基于GIS 的区域水土流失过程模拟研究

Abstract

区域水土流失过程研究对认识土壤侵蚀对环境要素的影响、理解全球变化与区域 土壤侵蚀关系具有重要意义，而且能为水土流失治理的宏观规划和区域环境问题决策 提供支持。本论文在对区域水土流失过程理论分析和其影响因子分析的基础上，完善 了已有的区域水土流失模型的算法，探索了区域尺度上土壤含水量的估算方法，并在 ArcGIS环境和.NET Framework2.0下，用C＃语言开发了计算机模型系统，在试验流域 应用，完成了区域水土流失过程模拟。主要研究结论如下： （1）探索了区域水土流失模型中土壤含水量的计算方法。考虑到在较大尺度流 域影响土壤含水量的气候因子（气温)、土壤因子（容重)、植被因子（土地利用）和 地形因子（坡向、地形湿度指数），在GIS支持下，建立藉河示范区土壤含水量模拟 方程，回归效果显著。将样点的模拟值和实测值进行分析，得到所有测点模拟值的平 均误差为0.105。结果表明，利用地形湿度指数、坡向、土地利用、降水、气温和土 壤容重等，以实测的土壤含水量数据为基础，可以建立模型并模拟土壤水分，作为土 壤前期含水量用来支持模型中径流的估算； （2） 完善了区域水土流失过程模型的主要算法设计。考虑土壤前期含水量、蒸 发、雨滴溅蚀、土壤粘结力和不同产流机制等，完善了区域水土流失中降雨产流过程、 侵蚀产沙过程的算法。并在计算机模型系统和GIS支持下完成降雨产流、侵蚀产沙和 径流泥沙物质汇集过程的计算。 （3） 完成了试验区水土流失过程的模拟。利用藉河示范区2005 年7 月份数据， 采用了不同分辨率、不同时间步长对模型进行测试，结果表明模型设计时的各个模块 都能够达到预定功能，输出图形都能反映藉河示范区侵蚀特征，且空间格局和结构都符合实际情况，宏观上主要受土地利用和气候特征影响，微观上主要受地形微起伏影 响。将模型应用于藉河示范区，得到2005 年藉河示范区汛期的总径流量、侵蚀产沙 量分别为为6.73*108 m3 和6.74&times;106t ，径流模数和侵蚀模数分别为9.48&times;104 m3/km2.a 、2978t/km2.a 。模拟结果和实际水土流失情况较为符合。</p