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1.
基于物理过程基础上的WEPP土壤水蚀预报模型将坡面侵蚀分为细沟侵蚀和细沟间侵蚀,建立了独立的细沟间模型和细沟模型.其中细沟侵蚀产沙方程从概念上可以预报细沟侵蚀过程,但没经实验或理论验证.该文经过理论分析表明,WEPP模型中的剥蚀率是水流含沙量的线性函数,并由给定的试验条件计算得到了函数中的参数.将理论分析结果和已有的实验结果进行了比较,验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.同时将已得到的确定细沟剥蚀率的微分方程代入细沟侵蚀产沙方程并求解,从理论上得到了含沙量随沟长变化的函数关系.将理论分析结果和由实验所得的结果进行了对比,进一步验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.该文从细沟剥蚀率和产沙量两方面对WEPP模型中细沟侵蚀产沙模型进行了验证. 相似文献
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坡面流输沙能力与土壤可蚀性参数对细沟土壤侵蚀过程影响的有限元计算模型研究 总被引：3，自引：0，他引：3
土壤侵蚀预报模型对于定量评价水土保持效果,合理制定水土保持措施等具有重要意义。细沟侵蚀模型是土壤侵蚀预报模型的重要组成部分。本研究建立了一个以物理概念为基础的细沟侵蚀预报模型,模型包括水流连续性方程、水流动力学方程和泥沙运移方程;同时,模型改进了部分参数的计算方法,以线性形式的水流输沙能力计算方法取代原有的对数形式方法,将土壤最大剥蚀率用于土壤可蚀性参数的计算;采用有限元方法对模型进行顺序求解;Visual C++语言数值计算程序被用来模拟细沟侵蚀产沙变化过程,并进行了一系列室内试验验证该数学模型、模型参数及数值计算方法。结果表明,模型预测值和实测值具有很好的一致性,改进的模型参数计算方法能够准确地反映土壤可蚀性参数与水流输沙能力对细沟侵蚀过程的调控作用。 相似文献
3.
土壤可蚀性在WEPP模型中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
影响土壤侵蚀过程的关键因素是侵蚀力和土壤可蚀性。土壤可蚀性是定量计算土壤流失的重要指标和土壤侵蚀预报模型中的必要参数。WEPP是由美国农业部开发的新一代水蚀预测模型 ,该模型以土壤可蚀性为必要参数 ,并将其分解为细沟间可蚀性 (Ki)、细沟可蚀性 (Kr)和临界剪切力 (τc)来预报流域径流形成与土壤侵蚀过程 相似文献
4.
东北黑土坡耕地不同水力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响 总被引：4，自引：2，他引：2
集中水流条件下细沟土壤侵蚀过程对研究细沟侵蚀机理与土壤侵蚀预报有着重要的意义,并且为土壤侵蚀模型其他重要参数比如剥蚀率、可蚀性参数提供基础数据。为了研究东北黑土坡耕地不同水动力条件下坡长对土壤细沟侵蚀的影响,该文采用室内模拟试验方法,测量含沙量随坡长的分布。试验设计包括4个坡度(5?、10?、15?、20?)与3个流量(1、2、4 L/min),在不同水力条件下,测量不同坡长(0.5、1、2、3、4、5、6、7、8m)含沙量。结果表明含沙量在各种水力条件下均随坡长增加,且其增加的速率随坡长减小。对坡长与含沙量系列数据用幂指数函数拟合,其决定系数R2在0.85到0.99之间。因此,黑土坡耕地细沟侵蚀产生的含沙量随坡长呈幂指数增加,且含沙量在一定坡长之后将达到最大值。随坡度和流量的增大,水流在更短的坡长上侵蚀并携带更大的最大含沙量。该文对进一步理解与研究细沟侵蚀过程有着重要的意义,且为深入研究细沟侵蚀提供了数据支撑,为土壤侵蚀模型剥蚀率、可蚀性参数等提供依据。 相似文献
5.
水力梯度影响下WEPP模型估计细沟侵蚀参数的可行性分析 总被引：2，自引：0，他引：2
为分析近地表水文条件影响下WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型估计细沟可蚀性和临界剪切力的可行性,该研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,采用不同水力梯度值模拟饱和/渗流(水力梯度为0、0.71和1.43 m/m)和排水(水力梯度为?0.71和?1.43 m/m)2种近地表水文条件,并设置3个放水流量(0.55、1.58、2.51 L/min),利用"V"形试验土槽测定不同条件下细沟产流产沙,以WEPP模型估算的土壤可蚀性和临界剪切力为计算值。测定增大流量直到侵蚀开始并出现连续不断的土壤颗粒分离时所对应的流量,将基于此流量计算获得的临界剪切力作为实测值。比较临界剪切力计算值与实测值验证WEPP模型估算的可靠性。结果表明,在饱和/渗流条件下,土壤剥蚀率随着冲刷历时的增加逐渐减小;在排水条件下,放水流量为0.55 L/min的土壤剥蚀率随冲刷历时的增加快速减少并逐步稳定,而随着放水流量增大土壤剥蚀率波动的更为剧烈。5个水力梯度平均细沟可蚀性为2.51×10?2 s/m。饱和/渗流条件下细沟可蚀性为3.07×10?2 s/m,是排水条件的1.78倍。除水力梯度为?1.43 m/m时临界剪切力在WEPP模型中的计算值与实测值相符外,在?0.71~1.43 m/m范围内,临界剪切力的计算值均高估了实测值,平均高估了36.85%。临界剪切力实测值与计算值呈指数函数关系(R2=0.77,P0.01)。该研究可为黄壤的侵蚀防治及WEPP细沟侵蚀模型临界剪切力修正提供理论支持和科学指导。 相似文献
6.
饱和状态下黄绵土坡面细沟侵蚀可蚀性和临界剪切应力特征 总被引：1，自引：1，他引：0
土壤可蚀性参数和临界剪切应力是评价土壤易侵蚀程度和抗水流剪切变形能力的重要指标,目前在黄绵土坡面细沟侵蚀过程中,土壤饱和条件下可蚀性参数和临界剪切应力的变化尚不明确。该研究采用室内土槽模拟冲刷试验确定不同坡度（5°、10°、15°、20°）和流量（2、4、8 L/min）下饱和黄绵土坡面的最大细沟剥蚀率,基于数值法、修正数值法和解析法计算土壤可蚀性参数和临界剪切应力。结果表明,3种方法所得最大细沟剥蚀率均随坡度和流量增加而增大,其中修正数值法和解析法计算的最大细沟剥蚀率更接近。土壤可蚀性参数分别是0.485、0.283和0.268 s/m,土壤临界剪切应力分别为1.225、1.244和1.381 N/m2。修正数值法可提高数值法近似计算的精度,使近似计算结果更接近解析法计算获得的理论值。饱和较未饱和黄绵土的土壤可蚀性参数略有减小（16.83%）,而临界剪切应力减小了66.97%,表明土壤饱和对黄绵土土壤可蚀性参数影响很小,但大幅度削弱了土壤临界剪切应力,使得黄绵土坡面饱和后土壤侵蚀更为强烈。此外,饱和黄绵土边坡的临界剪切应力比饱和紫色土坡面大6.38%,而细沟可蚀性参数大2.35倍,表明土壤饱和对2种土壤临界剪切应力影响程度相似,但黄绵土较紫色土对土壤侵蚀的敏感性更高。研究结果可为饱和状态下不同土壤坡面细沟侵蚀模型参数的优化提供参考。 相似文献
7.
细沟剥蚀土粒随着细沟股流中含沙量的增加而减少，这一概念已在一些侵蚀模型（如WEPP）中得到应用。用黄土高原一种典型的粉壤土，在5种坡度（5°，10°，15°，20°，25°），3种流量（2，4，8 L/min）条件下进行了细沟侵蚀模拟试验，试验沟长0.5～8 m。通过405次试验，确定了不同坡度、入流量条件下，侵蚀产沙量与细沟长度的定量函数关系。在假定细沟径流和土壤侵蚀沿细沟的行为相同条件下，提出了一种计算含沙水剥蚀率的方法，并进一步表达了细沟剥蚀率随含沙量以及沟长变化的函数关系。实验结果在15°，20°，25°时表现出很好的显著性。 相似文献
8.
土壤侵蚀物理模型中紫色土细沟侵蚀参数研究 总被引：1，自引：1，他引：0
以长江中上游典型侵蚀性土壤紫色土为研究对象,采用变坡限定性细沟土槽,研究不同流量、坡度和沟长情况下,紫色土细沟侵蚀特征,并量化了细沟侵蚀参数。结果表明:细沟侵蚀受水流水力特征、土壤性质和坡面影响,随着水流含沙量的增大,细沟侵蚀速率呈现减小趋势;流量越大,坡度越陡,细沟水流的剥蚀率越大,造成细沟侵蚀速率也越大。在5L/min的小流量下,细沟侵蚀速率受剥蚀率限制与含沙量没有出现线性关系,15,25L/min流量下,细沟侵蚀速率与含沙量呈线性相关。侵蚀速率在细沟开始处最大,随沟长的增大,水流能量消耗于挟带泥沙而迅速减小,相关性分析得到侵蚀速率与沟长呈指数递减,相关系数R2变化于0.45~0.98之间。通过回归分析得到试验条件下,紫色土细沟土壤可蚀性均值为0.005 3s/m,临界剪切力均值为2.92Pa。研究结果对于坡面土壤侵蚀物理模型的建立和推广应用提供数据支撑,为紫色土坡面侵蚀研究提供借鉴。 相似文献
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10.
基于水蚀预测模型的红壤坡面侵蚀主要影响因素研究 总被引：2，自引：0，他引：2
利用229场侵蚀性自然降雨的小区观测数据,率定并验证了典型红壤坡面水蚀预测(WEPP)模型,并对模型的敏感性检验和弹性系数进行了分析。结果表明,红壤坡面土壤侵蚀对降雨量、雨强、细沟可蚀性、临界剪切力、坡长、坡度等6个输入参数的变化具有强敏感性;地表径流量对降雨量具有强敏感性,对雨强、初始饱和导水率、有效水力传导系数等参数存在弱敏感性。这些参数是影响红壤坡面侵蚀产沙产流的主要因素。 相似文献
11.
Corey A. Moffet Frederick B. Pierson Peter R. Robichaud Kenneth E. Spaeth Stuart P. Hardegree 《CATENA》2007
Fire in sagebrush rangelands significantly alters canopy cover, ground cover, and soil properties which influence runoff and erosion processes. Runoff can be generated more quickly and in larger volume following fire resulting in increased risk of severe erosion and downstream flooding. The Water Erosion Prediction Project (WEPP) model was developed to predict erosion on cropland, forest, and rangeland. WEPP is a tool that has potential to model the effect of fire on hillslope hydrological processes and help managers address erosion and runoff risks following fire. Experimental results on a steep (35 to 50% slope) sagebrush site suggest that rill erosion is the dominant erosion process following fire and the WEPP parameterization equations related to the rill erosion process need improvements. Rill detachment estimates could be improved by modifying regression-estimated values of rill erodibility. Also, the interactions of rill width and surface roughness on soil shear stress estimates may also need to be modified. In this paper we report the effects of prescribed fire on runoff, soil erosion, and rill hydraulics and compare WEPP estimated erosion for several modeling options with measured erosion. 相似文献
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A rational method for estimating erodibility and critical shear stress of an eroding rill 总被引：2，自引：0，他引：2
Soil erodibility and critical shear stress are two of the most important parameters for physically-based soil erosion modeling. To aid in future soil erosion modeling, a rational method for determining the soil erodibility and critical shear stress of rill erosion under concentrated flow is advanced in this paper. The method suggests that a well-defined rill be used for shear stress estimation while infinite short rill lengths be used for determination of detachment capacity. The derivative of the functional relationship between sediment yield and rill length at the inlet of rill flow, as opposed to average detachment rate of a long rill, was used for the determination of detachment capacity. Soil erodibility and critical shear stress were then regressively estimated with detachment capacity data under different flow regimes. Laboratory data of rill erosion under well defined rill channels from a loess soil was used to estimate the soil erodibility and critical shear stress. The results showed that no significant change in soil erodibility (Kr) was observed for different slope gradients ranging from 5 to 25 while critical shear stress increased slightly with the slope gradient. Soil erodibility of the loess soil was 0.3211 ± 0.001 s m− 1. The soil erodibility and critical shear stress calculations were then compared with data from other resources to verify the feasibility of the method. Data comparison showed that the method advanced is a physically logical and feasible method to calculate the soil erodibility and critical shear stress for physically-based soil erosion models. 相似文献
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陕西省耕地土壤可蚀性因子 总被引：3，自引：0，他引：3
[目的]土壤可蚀性因子是计算土壤侵蚀的一个重要因子,对陕西省耕地土壤可蚀性因子展开研究,可为陕西地区的耕地土壤侵蚀计算及评价提供科学依据。[方法]以陕西省9个地区的耕地土壤实测数据为基础,利用通用土壤流失方程USLE(universal soil loss equation)、修订土壤流失方程RUSLE2(revised universal soil loss equation version 2)、侵蚀生产力影响模型EPIC(erosion productivity impact calculator)中可蚀性因子K值的计算公式以及几何平均粒径公式和几何平均粒径—有机质Dg-OM公式,计算不同耕地土壤质地条件下的土壤可蚀性因子。[结果]RUSLE2的极细砂粒转换公式在陕西黄土丘陵沟壑区平均低约14.53%,在陕南地区平均高约32.91%,使用修正公式后平均误差分别为7.81%和13.14%;对比分析K值的估算值与实测值,子洲县实测K值为0.002 69〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕,Dg-OM模拟计算均值为0.0297〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕;水蚀预报模型WEPP(water erosion prediction project)中的细沟间可蚀性(Ki)和细沟可蚀性(Kr),与USLE的K值相关系数分别为0.738 6和0.607 4。[结论]极细砂粒转换修正公式的计算误差小于RUSLE2模型;Dg-OM模型适合陕西黄土丘陵沟壑区及长武县、杨凌区和安康市典型耕地土壤;WEPP中Ki和Kr,当土壤砂粒含量小于30%,USLE的K值与WEPP的Ki和Kr值有强相关性。 相似文献
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估算细沟含沙水流剥蚀率的改进方法 总被引：5，自引：2，他引：3
为了得到更接近实际的细沟侵蚀模拟数据,改进了前人研究细沟含沙水流剥蚀率的方法。选取黄土高原的典型土壤(安塞黄绵土),采用12 m长土槽在5个坡度(5°,10°,15°,20°,25°)和3个流量(2、4、8 L/min)条件下进行细沟侵蚀过程模拟试验。估算各水力工况下沿细沟含沙水流剥蚀率,探究含沙量,沟长,坡度及流量对于剥蚀率的影响并验证该试验方法的准确性。结果表明:剥蚀率随含沙量的增加呈线性递减,在陡坡(15°,20°,25°)上,随细沟长度的递增呈指数下降,该变化规律在陡坡和大流量下更为显著;并与前人数据进行对比分析,相关系数为0.917,说明与前人结果吻合度高,验证了该研究试验方法的准确性。研究结果将为更好地描述黄土细沟侵蚀过程及土壤侵蚀预测预报提供参考依据。 相似文献
15.
Purpose
This study aims to verify the performances of Water Erosion Prediction Project (WEPP) rill erosion equation using loess material by investigating the variations of soil detachment rate with sediment load by rill flow, quantifying the response of soil detachment rate to sediment load, and comprehensively examining WEPP rill erosion equation, so as to provide scientific basis for the application of WEPP model on the loess plateau and to sufficiently understand the response of soil detachment rate to sediment load.Materials and methods
The experiment was conducted in a rill flume with a soil-feeding hopper and was specifically designed to isolate the effect of sediment load on detachment rate. Loess material was collected from a typical hilly region of the Loess Plateau, Ansai, Shaanxi, China. The test soil was quantitatively fed into rill flow by a soil-feeding hopper to produce different sediment loads. Seven unit flow discharges (1.11, 1.56, 2.00, 2.44, 2.89, 3.33, and 3.78?×?10?3 m2 s?1) were combined with six slopes (10.51, 15.84, 21.26, 26.79, 32.49, and 38.39 %). The sediment transport capacity was measured for each combination. The detachment rate was measured for each combination under seven sediment loads, which were 0, 10, 25, 50, 75, 90, and 100 % of the sediment transport capacity.Results and discussion
Soil detachment rate decreased with the increase of sediment load. Levels of sediment load in 0, 10, 25, 50, 75, 90, and 100 % reduced detachment rate in rates of 0, 18.93, 36.36, 56.28, 70.15, 83.42, and 92.19 %, respectively. The response relationship of detachment rate to sediment load by rill flow was described well by a negative linear equation (R 2 range from 0.8489 to 0.9982, P?<?0.01), and the vertical and horizontal intercepts of the linear equation represented the detachment and transport capacities, respectively (R 2?=?0.9955, NSE?=?0.9788 for D c ; R 2?=?0.9957, NSE?=?0.9635 for T c ), as expressed by the WEPP rill erosion equation. The WEPP rill erosion equation predicted the soil detachment rate very well (R 2?=?0.9667, NSE?=?0.9611).Conclusions
Sediment load transported by rill flow has a negative influence on soil detachment rate in rills. Introducing sediment load as a factor in model equation of detachment is essential for developing an accepted erosion model. The WEPP rill erosion equation could correctly reflect the response relationship of detachment rate to sediment load in this flume experiment and has a good applicability to loess material.16.
陕北典型黄土丘陵沟壑区的定位观测、野外调查和室内一系列人工降雨试验资料,表明了细沟侵蚀量占坡面侵蚀量的70%。而细沟侵蚀的发生是在坡面股流的流程上,当径流侵蚀力增大到足以冲刷土块,形成小跌水,进而演化为细沟下切沟头时,细沟侵蚀就开始发生了。下切沟头的下切侵蚀和下切沟头间径流对沟底的冲刷、沟头的溯源侵蚀、沟壁的崩塌形成了断续细沟,而位于一条股流流程上多个断续沟头溯源侵蚀的连接就形成了连续细沟。在这个过程中。由于降雨径流侵蚀力和土壤抗侵蚀力在时空上的强弱对比关系,出现了细沟的分叉、合并及连通现象。所有这些过程不但促进了细沟的发展,而且也造成了严重的细沟侵蚀。降雨径流侵蚀力。土壤抗侵蚀性能,坡度、坡长、坡形和土地管理因素是影响细沟侵蚀的主要因素。因此。防治细沟侵蚀的关键是削弱降雨径流侵蚀力和提高土壤的抗侵蚀性能。而免耕留茬、覆盖、草粮带状间作、水平沟种植及土地的合理利用是防治细沟侵蚀行之有效的措施。 相似文献