基于 USLE、GIS、RS 的流域土壤侵蚀研究进展 摘要：本文系统地介绍了 ULSE 模型中各侵蚀因子及其相应的算法，总结了国内外研究中获取各因子的新方法，并简要介绍了土壤侵蚀分析研究的新模型及其进展。当前 GIS 和 RS 作为新兴技术在土壤侵蚀分析研究中发挥了重要的作用，文章针对当前 GIS、RS 和 ULSE 在土壤侵蚀评价中的应用，指出了目前 GIS 和RS 在侵蚀研究中存在的问题，并提出了自己的观点和建议。 关键词：通用土壤流失方程( USLE)；土壤侵蚀; RS； GIS This paper systematically introduces ULSE erosion factors of each model and the corresponding algorithm, summed up the researches of a new method for each factor, and briefly describes the analytical study of soil erosion and its progress in the new model. Current GIS and RS as an emerging technology in the analysis of soil erosion has played an important role, articles for the current GIS, RS and ULSE soil erosion assessment in the application of GIS and RS are pointed out in the erosion problems, and put forward their views and suggestions. Keywords: Universal Soil Loss Equation (USLE)； soil erosion; RS；GIS 土壤是地球上生物赖以生存的基本要素之一，土地以及不同质量的土壤生产了超过90%的人类和牲畜所需要的食物。土地退化的日益严重成为制约人类发展的重要因素，土壤侵蚀是其中一个重要原因。土壤侵蚀使土壤肥力下降，理化性质变劣，土壤利用率降低，生态环境恶化。目前全球土地退化日益严重，我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土面积的比例高达38。2%，研究土壤侵蚀的机理，有效地对其进行监控、治理已经成为全球关注的焦点。传统的土壤侵蚀量调查方法耗时、周期长，而且很难确定中等尺度流域的土壤侵蚀量。随着侵蚀过程和机理研究的不断深入以及土壤侵蚀影响因素和侵蚀空间分布规律探讨的不断加强，土壤侵蚀的研究也逐渐走上了多途径、多学科协同研究的道路。但许多定量研究方法长期以来都在坡面和小流域尺度上进行，很难在区域尺度上推广，而美国农业部颁布的在区域土壤侵蚀调查方面富有特色的通用水土流失方程( USLE) 正好弥补了这一方面的空缺。20 世纪 80 年代 USLE 开始引入中国，而且研究人员在探讨坡面和流域土壤流失量的同时，还开始注重应用
基于GIS的降雨径流预报方法分析 【摘要】降水径流的准确预测直接关系到该流域人民生活的各个方面，因此为了更好的满足降雨径流预报的需求，需要寻找高效的预测手段来对降雨径流进行预测。本文从GIS的降雨径流预报方法出发，分析了影响水文过程的各方面因素并阐述了对获得数据信息的预处理方法。提出了以遗传算法为基础结合GIS技术的神经网络模型，这种模型的应用有效的提高了信息预测的精度和效率。并且本文中也介绍了GIS降雨径流预报方法，通过对降雨信息的处理，有效的提高了降雨径流预报模型在计算机数据输入时精度，结合 GIS空间分析方法，对降雨区域的降雨径流进行数值模拟，从而得到了降水区域的径流量与影响系数之间的关系。 【关键词】降雨径流；地理信息系统（GIS）；预报方法 1.引言 GIS（Geographic Information System）即地理信息系统，是在地理空间的基础上，以信息科学和系统工程的理论知识为根本，利用计算机管理和分析地理数据，从而提供管理、决策等所需信息的技术系统。总而言之一句话，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。 最近的30年内，地理信息技术取得了十分显著的发展，在国土管理、农林牧业、邮电通讯、公共设施管理、资源的调查、军事公安、环境的评估、城市规划、灾害的预测、交通运输、水利电力、统计、商业金融等几乎所有领域都得到了广泛的应用[1]。 2.降雨径流的概述 所谓降雨径流就是由降雨形成的径流，这些径流通过地表或者是地下水流入河道，并向流域出口断面汇集。降雨径流会受到多种因素的制约，比若说是地形、地貌、植被、降水和土地的使用以及人类活动等，从这些种种因素我们可以看到径流的形成过程是非常复杂的。长时间以来，降雨径流的研究一直备受水文界的
. 精品 土壤侵蚀量计算模型 关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。由于USLE 模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。“通用土壤流失方程式”的形式如下： P C S L K R A ?????= 1-1 式中：A ——土壤流失量（吨∕公顷·年） R ——降雨侵蚀力指标； K ——土壤可蚀性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。其单位是， 在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量； L ——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤 流失量的比值； S ——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流 失量的比值； C ——作物经营因子。为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休 闲地）上土壤流失量之比值； P ——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持 措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。 通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
第二章 降雨径流相关预报 在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。 2.1 降雨径流相关图的形式 降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。这里介绍国内普遍使用的产流量与降雨量和前期影响雨量三者的关系，即R P P a ~~相关图。 图2-1 降雨径流相关图 使用R P P a ~~关系曲线进行净雨量计算一般有两种处理途径：一种是根据洪水初期的a P 值，把时段雨量序列变成累积雨量序列，用累积雨量查出累积净雨，由累积净雨再转化成时段净雨量序列；另一种方法是根据时段降雨序列资料直接推求时段净雨序列。第一种方法的缺点是在整个洪水过程中，使用一条 R P ~曲线， 没有考虑洪水期中a P 的变化。而后者的不足是，当时段取的过小时，一般时段雨量不大，推求净雨时的查线计算易集中在曲线的下段。两种方法的结
果存在差别，至于何者更接近实际也很难断言。 2.2 前期影响雨量a P 的计算 A P 由前期雨量计算，也称前期影响雨量，是反映土壤湿度的参数。其计算公式为 若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 )(11,,--+=t t a t a P P K P (2-1) 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则 1,,-=t a t a KP P (2-2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数，对于日模型而言，一般地取85.0≈K ；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。式(2-1)和(2-2)为连续计算式。由于 ?????????+=+=+=+=--+---------) ()()()(,1,33,2,22,1,11,,n t n t a n t a t t a t a t t a t a t t a t a P P K P P P K P P P K P P P K P (2-3) 将式(2-3)各行逐一代入得到 )(,33221,n t n t a n t t t t a P P K P K P K KP P -----+++++= (2-4) 式(2-4)为向前倒数n 天的一次计算式。一般取15天既可满足计算要求。 用m I 表示流域最大损失量，在数值上等于流域蓄水容量。以mm 表示，通常mm 100~60≈m I 。当计算的m a I P >时，则以m I 作a P 值计算，即认为，此后的降雨量P 不再补充初损量，全部形成径流R 。 当计算时段长h 24≠?t 时，土壤含水量衰减系数K 应该用下式换算 N KD K /1= (2-5) 式中：t N ?=/24，KD 为土壤含水量日衰减系数，K 为计算时段是t ?小时的土壤含水量衰减系数。
大伙房流域降雨径流模型 大伙房流域降雨径流预报模型又简称“DHF ”模型，该模型于1973年由辽宁省大伙房水库管理局刘爱杰、王本德等人提出，至今已使用30余年，为水库洪水调度做出了很大贡献。 “DHF ”模型是适用于我国湿润地区的超渗产流模型，目前已在辽宁省多个水库的水情自动测报系统中使用，效果较好。 建立在“DHF ”模型基础上的降雨径流预报方案，在大伙房流域经过调试和精度验证后进行使用，在使用中平均精度令人满意。尤其在“957”特大洪水调度中，发挥了显著作用，准确预报出了第一非常溢洪道溢流时间和水库最高库水位，为省防制定调度决策提供了科学依据，使水库工程发挥了强大的调蓄作用，最大限度地配合了下游抢险，共减免下游直接经济损失74.89亿元。 “DHF ”模型由两部分组成，一是八参数超渗产流计算模型，引用双层入渗曲线进行扣损计算，并以抛物线描述表层蓄水量和下层渗率的分布状况；二是八参数变强度、变速度的经验单位线汇流计算模型，参数随降雨分布而变，采用“前期影响净雨”描述汇流速度的变化。这是一个集总的概念模型，模型的参数多半在满足其物理意义的前提下确定，只有6个需要优选法选定或试错法确定。 1 大伙房模型概化流程 流域下垫面分为表层、下层和地下水蓄存三部分，计算流程如图10-1所示。 2 大伙房模型产流计算 产流模型将下垫面分为表层，下层和深层三部分。表层土壤中的张力水蓄量与植物截流、填洼储存合称表层蓄水量a S ，其极值为表层蓄水容量 S ；下层土壤中的张力水蓄量称为下层蓄水量a U ，其极值为下 层蓄水容量 U ；地下水储水层的蓄水量以 a V 表示，其极值为地下水库蓄水容量 V 。
中国土壤侵蚀预报模型研究进展 摘要：土壤侵蚀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工具，受到世界各国的普遍重视。本文总结了中国土壤侵蚀预报模型的主要研究成果，在总结和评价这些模型的基础上，提出今后我国的主要研究方向：（1）注重土壤侵蚀模型的理论研究；（2）加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究；（3）充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。 关键词：土壤侵蚀模型、研究方向、问题 Review of Research Progress in Soil Erosion Prediction Model in China Soil erosion model which is regarded as the tool to understand the soil erosion processes and intensity, to master the dynamic of land resources development, to guide the rational use of land resources, having attracted the widespread attention of the world.This paper summarizes the main findings of Chinese Soil Erosion Prediction Model and on the basis of summarying and evaluating these models it indicates the directions of the future research : (1) focus on soil erosion model theoretical research; (2) focus on the research of gravity erosion, cave erosion mechanism,; (3) take full advantage of the advanced RS and GIS technology for the study of erosion models which provide a large number of data sources to facilitate the inspection of soil erosion model. 近年来，土壤侵蚀成为人们关注的生态环境热点之一。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。土壤侵蚀预报模型的研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域和土壤侵蚀过程定量研究的有效手段。根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法,一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。经验统计模型是利用大量的试验观测资料,借助于统计方法,定量表述影响土壤侵蚀因子的指标,进而得出计算土壤流失量的方程式。物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理,根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程,从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量。根据土壤侵蚀模型预报对象的不同,又可将土壤侵蚀模型分为坡面土壤侵蚀模型和流域或网格(区域)土壤侵蚀模型。我国学者在土壤侵蚀模型研究的各个层面上进行了大量工作,取得了很多成果。其中,区域尺度研究的应用更为广泛。在小流域土壤侵蚀模型的研究方面,以对统计模型及引进的统计模型中各因子的本地化研究较多,对基于过程的物理模型系统研究较少,特别是适合我国国情的系统的过程模型更少。本文希望对我国土壤侵蚀模型的主要研究成果进行总结,并对其中的一些问题进行了评述,以期为今后的土壤侵蚀模型研究进展提供一定的参考意见。提出了预报模型亟待解决的关键问题,以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立,为生态环境改善提供科学依据。 1.经验统计模型 经验模型主要从侵蚀产沙因子角度入手,建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等之间的多元回归因子关系式。经验公式结构简单,计算方便,在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度,但是模型被移植到其它区域使用时以及向建模条件外延时,模型精度难以控制,模型的实用性受到影响。这类侵蚀产沙模型以坡面模型和小流域侵蚀产沙模型为代表,同时也包括部分区域性的侵蚀产沙预报模型,这些通常不考虑侵蚀产沙过程,称之为“黑箱”或“灰箱”模型,在模型形式上主要是采用侵蚀产沙因子的多元回归方程式。自1953年刘善建首次提出坡面土壤侵蚀量的公式来[2],不同的学者根据当地的实际情
土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用探究 摘要：水土保持，是环境保护领域非常重要的一门学科，随着工业的不断发展，我国特别重视对环境的保护。与此同时，在水土保持理论研究中也加大了力度。 而对于土壤侵蚀模型来说，则是土壤侵蚀理论研究的成果之一，该成果能够为水 土保持实践提供有效依据。本课题重点围绕“土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用”进行分析研究，以期提高土壤侵蚀模型的实用价值，并为水土保持工作的进步及发展提供具有价值的参考建议。 关键词：水土保持；土壤侵蚀模型；实用价值；发展 土壤侵蚀模型属于水土保持实践研究工作中的有效工具之一，通过土壤侵蚀模型 的构建，进行相关参数的分析，能够为水土保持实践工作提供客观、科学的参考 依据。值得注意的是，我国早在上世纪二十年代便实行了土壤侵蚀监测工作，在 上世纪四十年代则基于黄土高原构建了水土保持试验站，而对于土壤侵蚀经验模 型的提出，则是在1953年[1]。总之，从水土保持实践工作的进步及发展角度考虑，本课题围绕“土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用”进行分析研究具备一定 的价值意义。 1.土壤侵蚀模型发展历程及模型概念分析 1.1发展历程 从土壤侵蚀模型的发展历程层面分析，发展至今已有八十余年，模型的性质 基于经验发展至机理，模拟起初为空间尺度，随着不断的发展，实现了对坡面、 小流域、大刘宇以及区域性的研究；涉及侵蚀、沉积、产沙以及污染物富集及迁 移等内容的研究。与此同时，从模型的应用层面来看，可应用到水土保持措施的 选择、水土保持效益的分析以及水土资源管理等方面。显然，土壤侵蚀模型的发 展昭示着理论研究的逐渐进步，与此同时也与计算机网络技术、地理信息系统以 及遥感技术等逐步发展密不可分。 1.2模型概念 （1）土壤侵蚀数学模型。土壤侵蚀模型中的土壤侵蚀数学模型，主要通过田间试验，利用土壤侵蚀因子参数及侵蚀相关性分析构建相对应的数学方程，可广 泛应用凹土壤学、土壤侵蚀与水土保持学科领域。 （2）欧洲土壤侵蚀模型。对于欧洲土壤侵蚀模型来说，指的是以物理过程为基础的次暴雨分布式侵蚀模型，以侵蚀产沙过程当作基点，纳入植物截留、土壤 表面情况、径流形成、剥蚀以及径流搬运功能等指标参数，进一步分析这些指标 参数对土壤侵蚀过程造成的影响，将1分钟组我诶时间间隔，然后将降雨期间的 水文与泥沙曲线图生成出来，对侵蚀与沉积位置进行预报，并对侵蚀与沉积相对 应的微地形起伏变化进行模拟[2]。 总之，土壤侵蚀模型在水土保持领域的应用广泛，且价值显著。为了提高水 土保持研究工作的效率及质量，可以合理、科学地利用土壤侵蚀模型。 2.土壤侵蚀模型在水土保持实践中的具体应用分析 从如前所述的土壤侵蚀模型的发展历程来看，经历了较长时间的发展，且发 展至今具备了成熟的模型基础。下面将从国外、国内土壤侵蚀模型在水土保持实 践中的具体应用进行分析，具体内容如下： 2.1国外土壤侵蚀模型的研究
中国环境科学 2008,28(8)：725~729 China Environmental Science 城市降雨径流模型参数全局灵敏度分析 王浩昌1,杜鹏飞1*,赵冬泉1,王浩正2,李志一1(1.清华大学环境科学与工程系,北京 100084；2.北京清华城市规划设计研究院,北京 100084) 摘要：采用逐步回归法分析典型城市降雨径流管理模型(SWMM)水文参数的全局灵敏度,为模型参数的有效识别提供参考.结果表明,汇水区面积对总产流起决定性作用.在雨强较小(10.5mm)的情况下,透水区参数灵敏度很小,可在参数识别中设为经验值;在较强降雨(52.5mm)情况下,管道曼宁系数是决定峰值流量与峰值发生时间的关键参数.减小汇水区面积的不确定性可提高其他参数的灵敏度,有利于参数的有效识别. 关键词：降雨径流；逐步回归；全局灵敏度；城市降雨径流管理模型(SWMM) 中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2008)08-0725-05 Global sensitivity analysis for urban rainfall-runoff model. WANG Hao-chang1, DU Peng-fei1*, ZHAO Dong-quan1, WANG Hao-zheng2, LI Zhi-yi1(1.Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2.Beijing Tsinghua Urban Planning and Design Institute, Beijing 100084, China). China Environmental Science, 2008, 28(8)：725~729 Abstract：Stepwise regression analysis approach was used to assess the global sensitivity of the hydrological parameters of storm water management model (SWMM) in this study. The catchment area played a dominant role in determining surface runoff. When precipitation was low(10.5mm), the parameter in pervious zone showed very low sensitivity, indicating that those parameter could be set to empirical values. When precipitation was high(52.5mm), roughness of conduit was the most sensitive parameter to peak flow and peak time. Reduction of the catchment area could increase the sensitivity of other parameters, providing better condition for parameter calibration. Key words：rainfall-runoff；stepwise regression；global sensitivity analysis；stom water management model(SWMM) 城市化的发展使城区不透水区比例增大,降雨径流随之增加.近年来随着城市点源污染的有效控制,降雨径流污染问题显得日渐突出.利用模型进行水文水质模拟是研究城市暴雨径流污染管理和控制的重要手段.暴雨径流管理模型(SWMM)是美国EPA开发的暴雨径流管理模型,在城市降雨径流模拟中有着广泛的应用[1-3],近年来在我国也有一些应用案例[4-5]. 灵敏度分析是通过研究模型参数对模型输出的影响,识别关键参数,为模型识别参数提供重要参考.国内对模型参数的灵敏度分析多限于局部灵敏度分析[6].由于局部灵敏度分析方法仅能反映单个参数在初始取值附近的变化对模型输出的影响,而无法对参数在整个取值空间的影响及参数之间的共同作用做出估计.全局灵敏度分析作为一种新的灵敏度分析手段,在国外的模型识别研究中取得了广泛应用[7-9].目前主要的全局灵敏性分析方法有多元回归法、Morris法、傅里叶幅度灵敏度检验法(FAST)以及基于方差分析的Sobol法等[10].其中,多元回归法由于计算量小,易于操作,被大量应用[11-13]. 作者采用基于逐步回归的全局灵敏度分析方法,结合参数识别的具体需求,研究SWMM模型水文水力参数的灵敏度,为模型参数的有效识别提供依据. 1研究方法 1.1研究区概况与监测方法 选取北京市某个具有独立分流制管网系统 收稿日期：2008-01-03 基金项目：国家“973”项目(2006CB403407);国家自然科学基金资助项目(50778098/E080403) * 责任作者, 副教授, dupf@https://www.doczj.com/doc/186075697.html,
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2014, 3, 522-531 Published Online December 2014 in Hans. https://www.doczj.com/doc/186075697.html,/journal/jwrr https://www.doczj.com/doc/186075697.html,/10.12677/jwrr.2014.36064 Simulation and Prediction of Future Precipitation and Runoff Change in the Ganjiang Basin Le Wang1, Shenglian Guo1, Xingjun Hong1, Jiali Guo2, Zhangjun Liu1 1State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Hubei Provincial Collaborative Innovation Center for Water Resources Security, Wuhan University, Wuhan 2College of Hydraulic and Environmental Engineering,China Three Gorges University, Yichang Email: lewangwhu@https://www.doczj.com/doc/186075697.html, Received: Oct. 30th, 2014; revised: Nov. 22nd, 2014; accepted: Nov. 30th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/186075697.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The SDSM statistical downscaling technique was adopted to degrade the output of BCC-CSM1.1 model under three representative concentration pathways: RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios recommended by IPCC5. Future precipitation and temperature series were as inputs of distri-buted two-parameter monthly water balance model to simulate and predict future runoff change in the Ganjiang basin. The results show that under three representative concentration pathways, simulated annual runoff volumes of 2020s and 2050s are both less than the reference value in the recent period, but there are differences for 2080s period: under RCP2.6 and RCP4.5 concentration pathways, the simulated annual runoff volumes are almost equal to the recent reference value, while more than the recent reference value under RCP8.5 concentration pathways. Meanwhile, future runoff volume decreases in the main flood season and increases in dry season, which im-plies that climate change is likely to alleviate flood control pressure during flood season and water supply pressure during dry season to some extent in the Ganjiang basin. Keywords Climate Change, Runoff Prediction, IPCC5, Monthly Water Balance Model, Ganjiang Basin 赣江流域未来降雨径流变化模拟预测 作者简介：王乐(1992-)，女，湖南衡阳人，硕士研究生，主要从事流域水文模拟研究。
姓名： XXX 学号：XXXX 计算原理与方法 方法概述 在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图， 这些相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。这种图一类是没有固定的数学模型，称之为经验的降雨径流相关图。 图1 降雨径流相关图 降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。这里采1.2制作方法 1.2.1前期影响雨量a P 的计算 A P 若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 (11,,--+=t t a t a P P K P 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则
1,,-=t a t a KP P (2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。 K 值可按下式计算： 1p E K WM =- (3) 1.2.2降雨径流相关图的绘制 根据计算出的流域平均降雨量P 和P 所产生的径流量R ，以及相应的前期影响雨量a P ，便可建立降雨径流相关图。由式),(a P P f R =建立起来的三变数降雨径流相关图的步骤如下： 根据已知模型参数b 、WM ，首先计算a 、WMM ，然后分别算出在不同的W 0（相应于Pa 按等差序列设定，如0、10、20、30、……、120mm ）和P 下的R 。 与流域蓄水量W 相对应的纵坐标a 为 1 1*[1(1)] + =--b W a WMM WM (4) 1= +WMM WM b (5) 当a P E WMM +-<时 1()()1b a P E R P E WM W WM WMM ++-?? =---+- ? ? ? (6) 当a P E WMM +-≥时 ()()R P E WM W =--- (7) 1.3实时预报方法 根据降雨过程及降雨开始时的a P ，首先累计各时段的降雨过程，在图上查出累计的净雨过程，然后将累计的净雨过程，两两相减，得到各时段的降雨所对应的时段净雨。若降雨开始时的a P 不在某一条等值线上，则用内插法查算。 由于在实时预报阶段要计算蒸发量E ，从而计算得到有效降雨量PE ，蒸发计算可采用一、二、三层蒸发模式计算法，本作业采用二层蒸发模式法，计算方法如下： 该模型把流域蓄水容量m W 分为上下二层，m WU 和m WL ，m W =m WU + m WL 。实际蓄水量也相应分为上下二层，t WU 和t WL ，t W =t WU +t WL 。并假定：下雨时，先补充上层缺水量，满足上层后再补充下层；蒸散发则先消耗上层的t WU ，蒸发完了再消耗下层的t WL 。上层按蒸散发能力蒸发，下层的蒸散发量假定与下层蓄水量成正比，即： 当t m t t E WU P ??≥+时 t t t t t m t EL EU E ,0EL ,E EU ??????+=== (8) 当t m t t E WU P ??<+时
收稿日期:2005-3-16 作者简介:焦凤红(1966-),女,内蒙古自治区赤峰市人,副教授,现从事水土保持及计算机教学研究工作。分布式土壤侵蚀模型研究概述 焦凤红 于显威 (沈阳农业大学高等职业技术学院 110122) 摘 要 分布式模型是近年在经验统计模型和物理过程模型的基础上发展起来的土壤侵蚀模型。本文分析了几种分布式侵蚀模型的特征及物理过程,对其中的网格划分、网格单元侵蚀量的计算、流域出口侵蚀量的计算、模型参数的采用等主要技术环节进行了讨论,并展望了今后的研究方向。关键词 土壤侵蚀;分布式;侵蚀模型 [中图分类号]S15711 [文献标识码]C [文章编号]1002-2651(2005)02-0032-02 土壤侵蚀模型研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域,也是定量研究土壤侵蚀过程的有效手段。根据国内外土壤侵蚀模型的研究发展过程,有人将其划分为经验统计模型、物理过程模型与分布式模型三个阶段。这三个阶段并没有严格的时间划分。分布式模型将流域按照一定的方法划分成一个个相对均质的网格,即每个网格单元中的土壤、植被覆盖均匀分布,在每个网格上进行参数输入,然后依据一定的数学表达式来计算每个网格单元的侵蚀量,并将计算结果推演到流域出口,得到流域土壤侵蚀总量。本文结合前人的研究成果,总结了应用较为广泛的几种分布式模型,讨论了模型中的主要技术问题,并展望了今后的发展方向。 1 主要的分布式模型111 ANSWE RS 模型 20世纪80年代初期Beasly 和Huggins 研发了ANSWE RS 模型,该模型把流域细分为均等的网格单元。在网格单元内,假定土地利用、坡度、土壤特性、营养物质、作物和经营管理措施等因子均匀分布。在土壤侵蚀研究中,此模型广泛应用于评价B MPs 对流域泥沙及水文过程的影响。模型结构化程度较高,主要包括3大模块:径流和入渗、泥沙、蒸发散。径流和入渗模块中,以Green-Ampt 入渗方程代替了原模型中的Holtan 方程进行计算;泥沙模块中,产沙计算采用了WEPP 模型中的土壤可蚀性指标以及单位水流 动力理论和临界切应力原理,把Foster 和Meyer 方法引入Yalin 公式进行输沙过程计算,并以此建立了泥沙输移模块;蒸发散模块主要用于设定下次降雨开始时的土壤湿度初始条件,是连续模型得以运行的必要环节。模型运行时,需把研究流域的空间属性数据(如坡度、坡长、坡向、地表植被状况、土壤等)栅格化,同时输入流域模拟时段内的气象资料,包括降雨强度、历时、气温、地温和地表辐射等。ANSWE RS 模型可以计算径流传输条件下的土壤流失量,并与地理信息系统(GIS)相连接,建立了GIS 界面以利用遥感数据。 112 AGNPS 模型 AGNPS 模型是美国农业部农业研究局与明尼苏达污染物防治局共同研发的计算机模拟模型,是一个基于方格框架组成的流域分布式事件模型。按照栅格采集模型参数,由水文、侵蚀、沉积和化学传输4大模块组成,用于对N 、P 元素等土壤养分流失进行预测,并对农业地区的水质问题以重要性顺序为依据进行排列,同时对次暴雨径流和侵蚀产沙过程进行模拟。流域的大小从几hm 2 到大约200km 2 ,以014~26hm 2为单元对流域进行均等分室,流域内径流、污染物、泥沙沿各分室汇集于出水口。113 TOPMODEL 模型 TOPMODEL 模型(Topography based hydrological Model)是一个以地形为基础的半分布式小流域模型, 第17卷第2期亚热带水土保持 Vol 117 l 2 2005年6月Subtropical Soil And Water Conservation Jun 12005
１引言 通常，陆面模型将研究着重点放在“土壤～植物～大气”间的 水热通量交换上，其研究方法和成果对蒸发蒸腾计算具有重要的参考价值，因此值得借鉴到流域水文模拟研究中。另一方面，流域水文过程影响了土壤水分水平方向的再分布，但目前的大多数陆面模型均未考虑这种影响，而土壤水分湿度影响陆面水与能量的通量分配和陆面过程对大气过程的反馈，因此陆面过程又急需加强水文过程模拟。所以，两者之间的交叉合作将越来越重要［１］。其中，将水文与气象相耦合的陆面水文模型也会得到气象界及水文界的共同关注。本文引进ＶａｒｉａｂｌｅＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｙ（ＶＩＣ）陆面水文模型，并选取湖北省白莲河流域为例， 对ＶＩＣ模型在中小流域尺度的径流模拟及预报中的应用进行探讨。 ２ＶＩＣ模型概述 ＶＩＣ可变下渗能力水文模型是美国Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ大学、 Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ大学Ｂｅｒｋｅｌｅｙ分校以及Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ大学共同研制的 陆面水文模型，是一个基于空间分布网格化的分布式水文模型［２－４］。该模型参加了ＰＩＬＰＳ许多项目，研究了从小流域到大陆尺度再到全球尺度，在不同气候条件下的应用。作为ＳＶＡＴＳ的一种，ＶＩＣ模型可同时进行陆～ 气间能量平衡和水量平衡的模拟，也可只进行水量平衡的计算，弥补了传统水文模型对热量过程描述的不足。ＶＩＣ模型已分别用于美国的Ｍｉｓｓｉｓｓｉｐｐｉ、Ｃｏｌｕｍｂｉａ、Ａｒｋａｎｓａｓ－Ｒｅｄ等流域、德国的Ｄｅｌａｗａｒｅ等流域的径流模拟。谢正辉等人利用该模型对中国的淮河、渭河、黄河、海河流域进行了模拟［３－６］，都取得了较好的效果。 ＶＩＣ模型最初由Ｗｏｏｄ提出，仅包括一层土壤，Ｌｉａｎｇ等在 原模型基础上发展为两层土壤的ＶＩＣ－２Ｌ模型。ＶＩＣ－２Ｌ基于简化的ＳＶＡＴＳ植被覆盖分类，用空间动力学的方法来表示地表潜热和显热通量。ＶＩＣ－２Ｌ模型在水平方向上，其陆地表面由 Ｎ＋１种地表覆盖类型描述，ｎ＝１，２，…，Ｎ表示Ｎ种植被覆盖，ｎ＝Ｎ＋１代表裸土；在垂直方向上，和每种地面覆盖种类联系在一起 的是单层的地表植被层、第一层土壤和第二层土壤。对于裸地，没有植被覆盖层。 ＶＩＣ模型中考虑了３类蒸发：冠层湿部蒸发、 叶丛蒸腾及裸地蒸发。裸地蒸发中，当第一层土壤湿度饱和时，按照 Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式蒸发潜力蒸发，当上层土壤不饱和时， 采用可变下渗曲线来解决次网格裸地土壤水分空间不均匀性的问题。裸地地表径流用计算入渗的公式来计算。模型中对基流的描述采用的是ＡＲＮＯ模型方案，它表示在某一阈值以下基流是线形消退过程，而土壤水分含量高于这个阈值时基流是非线性的。 经改进，在ＶＩＣ－２Ｌ顶层分出一个顶薄层（通常情况为 ０．１ｍ）而成为ＶＩＣ－３Ｌ，它允许土壤层与层之间的土壤水的扩散， 并在一个计算网格内分别考虑裸土及不同植被覆盖类型。ＶＩＣ－ ３Ｌ模型用Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程来描述垂向一维土壤水运动，土壤各 层间的水汽通量服从Ｄａｒｃｙ定律。谢正辉等人发展了ＶＩＣ新的地表径流参数化方法［３，４］，它同时考虑了蓄满产流和超渗产流机制以及土壤性质的次网格非均匀性对产流的影响，并分别用土壤蓄水容量面积分配曲线和下渗能力面积分配曲线来表示土壤不均匀性对产流的影响。并在此基础上建立了地下水动态表示方法。 由此可见，ＶＩＣ模型主要特点是［４］：（１）同时考虑陆－气间水 VIC 陆面水文模型在白莲河流域径流模拟中的应用 宋星原１，余海艳１，张利平１，李丹颖２ （１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２； ２．水利部办公厅，北京１０００５３ ）摘 要：本文从气象与水文水资源学科交叉的角度引进ＶＩＣ陆面水文模型，将其应用于湖北省白莲河流域，探讨模型在 中小流域降雨径流模拟中的适用性。本研究利用白莲河流域ＤＥＭ、植被、土壤等数字化资料，经过模型预处理，建立了白莲河流域ＶＩＣ模型框架。并进行了模型参数敏感性分析。模拟结果表明，模型基本能够反映该流域的日径流水文过程，具有一定适用性。 关键词：陆面水文模型；ＶＩＣ模型；白莲河流域；径流模拟中图分类号：Ｐ３３８＋．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－０８５２（２００７）０２－００４０－０５ 水文 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＨＹＤＲＯＬＯＧＹ 第２７卷第２期 ２００７年４月 Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２００７ 收稿日期：２００６－０６－２６ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０３７９０４０） 作者简介：宋星原（１９５３－），男，湖北孝感人，教授，博导，主要从事水文水资源方面的教学科研工作。
第16卷 第1期2018年2月中国水土保持科学Science of Soil and Water Conservation Vol.16 No.1Feb.2018土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用 谢 云,岳天雨 (北京师范大学,地表过程与资源生态国家重点实验室,地理科学学部,100875,北京) 摘要:土壤侵蚀模型是土壤侵蚀理论研究的成果,也是指导水土保持实践的重要工具三本文回顾了美国经验模型USLE二中国经验模型CSLE二美国机理模型WEPP 和几个代表性应用模型的发展历程,介绍了土壤侵蚀模型的应用案例,提出几方面启示:土壤侵蚀模型已经成功地应用于区域土壤侵蚀调查与水土保持措施效益评价,还会继续在水土保持措施设计与规划二径流泥沙输移与面源污染二大暴雨事件和重大工程的水土保持效益等生态与环境监测与评估方面发挥更大作用;长期高质量监测与试验是土壤侵蚀模型建立的基础;顶层设计并以管理用户需求为导向建立模型,是实现模型应用的前提;多学科交叉合作和长期坚持,不断与新技术和研究成果融合更新模型,是保持模型有长期生命力的条件三 关键词:土壤侵蚀模型;水土保持;USLE;CSLE;WEPP 中图分类号:S157.1文献标志码:A 文章编号:2096?2673(2018)01?0025?13 DOI :10.16843/j.sswc.2018.01.004 收稿日期:20171201 修回日期:20171216 项目名称:国家自然科学基金 东北黑土区土壤侵蚀对作 物产量-土壤水分响应关系’的影响”(41371271);水利部公益性行 业科研专项经费 典型黑土区坡耕地土壤侵蚀危险程度研究”(201501012);国家自然科学基金 地表过程模型与模拟创新研究群体科学基金”(41321001) 第一作者简介:谢云(1964 ),女,教授三主要研究方向:土壤侵蚀及其影响评价三E?mail:xieyun@https://www.doczj.com/doc/186075697.html, Application of soil erosion models for soil and water conservation XIE Yun,YUE Tianyu (State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology,Faculty of Geographical Science,Beijing Normal University,100875,Beijing,China)Abstract :[Backgroud ]Soil erosion models,achievements of theoretical researches on soil erosion,have already been studied for nearly 80years,and have become more and more important in soil conservation.Although in China,both monitoring and model researching have started almost simultaneously with the United States,the gap has widened.To review and summarize the researching and application history of soil erosion models are of great significance for the researches of soil erosion models in China.[Methods ]This paper reviewed the development of USLE (Universal Soil Loss Equation),Chinese empirical models such as CSLE (Chinese Soil Loss Equation),some physically?based models such as WEPP (Water Erosion Prediction Project),EUROSEM (European Soil Erosion Model),and also several representative application models such as EPIC (Erosion Productivity Impact Calculator),CREAMS (Chemicals,Runoff,and Erosion from Agricultural Management Systems).It also introduced s application cases and from which enlightenment were given.Furthermore,it put forward points or issues in the application of USLE in China,and compared different models in their application and their merit and demerit.[Results ]As for USLE,runoff plot monitoring plays a vital role in the model’s building.For the factors affecting erosion have interaction between each other,it’s critical to choose independent index in the models for calculating soil loss.The parameters in USLE must be