的模拟值出现了一定偏差。WEPP模型对次降雨径流量模拟值的模型有效性系数ME中,少耕、传统耕作和裸地径流量模拟值的模型有效性系数ME分别为0.65、0.53和0.75,表明WEPP模型对少耕、传统耕作和裸地的径流量模拟结果可以接受;对免耕、少耕、传统耕作、裸地、黄坡垄地面处理,坡面侵蚀量模拟值的Nash-Sutcliffe有效性系数ME分别为-31.26、0.10、0.40、0.34和-1.02,表明模型对不同耕作措施土壤侵蚀量的模拟结果均不理想。WEPP模型对少耕、免耕和裸地径流量的模拟结果整体上好于其他耕作措施。5)利用黑龙江海伦试验站的气象资料和裸地径流小区的产流产沙资料,对比研究CLIGEN和BPCDG两种模型的模拟效果。结果表明,WEPP模型应用BPCDG模拟结果优于应用CLIGEN的模拟结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 WEPP 模型基本原理与模型结构介绍
• 1.2.1 WEPP 模型开发背景
• 1.2.2 WEPP 模型基本理论
• 1.2.3 WEPP 模型的模块
• 1.2.3.1 气候发生器
• 1.2.3.2 冬季过程
• 1.2.3.3 灌溉
• 1.2.3.4 坡面漫流水文过程
• 1.2.3.5 水量平衡
• 1.2.3.6 作物生长
• 1.2.3.7 残留物分解
• 1.2.3.8 土壤参数
• 1.2.3.9 坡面侵蚀和沉积
• 1.3 WEPP 模型在国内外的应用与评价
• 1.3.1 WEPP 模型在国外的应用与评价
• 1.3.2 WEPP 模型在国内的应用与评价
• 1.4 WEPP 模型的应用前景
• 1.5 研究区概况与研究内容
• 1.5.1 研究区概况
• 1.5.2 研究内容
• 1.6 技术路线
• 第二章 数据库的建立与评价方法
• 2.1 数据的收集与预处理
• 2.2 WEPP 模型参数分析
• 2.2.1 土壤参数对模型模拟结果的影响
• 2.2.2 气候参数对模型模拟结果的影响
• 2.3 数据库建立
• 2.3.1 气候数据库的建立
• 2.3.2 土壤数据库的建立
• 2.3.3 地形数据库文件的建立
• 2.3.4 作物管理数据库的建立
• 2.4 数据分析方法与模型评价方法
• 2.5 小结
• 第三章 WEPP 模型在不同坡度和植被措施下的适用性评价
• 3.1 数据来源
• 3.2 WEPP 在不同坡度下的模拟结果及其分析
• 3.3 WEPP 模型在不同植被措施下的模拟结果与评价
• 3.4 小结
• 第四章 WEPP 模型在不同耕作措施下的次降雨模拟
• 4.1 数据来源
• 4.2 模拟结果及其分析
• 4.3 小结
• 第五章 BPCDG 和CLIGEN 气候模型的应用对比
• 5.1 数据来源和研究方法
• 5.1.1 数据来源
• 5.1.2 研究方法
• 5.2 结果比较与分析
• 5.2.1 利用两种气候模型对次降雨侵蚀的模拟结果
• 5.2.2 模拟结果对比分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 模型参数对模型模拟结果的分析
• 6.1.2 不同坡度条件下WEPP 模型的模拟结果分析
• 6.1.3 不同植被条件下WEPP 模型的模拟结果及其分析
• 6.1.4 不同耕作措施条件下WEPP 模型的模拟结果及其分析
• 6.1.5 BPCDG 和CLIGEN 气候模型应用对比
• 6.2 存在的问题与研究展望
• 6.2.1 存在的问题
• 6.2.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介