《水蚀模型WEPP与GIS的联合应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水蚀模型WEPP与GIS的联合应用（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要 i 水蚀模型 WEPP 与 GIS 的联合应用 学科名称环境工程 答辩日期2004 年 3 月 研究生姓名莫放 研究生签名 导师姓名贾忠华副教授 导师签名 摘 要 流域水蚀是造成非点源污染发生的重要原因 而人类活动和地表覆盖是影响其严重程度的重要因素在我国大力加强生态环境建设实行高侵蚀地区退耕还林的过程中预测不同管理方式下流域水蚀的发生对有效评价管理措施有着重要意义目前国内外研究人员积极进行应用基于物理过程的模型对水土流失过程进行模拟但是由于如气象土壤水文地质植被地形自然条件复杂多变在模拟分析时会面临很多困难地理信息系统GIS的出现为解决采集管理修正和整合大量来源不同的数据提供了一个良
2、好的解决途径 本文就是研究如何应用 GIS 为水蚀模型 WEPP 提供数据并且以延安地区的一个面积为 3.65 km2小流域向阳沟为实例进行水土侵蚀模拟同时应用 GIS 演示模型模拟结果 本研究首先利用 ArcGIS 软件由数字高程模型 DEM 中提取如流域的划分水流网络的提取等与流域特征相关的数据作为坡面资料 其次应用 GIS 矢量化向阳沟流域治理措施图作为土地管理资料然后利用 BPCDG 程序整理气象资料同时提供 WEPP 所需的土壤资料最后将上述成果整理后输入 WEPP 进行模拟模型的模拟结果表明 WEPP 能够较为合理的模拟向阳沟小流域的水土侵蚀的发生同时证明应用不同的管理措施可以明显
3、降低侵蚀量和径流量 结果也表明 GIS 这种先进工具的介入可以很好地为 WEPP 这种机理模型提供数据并且使得模拟结果的展示具体直观生动 关键词侵蚀 水蚀模型 WEPP 地理信息系统 GIS 流域 基金项目陕西省重点实验室项目资助 ABSTRACT ii THE APPLICATION OF WEPP AND GIS MAJOR: ENVIRONMENT ENGINEERING DATE: 2004.3 AUTHOR: Mo Fang Signature: Advisor: Jia Zhonghua Signature: Abstract Water erosion is one of the
4、 most important contributors of non-point source pollution. Human activity and landcover are among some most significant factors influence the severeness of water erosion. China is enhancing its environmental protection, and returning some erosion prone area from agriculture to forestry is one major
5、 step. In order to accurately and timely assess the effectiveness of management practices, mathematic models, especially distributed, physical-process based model in recent years, have become a power tool in to simulate the change and trend. However, due to the extreme complexity in natural system,
6、the model need a great deal of data of various types, such as climate, soil, hydrology, geology, plant, topography etc. Normally a distributed-parameter model is not designed to handle such large quantity data. With the advance of information and computer technology, GIS has excellent advantages in
7、processing spatial data and performing spatial analyses. This paper studies how to link GIS and WEPP, a Distributed-Parameter Model, together to simulate the erosion of Xiangyanggou, a 3.65 km2 watershed located 12 km from Yanan city. First, with Spatial Analyst of ArcGIS, the hydrologic analyses we
8、re conducted based on the DEM (digital elevation model). ArcGIS collected the data about the characteristic of topography, such as flow direction, stream networks, and created sub-watersheds. Also by using ArcGIS, a paper map showing the management measures of Xiangyanggou was converted to a digital
9、西安理工大学硕士学位论文 iii form, and fed WEPP as the management layer. Then the meteorologic data were processed by BPCDG, and the soil data were collected from historical survey data. Finally, simulations were performed by WEPP with the input data mentioned above. By comparing with monitoring data, the simul
10、ated amounts of soil loss and runoff of Xiangyanggou indicted that the simulation of WEPP was reasonable, and proved some management could reduce the severeness of erosion. Meanwhile, GIS could provide data to WEPP effectively, and better illustrate the results from the simulation model. Key words:
11、Erosion WEPP GIS Watershed 第一章 绪论 1 1 绪论绪论绪论绪论 1.1 研究的目的及意义研究的目的及意义研究的目的及意义研究的目的及意义 水土资源是人类赖以生存的基本条件水土侵蚀的发生直接影响到水土资源的开发和利用问题是危机全人类生存社会稳定和经济发展的全球问题1严重的水土侵蚀不仅导致土壤退化而且还会造成河道淤积 水质污染 目前 全国水土流失面积 367 万 km2 约占国土的 38%其中长江流域水土流失面积 73.9 万 km2占流域总面积的 41%黄河水土流失面积 45 万 km2占全流域总面积的 60%同时全国水土流失面积以 1 万 km2的速度递增2水土侵
12、蚀是指土壤及其母质在水力风力冻融重力等外营力作用下被破坏剥蚀搬运和沉积的过程 1土壤侵蚀分为水力侵蚀风力侵蚀重力侵蚀冻融侵蚀和混合侵蚀几种水力侵蚀是指在降雨雨滴击溅地表径流冲刷和下渗水分作用下土壤土壤母质及其它地面组成物质被破坏剥蚀搬运和沉积的全部过程它是世界上分布最广危害最为普遍的一种侵蚀类型1 流域水蚀是造成非点源污染发生的重要原因而人类活动及地表覆盖是影响水蚀程度的重要因素在我国大力加强生态环境建设特别是在黄土高原采取高侵蚀地区退耕还林等措施的形势下对不同管理方式下流域水蚀发生的模拟预测对有效评价控制水土流失有着重大的意义 由于自然条件如气象土壤水文地质植被地形等因素的复杂多变性对于水土
13、侵蚀的评价面临很多困难基于物理过程的模型由于其能够从基本的侵蚀产生过程出发这些年得到了长足的发展但是同样由于自然条件的复杂多变也使得这类模型应用于更大尺度范围时需要对参数进行修正而大量参数的准备整合工作往往限制了这类模型的应用地理信息系统GIS的发展为这个问题提供了一个较为理想的解决方法发挥 GIS 在分布式参数采集管理修正和整合等方面的西安理工大学硕士论文 2 优势可以为分布式模型提供一个理想的数据准备及后期处理结果显示工具 本文的研究目的就是将由美国四家政府部门与普度大学联合开发的WEPP(Water Erosion Prediction Project即水蚀预测模型)与当今广泛应用的 G
14、IS 软件 ArcGIS 联合应用进行黄土区水土侵蚀分析 1.2 国内外研究进展国内外研究进展国内外研究进展国内外研究进展 1.2.1 研究概述研究概述研究概述研究概述 对水土流失的研究可以分定性和定量两个层次随着现代科学技术和管理水平的不断提高在水土保持的决策规划和治理方面仅在定性层次上研究水土流失已经无法满足需要,它不仅需要对土壤侵蚀的发生机理分布规律和发展现状做出评估更要对可能发生的侵蚀做出定量预测提出具有针对性的水保措施 3我国的水土侵蚀定量观测开始于 40年代初 1953 年刘善建根据径流侵蚀小区的 10 年资料提出计算年度坡面侵蚀量的公式370 年代以后我国开始注重对土壤侵蚀的定量
15、研究针对降雨特征雨滴动能溅蚀及降雨径流侵蚀力植被盖度等因素与侵蚀量的关系建立了一系列侵蚀方程如王万忠华绍祖牟金泽蔡强国和江忠善等人分别对降雨坡度坡长土地利用植被等因子与侵蚀量的关系做出定量研究3国外在水土侵蚀定量研究方面起步很早早在 1877 年德国土壤学家 Ewald Wollny 已经开始了这一领域的研究3到 20 世纪二三十年代由于美国环境质量的不断恶化促使土壤侵蚀研究监测定量化在这之后至今的几十年间国外研究者开发了大量土壤侵蚀模型 USLE, WEPP1526, AGNPS29, CREAMS36, EPIC25SWAT7, SWRRB, ANSWER35 水土流失研究按照尺度可分为坡
16、面小流域和区域三种不同的层次第一章 绪论 3 由于水土流失的机理复杂涉及到的参数众多国内外目前对于水土流失的研究主要集中于坡面和小流域尺度上对于区域的水土流失研究还较为薄弱国内采用宏观分区的方法进行区域的整体评价国外以美国为主主要依靠地面定位监测网络实现大比例尺评价并结合统计汇总的定期方式得到全国土壤数据资料4 目前以构造应用数学模型进行侵蚀研究的方法已被广泛认同4相对于模型试验与野外观测模型具有如下优点1侵蚀模型是一个模拟系统它可以假设并以数学算法描述一些在自然系统中难于测量的量,同时由于计算机技术的发展也促使模型迅速发展2模型可以预测在不同情况下侵蚀的发生并进行对比进而分析影响侵蚀的不同因素3野外实测工作困难且费时费力针对特定地点的测量结果研究很难推广 1.2.2 水土侵蚀模型水土侵蚀模型水土侵蚀模型水土侵蚀模型 按照模型计算土壤侵蚀量的方法不同
