基于CAESAR模型的土壤侵蝕研究.pdf

1、土壤侵蝕是全球性的環(huán)境問題,也是我國的頭號環(huán)境問題。土壤侵蝕引起的江河堵塞、洪水泛濫、土壤退化以及養(yǎng)分流失等嚴(yán)重威脅全球環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展。目前,應(yīng)用土壤侵蝕模型來研究水土侵蝕是該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向,但目前國內(nèi)外關(guān)于流域尺度的土壤侵蝕模型研究還較少。CAESAR模型是英國Hull大學(xué)Tom Coul thard教授開發(fā)的基于自動元胞機(jī)算法的、用于研究河道和流域地形演化的物理過程模型,在國外已有成功的應(yīng)用。本文針對我國南方山地的特點,以

2、安徽巢湖流域的龍河口水庫流域為例,探討了適用于該區(qū)域條件的模型構(gòu)造方法,在此基礎(chǔ)上定量分析了降雨、地形和植被對流域土壤侵蝕的影響和臨界條件,并結(jié)合情景分析,探討了未來降水增加和極端降雨事件下土壤侵蝕的特征。研究主要結(jié)果如下： 基于數(shù)字地面高程模型(DEM)的研究表明,安徽巢湖上游的龍河口水庫流域坡度介于0-63°之間。在80mm的時降水和5096植被覆蓋條件下,基于CAESAR模型計算得到該流域的土壤侵蝕臨界坡度為25°。在該流

3、域,大于該坡度的區(qū)域占11％,因此,該流域的土壤侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域占有相當(dāng)面積。 選取該流域平均坡度18°的條件進(jìn)行的模擬表明,隨著植被覆蓋度的增大,土壤侵蝕量減少。當(dāng)植被覆蓋達(dá)到35-65％的時候,隨著植被覆蓋度的增加,土壤侵蝕迅速減少,當(dāng)植被覆蓋大于65％時,土壤侵蝕量減少的趨勢明顯減緩。這表明在該流域70％的植被覆蓋度可以起到良好的水土保持效果。 降雨是影響土壤侵蝕的關(guān)鍵因素。模型模擬結(jié)果表明,在研究區(qū)域,雨量和雨強(qiáng)對

4、土壤侵蝕的影響直接和植被覆蓋狀況相關(guān),在中等(55％)和低(30％)植被覆蓋條件下,降雨產(chǎn)生的土壤侵蝕量與雨量和雨強(qiáng)相關(guān)性明顯,而在高的植被覆蓋條件下,土壤侵蝕量隨雨量和雨強(qiáng)的增加而增加的趨勢減緩。 同時,在未來全球氣候變化和本地區(qū)降雨可能增加的情景下,該區(qū)的土壤侵蝕將面臨嚴(yán)峻的形勢。結(jié)合中國氣象局和中科院聯(lián)合發(fā)布的未來20年的氣溫和降雨變化報告,構(gòu)建了未來降水比2000年平均降水量(1230.5mm)增加3％和夏季降水更為集中

5、的情景下,該區(qū)土壤侵蝕的可能后果。研究結(jié)果表明,在未來降雨量增加,并且降雨更加集中的情況下,該區(qū)的土壤侵蝕更加嚴(yán)重,土壤侵蝕模數(shù)達(dá)到4727t/km2/a,一旦有極端天氣事件如暴雨或大雨的出現(xiàn),土壤侵蝕會達(dá)到強(qiáng)烈侵蝕級別；20％植被蓋度侵蝕模數(shù)為6554.47 t/km2/a,55％植被蓋度侵蝕模數(shù)為4904.60 t/km2/a,90％植被蓋度侵蝕模數(shù)為3550.06 t/km2/a。植被覆蓋度的增加可以從一定程度上抵消降雨增加和降雨