三峽庫區(qū)紫色土坡面水土流失與溶質(zhì)遷移的數(shù)學(xué)模型.pdf

1、近年來，隨著三峽庫區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的加快，農(nóng)業(yè)化肥大量使用，水土流失日益嚴(yán)重，對三峽水庫水質(zhì)造成巨大壓力，庫區(qū)水華現(xiàn)象時有發(fā)生。給庫區(qū)人民生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響。因此，研究三峽庫區(qū)典型坡地和典型土壤的水土流失及溶質(zhì)遷移的機理和途徑，成為了面源污染治理的一項緊迫和重要的任務(wù)。
　　本文以三峽庫區(qū)典型土壤紫色土為研究對象，覆蓋10~30°不同坡度的坡面，通過室內(nèi)人工降雨實驗，研究不同降雨因子、地形因子和土壤因子以及施肥作用

2、下紫色土水土流失與養(yǎng)分流失的過程，在此基礎(chǔ)上提出適合紫色土坡地的產(chǎn)流產(chǎn)沙模型和溶質(zhì)遷移模型。并結(jié)合Matlab良好的數(shù)據(jù)處理和圖形輸出功能，建立了計算機模型。對預(yù)測和控制庫區(qū)紫色土面源污染過程具有重要意義。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?。?）降雨因素和坡長是影響坡面水土流失的主要因素。降雨量和產(chǎn)流量呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，坡長對產(chǎn)沙的影響作用大于產(chǎn)流的影響。產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。初始產(chǎn)流時間與土壤含水率顯著負(fù)相關(guān)，初始含水率達(dá)到飽和含

3、水率的0.7倍以上時，土壤已經(jīng)成為預(yù)濕潤土壤，很快產(chǎn)生徑流。紫色土的水土流失存在臨界坡度，當(dāng)坡度小于這個臨界值時，產(chǎn)流強度和產(chǎn)沙強度隨坡度增加而增大；當(dāng)坡度大于這個臨界值時，產(chǎn)流強度和產(chǎn)沙強度隨著坡度增加而減小。影響產(chǎn)流的臨界坡度為17°；影響產(chǎn)沙的臨界坡度在20°~25°之間。
　?。?）徑流中全氮濃度隨降雨時間呈現(xiàn)波動衰減趨勢；全磷的濃度隨降雨時間呈現(xiàn)衰減的趨勢，雨強與溶質(zhì)流失量正相關(guān)，與流失濃度沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。隨著坡度的

4、增加，徑流中全氮和溶解態(tài)磷濃度先減小后增加。實驗坡長下，坡長對全氮和溶解態(tài)磷的濃度沒有顯著影響。施肥會增加徑流中全氮和溶解態(tài)磷的流失濃度，相比于溶解態(tài)磷，施肥對于全氮濃度增加的影響更為顯著。因為磷肥施加在土壤表面之后，其形態(tài)很快會發(fā)生改變，形成固定的磷酸鹽形態(tài)，水溶性降低。這一作用導(dǎo)致徑流中磷含量較低，80％以上的磷以顆粒態(tài)形式隨著泥沙流失。泥沙中顆粒態(tài)磷含量穩(wěn)定為0.5±0.01g/kg，是土壤中全磷含量的10倍左右。因此，泥沙是磷的

5、主要流失途徑，顆粒態(tài)是磷的主要流失形態(tài)。
　?。?）首次將地形因子引入土壤水分運動方程，通過降雨強度、坡長、吸濕率、指數(shù)因子、坡度和飽和吸濕率這六個因素來計算和預(yù)測坡面產(chǎn)流量。坡面的產(chǎn)沙量可以用遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用7-10-10-1雙隱層結(jié)構(gòu)，遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的初始權(quán)值和閾值，使算法具有搜尋全局最優(yōu)的能力，提高模型預(yù)測精度和推廣能力。采用降雨強度、產(chǎn)流時間、降雨前含水率、降雨后含水率、坡