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水土流失影响因素较多,影响因素间的关系比较复杂,使得研究水土流失系统比较困难,以往的研究只探讨单个因素对水土流失的影响,本研究应用系统动力学把所有的影响因素都关联起来,构建一个坡面水土流失系统模型。
首先在前人研究的基础上,结合水土保持原理和研究区域的特征,构建元谋干热河谷坡面的系统动力学模型。构建出的模型包括三个子过程,分别为下渗过程、产流过程、和土壤流失过程,其状态变量为下渗量、产流量、土壤流失量,决策变量为下渗率、产流率、土壤流失率。各决策变量影响因素为降雨量、降雨强度、坡度、植被覆盖度、土壤抗蚀力等。得出决策变量影响因素的影响程度为:
(1)降雨量与三种处理坡面的产流量成显著的线性相关,相关系数都达到了0.9以上,其中与自然坡面的相关性最高,达到了0.991;30分钟雨强(I30)和60分钟雨强(I60)对产流量和土壤流失量也有较高的相关性,I30和I60自然坡面、封禁坡面和水平台坡面产流量和土壤流失量的相关系数都达到0.7以上;
(2)观测3个不同坡度为5°、15°、25°的坡耕地小区里的8次不同降雨条件下产流产沙情况,发现,从5°到15°时,径流量和土壤流失量的增幅都不大.但从15°到25°增幅都很大,这说明缓坡的径流量和土壤流失量变化趋势较平缓,而陡坡较为剧烈。
(3)观测2006年的16次降雨条件下的三种不同植被类型和不同植被覆盖度为乔木(70%)、灌木(70%)、草地(60%)发现植被覆盖率越高,水土流失越少,其大小关系为乔木>灌木>草地的。
(4)对三种不同土地利用方式下的三个径流小区的土壤抗蚀力测定10次,取平均值比较,为水平阶整地>封禁坡面>自然坡面,具体值为自然坡面1.87kg/cmz,封禁坡面的为2.1kg/cm2,水平阶整地的为2.5kg/cm2。
然后以研究区三个径流小区为自然坡面、封禁坡面、水平台整地坡面为研究对象,分暴雨、大雨、中雨、小雨对十次不同降雨类型条件下水土流失过程利用venple软件模拟运行,模拟结果为产流量绝对误差平均为0.32mm、最大为1.18mm,相对误差平均为4.36%、最大为13.6%;土壤流失量绝对误差平均为0.11t/km2、最大为0.99t/km2,相对误差平均为3.63%、最大为11%。模拟值与实测值比较接近,可见模拟结果较为理想。