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土壤侵蚀的发生发展是一个缓慢的过程,它所产生的影响也是综合和长期的积累作用,因此迫切需要能及时诊断土壤侵蚀发生发展状况,定量评价土壤侵蚀及其影响的技术工具,即土壤侵蚀预报模型。土壤侵蚀模型可以反映土地利用变化的信息,分析不同水土保持措施的效果,是水土保持措施配置的重要技术工具;因此,模型的发展离不开侵蚀过程的研究,同时模型又是检验新研究成果的一个重要工具。本文在分析研究流域土壤侵蚀特点的基础上,建立了一个次降雨分布式的土壤侵蚀模型。主要研究结论如下:
1)分析东北黑土区和研究流域的侵蚀特点发现,研究流域在一年内有两个侵蚀强烈期,它们是春季融雪期和夏季降雨期。根据土壤剖面特征发现流域内坡面上的侵蚀具有一定的地带分布规律,坡耕地黑土厚度从坡顶至坡脚的一般变化趋势是先减少后增加,表明从坡顶向下,坡面侵蚀随坡面径流深、流速的增大而逐渐增强,至一定距离后,由于水流含沙量太大,径流冲刷力减弱使侵蚀减弱,到坡脚时发生泥沙沉积。
2)通过野外调查和室内土壤样品的分析实验得到研究流域的黑土层厚度在20～30cm之间,流域土壤的剖面分布遵循由壤土过渡到粘壤土再到砂壤土的规律,每层的厚度根据样点所处的地形位置不同而不同;渗透性实验得到表层黑土层的渗透性很大,但是表层以下的粘土层质地粘重,渗透性很差,含水量很高;砂壤土层中存在一层不透水的铁盘,由于铁盘隔水,降雨时从坡项汇集的地下径流到达坡中下部时,遇到隔水层以上土壤的含砂量大透水性大的地方再加上土壤质地粘重形成渍涝地。
3)分析整理研究流域的降雨产流产沙资料,结果表明该地区侵蚀性降雨多发生在前期降雨量较大,土壤含水量较高的情况下;流域洪峰一般出现在最大雨强之后的1个小时,降雨结束后洪水并不马上停止,退水平均需要2.3个小时;由于泥沙运动规律和洪水的传播规律不同,出现含沙量消退过程线滞后于洪水退水过程线的现象。
4)研究了植被截留和土壤入渗等过程,确定各水文过程的计算方法:根据DEM栅格的流向图,建立栅格单元的拓扑关系,由此根据流向对流域栅格进行分级,采用栅格分级汇流演算机制用运动波方程计算汇流过程;土壤侵蚀总是伴随径流的产生而产生,文章根据侵蚀产沙机理,将坡面侵蚀分为细沟侵蚀和细沟间侵蚀进行计算,并基于连续性方程建立动态的产沙方程对产沙过程进行模拟。
5)选用人工试错法对模型参数进行率定,结合实测资料和文献资料对模型各参数进行拟定,在此基础上对模型进行验证。模型的效率系数ME径流量为0.68,产沙量有效性系数为0.95。