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

1、土壤侵蝕是當(dāng)今世界重要的環(huán)境問題之一,由水力導(dǎo)致的土壤侵蝕占有主導(dǎo)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(xué)機(jī)理和坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量的計(jì)算與影響因素,對防止由水力導(dǎo)致的土壤侵蝕有重要的指導(dǎo)性意義。
　　 本研究采用川中丘陵區(qū)遂渝鐵路沿線的8個(gè)徑流小區(qū)2007～2009年的觀測數(shù)據(jù),通過力學(xué)分析總結(jié)流失規(guī)律,篩選可以進(jìn)行模擬的數(shù)據(jù),并采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了5因子復(fù)墾坡面土壤侵蝕模擬預(yù)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(dǎo)化簡得到降雨侵蝕力的表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上,建立宏觀尺度下坡面土壤侵蝕力學(xué)模型。
　　 研究認(rèn)為,坡面土壤顆粒受坡面徑流沖刷分離是動(dòng)力因素和阻力因素綜合作用的結(jié)果,坡面徑流所具有的剪切應(yīng)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(dòng)力學(xué)模型,并以鐵路項(xiàng)目作為載體,通過對渣場坡面侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙動(dòng)力

3、學(xué)模型中影響產(chǎn)流產(chǎn)沙的因素進(jìn)行分析和數(shù)值模擬,進(jìn)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(shè)項(xiàng)目渣場水土保持工作提供科學(xué)依據(jù)。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 1.坡面土壤顆粒受坡面徑流沖刷分離是動(dòng)力因素和阻力因素綜合作用的結(jié)果,坡面徑流所具有的剪切應(yīng)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(yùn)動(dòng)波理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)單寬流量和坡面流流速的理

4、論關(guān)系,并給出表達(dá)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(shè)沿坡面土壤特性不變,化簡若干常數(shù)項(xiàng),得到簡單坡面土壤侵蝕量表達(dá)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(dòng)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(guān)系。通過對復(fù)雜坡面土壤侵蝕量公式的分析和數(shù)值模擬,得出復(fù)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(diǎn)建模,需要對樣本進(jìn)行歸一化輸入和反歸一化輸出,其范圍為[0.05,0.95]時(shí)預(yù)測與擬合結(jié)果較好。對于本研究使用的單隱含層的BP網(wǎng)絡(luò),神經(jīng)元數(shù)初始在9N-10N范圍內(nèi)時(shí)擬合效果較好。預(yù)測