雨型和坡形对黑土区坡耕地坡面侵蚀的模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵紫远 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 方海燕 |
| 关键词 | 东北黑土区 土壤侵蚀 WEPP 雨型 坡形 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 东北黑土区是我国重要的商品粮基地，同时也是土壤流失最为严重的区域之一。近几十年来，黑土区的水土流失问题已成为威胁土地资源和我国粮食安全的重要因素。降雨和坡形是影响坡耕地坡面土壤侵蚀的重要因素，因此，科学认识其对土壤侵蚀的影响，揭示东北黑土区复合坡形的坡面产流产沙机制，对于开展土地资源保护、坡耕地水土流失防治工作至关重要。然而，黑土区土壤侵蚀研究起步较晚，土壤侵蚀预报模型应用也较为不足，因此，亟待在该区开展降雨和坡形对坡耕地土壤侵蚀影响的模型模拟研究。本文在总结国内外学者已有研究的基础上，以克山粮食沟小流域为研究对象，基于研究区实测气象和水沙数据，通过实测分析和模型模拟相结合的方法，应用WEPP模型对该区域的土壤侵蚀进行模拟研究，分析该区的土壤侵蚀特征，并探讨降雨类型和坡形变化对土壤侵蚀的影响。本研究主要取得以下结论： （1）对WEPP模型的敏感参数进行校正，最终校正值临界剪切力为7Pa、细沟土壤可蚀性为0.0138s/m、有效水力传导系数为3.993mm/h。采用决定系数(R²)和纳什效率系数(NSE)作为评价指标，对校正后的模型模拟结果进行验证，验证结果显示径流模拟NSE为0.60，R²为0.71，泥沙模拟NSE为0.50，R²为0.61。因此，WEPP模型在研究区适用性较好。 （2）对研究区野外实测58场侵蚀性降雨进行聚类分析，划分得到三种典型雨型。A型雨：中频率（45%）、平均降雨时长为5.9小时、平均降雨量为10.3mm、平均I30为6.5mm/h；B型雨：中频率（43%）、平均降雨时长为17.2小时、平均降雨量为30.2mm、平均I30为13.4mm/h；C型雨：低频率（12%）、平均降雨时长为8.1小时、平均降雨量为59.5mm、平均I30为31.7mm/h。研究区降雨类型以A型雨和B型雨为主，C型雨单场降雨的产流产沙量最大。 （3）不同雨型对坡耕地土壤侵蚀的影响差异显著。在产流量上，A雨型的径流系数在10%~25%之间，B雨型的径流系数在41%~44%之间；C雨型的径流系数在69%~71%之间。同一雨型下，在3°~8°坡之间，坡度越大，径流系数越高，这也是因为坡度越大，径流汇集越快、流速也越快、冲刷能力越强；不同雨型下，径流系数表现出C型雨>B型雨>A型雨，由此可见C型雨的产流能力最强。在产沙量上，A型雨侵蚀产生的泥沙量极低，坡度之间的侵蚀情况差异不显著，；B型雨的泥沙量较A型雨更大，不同坡度的产沙能力整体表现为3°<5°<8°；C型雨在3°坡和5°坡的产沙量相差不大，然而在8°坡上的产沙量明显增多，均值、分布范围和方差均较大。 （4）不同坡形的土壤侵蚀过程呈现不同的规律。产流量对坡形的响应不显著，在3°坡上，径流量大小与坡形无明显关系；在5°坡和8°坡上，凸形坡、凹形坡和S形坡的径流量差别不大，而直形坡的产流相较于其他三种复杂坡形存在两个降雨量临界值，当降雨量小于12.1mm时，直形坡的产流与其他三种坡形差别不大，当降雨量大于12.1mm、小于41.8mm时，直形坡产流>其他坡形产流，当降雨量大于41.8mm时，直形坡产流<其他坡形产流。产沙量对坡形的响应具有明显的规律性，在3°坡面上，产沙量表现为直形坡>S型坡=凹形坡>凸形坡，在5°和8°坡面上，产沙量表现为直形坡>凸形坡>凹形坡=S形坡。 （5）利用WEPP模型模拟长坡的土壤侵蚀发现，模型模拟的径流对坡长变化响应不敏感，表明模型在模拟降雨入渗方面可能存在不足。泥沙量模拟随坡面增长表现出先增大，到达峰值后缓慢减小的现象。在长坡面模拟中，坡面产沙量峰值出现的坡长长度次序为A型雨＞B型雨＞C型雨，可以得出侵蚀能力越强的降雨，最大产沙量出现的坡长就越短。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 86 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199707]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵紫远. 雨型和坡形对黑土区坡耕地坡面侵蚀的模拟研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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