基于CA和ANN的土壤侵蝕時空演化模擬——以湖南省澧水流域為例.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、土壤侵蝕及其導(dǎo)致的水土流失已經(jīng)是全球性的生態(tài)環(huán)境問題,土壤侵蝕模型可以對其過程和機(jī)理進(jìn)行科學(xué)化、定量化研究,并有效預(yù)報侵蝕狀況,便于為水保措施效益評估、土壤侵蝕綜合防治和水土保持區(qū)劃工作提供科學(xué)依據(jù)。
   在回顧國內(nèi)外土壤侵蝕研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,探討地理信息系統(tǒng)(GIS)、元胞自動機(jī)(CA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)在土壤侵蝕方面的應(yīng)用,分析降雨、地形、土壤、植被、人類活動等因素對土壤侵蝕的影響,構(gòu)建GIS支持下的土壤侵蝕預(yù)測模型AN

2、N-CA。本研究解決以下三個問題:(1)ANN-CA模型的構(gòu)建:選擇通用土壤流失方程(USLE)作為基礎(chǔ)模型,研究模型中各因子計算公式,進(jìn)行參數(shù)率定;運用ANN技術(shù),從侵蝕強(qiáng)度等級之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系中求取所需的轉(zhuǎn)換概率,并用此定義CA的轉(zhuǎn)換規(guī)則,設(shè)計土壤侵蝕預(yù)測模型ANN-CA。(2)ANN-CA模型與GIS的集成:在GIS技術(shù)的支持下,讀取、存儲、處理與輸出模型所需的數(shù)據(jù)。并且將GIS的空間數(shù)據(jù)處理、空間分析、可視化表達(dá)等功能和CA的時空

3、動態(tài)模擬功能進(jìn)行耦合,模擬土壤侵蝕的時空演變。(3)ANN-CA模型在研究區(qū)的應(yīng)用:以澧水流域為研究對象,應(yīng)用ANN-CA模型,通過驗證分析,模型改進(jìn)等手段,控制模型對未來的土壤侵蝕狀況進(jìn)行模擬的精度,實現(xiàn)空間分布定量研究和時空演化動態(tài)模擬。然后分析模擬結(jié)果,提出防治對策。
   通過利用ANN-CA模型在研究區(qū)進(jìn)行時空演化模擬,得到以下結(jié)論:(1)土壤侵蝕具有復(fù)雜的非線性特征,而CA技術(shù)和ANN技術(shù)能夠用簡單的方法有效地對其進(jìn)

4、行動態(tài)模擬;(2)ANN-CA模型能避免主觀臆測,結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計難度不大,參數(shù)較少,參數(shù)率定的工作量小,但是精度較高,結(jié)果直觀;(3)通過對研究區(qū)2015年土壤侵蝕狀況的預(yù)測,反映出三個規(guī)律,指導(dǎo)防治對策:在空間上,澧水流域土壤侵蝕強(qiáng)度的區(qū)內(nèi)相似性和區(qū)間差異性較為明顯,便于進(jìn)行因地制宜的分區(qū)防治;在時間上,澧水流域大部分范圍內(nèi)土壤侵蝕已經(jīng)得到有效控制;在總體上,澧水流域土壤侵蝕防治的落腳點在于坡改梯(坡度小于25°)、退耕(旱地、坡度大

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