基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的渣場復墾坡面土壤侵蝕模擬研究.pdf

1、土壤侵蝕是當今世界重要的環(huán)境問題之一,由水力導致的土壤侵蝕占有主導作用,而坡面水土流失是水力侵蝕的起始和決定性階段,因此研究坡面水土流失的力學機理和坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量的計算與影響因素,對防止由水力導致的土壤侵蝕有重要的指導性意義。
　　 本研究采用川中丘陵區(qū)遂渝鐵路沿線的8個徑流小區(qū)2007～2009年的觀測數(shù)據(jù),通過力學分析總結流失規(guī)律,篩選可以進行模擬的數(shù)據(jù),并采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行了5因子復墾坡面土壤侵蝕模擬預測。

2、>　　 通過對坡面侵蝕中濺蝕和徑流的侵蝕過程研究,理論上簡化了其作用方式,通過推導化簡得到降雨侵蝕力的表達式,在此基礎上,建立宏觀尺度下坡面土壤侵蝕力學模型。
　　 研究認為,坡面土壤顆粒受坡面徑流沖刷分離是動力因素和阻力因素綜合作用的結果,坡面徑流所具有的剪切應力大于等于坡面臨界拖曳力,是坡面土壤顆粒發(fā)生分離的必要和先決條件。
　　 建立水力侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙動力學模型,并以鐵路項目作為載體,通過對渣場坡面侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙動力

3、學模型中影響產(chǎn)流產(chǎn)沙的因素進行分析和數(shù)值模擬,進行產(chǎn)流過程、水深過程和單一坡面產(chǎn)沙量與影響因素之間的數(shù)值模擬,期望對此類型開發(fā)建設項目渣場水土保持工作提供科學依據(jù)。
　　 主要研究結果如下:
　　 1.坡面土壤顆粒受坡面徑流沖刷分離是動力因素和阻力因素綜合作用的結果,坡面徑流所具有的剪切應力大于等于坡面臨界拖曳力。是坡面土壤顆粒發(fā)生分離的必要和先決條件。
　　 2.以運動波理論為基礎,推導單寬流量和坡面流流速的理

4、論關系,并給出表達式。由此公式看出單寬流量和流速的主要影響和制約因素有下墊面條件、曼寧糙度系數(shù)、坡面水深和比降、坡長和坡度等;假設沿坡面土壤特性不變,化簡若干常數(shù)項,得到簡單坡面土壤侵蝕量表達公式。
　　 3.對坡面土壤侵蝕率沿坡長方向求積分,得出簡單坡面土壤侵蝕量的公式,得出影響坡面產(chǎn)沙量的因素主要有坡面坡度α、坡長L、單位流程上的單寬流量即徑流率qw、曼寧糙率系數(shù)n(n為綜合反映壁面對流動阻滯作用的粗糙系數(shù))及地表的摩擦系數(shù)

5、f和泥沙粒徑d等。通過matlab數(shù)值模擬,直觀反映出臨界坡度的存在以及只有兩未知數(shù)的情況下坡面產(chǎn)沙量與各因素之間的關系。通過對復雜坡面土壤侵蝕量公式的分析和數(shù)值模擬,得出復雜坡面侵蝕量影響因素的主次作用以及作用規(guī)律。
　　 4.針對輸入因子特點建模,需要對樣本進行歸一化輸入和反歸一化輸出,其范圍為[0.05,0.95]時預測與擬合結果較好。對于本研究使用的單隱含層的BP網(wǎng)絡,神經(jīng)元數(shù)初始在9N-10N范圍內(nèi)時擬合效果較好。預測