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我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,研究土壤侵蚀的影响因素对于有效防治土壤侵蚀具有重要意义。降雨和水土保持措施是土壤侵蚀过程中的两个重要影响因子。为了研究北方土石山区不同降雨类型对土壤侵蚀的影响以及水土保持措施在不同设计规格下的侵蚀差异,以北京市房山区蒲洼径流小区2013-2015年观测的105场自然降雨数据及小区泥沙数据为基础,采用实测水文数据与WEPP模型模拟侵蚀过程相结合的方法,对WEPP模型在研究区的适用性进行了评价;采用R软件对降雨数据进行了聚类分析,进而划分了研究区的主要降雨类型。以校正好的WEPP模型为工具,模拟了不同降雨类型下的土壤侵蚀过程,分析了不同降雨特征指标影响下的土壤侵蚀特征;同时,对工程措施、林草措施、耕作措施在不同设计规格下的土壤侵蚀过程进行了情景模拟。主要研究结果如下: 1、WEPP模型土壤文件中的临界剪切力tc、有效水力传导系数Kb、细沟土壤可蚀性Kr3个参数校正值分别为3.7Pa、2.3mm/h和0.009s/m。对率定参数的验证结果表明,侵蚀量和径流量的模型有效性E值分别为0.69和0.77,说明WEPP模型能较好的模拟蒲洼径流小区的产流产沙过程。 2、以降雨量、降雨历时、雨强为降雨特征指标对研究区降雨进行聚类分析,主要划分为3种类型:(1)A型雨:中频率(40%)、长历时(498~840min)、大雨量(6.6~30.8mm)、中雨强(0.7~4mm/h);(2)B型雨:低频率(8.6%)、短历时(24~72min)、中雨量(13~17.5mm)、大雨强(20~25.5mm/h);(3)C型雨:高频率(51.4%)、中历时(48~180min)、小雨量(0.7~5.1mm)、小雨强(0.6~2.5mm/h)。 3、自然降雨中,单场降雨的侵蚀能力表现为B型雨>A型雨>C型雨,其中,侵蚀性降雨中A型雨降雨频率最高、对研究区土壤侵蚀的累计贡献率最大,应重点防范;而C型雨几乎不会引发土壤侵蚀;诱发北方土石山区棕壤坡面土壤侵蚀的临界雨量为8mm、临界雨强为9.5mm/h。 4、在WEPP模型中通过设置最大30min雨强出现的时间将3类雨型进一步划分为4个子雨型,子雨型下土壤侵蚀量整体表现为递增型>峰值型>递减型>均值型,即大雨强在场降雨中出现的时间越靠后其对土壤侵蚀量的贡献越大。同时也说明,同一雨强出现的降雨时序不同,其对土壤侵蚀的贡献率也会存在显著差异。 5、水土保持措施在不同的设计规格下,其减蚀效益存在显著差异:(1)植物措施中,采用WEPP模型模拟13个不同植被盖度下的土壤侵蚀量,发现植被盖度与侵蚀量呈负相关关系,且减少程度随着盖度增加逐渐变缓,当盖度>50%时侵蚀量会显著减少,且植被有效盖度的阈值为70%。(2)工程措施中,设计5个田面宽度和8个田坎高度,模拟不同规格梯田在相同降雨条件下的侵蚀量,分析发现,梯田的土壤侵蚀过程主要发生在田坎处,水平田面几乎没有水土流失,侵蚀量与田坎高成正比,与田面宽成反比。在北方土石山区,水平梯田田坎高度不宜超过2.5m,田面宽不宜小于5m。(3)耕作措施中,在坡度15°、坡长20m的坡面上模拟玉米—紫花苜蓿在7种不同带比配置下的土壤侵蚀量,结果表明,粮—草间作能有效减少土壤侵蚀量,且草带所占比例越大减蚀效益越好。在水土保持为主的坡耕地上适合推广粮:草带比为2∶4的间作配置模式。