基于WEPP模型的沿海新围垦区土壤侵蚀规律研究

WEPP 模型（water erosion prediction project ）是1986年美国农业部等4家单位开始联合开发的新一代基于物理过程的土壤侵蚀预报摩蝎，也是一个逐日预报土壤侵蚀和泥沙输移的模型。

该模型分为3个版本：坡面版本、流域版本和网络版本83]。

其中坡面模型是其基本模型。

WEPP 使用运动波模型计算产流过程，方程的求解使用一种半解析法或更简单的近似方法以节省计算时间。

WEPP 的坡面土壤计算用两种方式表达：（1）在沟间坡面上，土壤颗粒由于雨滴的打击和片流的作用而剥离；（2）在沟内，土壤颗粒由于集中水流的作用而剥离、运输或沉积。

侵蚀计算以单位坡面为基础。

描述坡面侵蚀过程中泥沙运动是基于稳态的泥沙连续方程：r i dGD D dx=+ （24） 式中，x 为坡面向下的距离，G 为单位宽度斜坡的土壤流失量（kg •s -1•m -1），i D 为雨滴造成的沟间泥沙向沟内的输运量（kg •s -1•m -2），r D 为细沟内侵蚀量，其中：1r c c G D D T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（25）式中，c T 为水流的单宽输沙能力（kg •s -1•m -1），在WEPP 中由于3/2c t T K τ=确定，这里t K 为泥沙搬运系数（m 0.5•s 2•kg -0.5），τ为水流切向应力（Pa ）；c D 为沟中水流玻璃土壤的能力，()c c D K τττ=-，其中τ为水流对土壤的剪切应力，c τ为土壤的临界抗剪切应力，K τ为沟内可侵蚀性参数。

2i i f e e D K S I G C = （26）这里i K 为沟间土壤可侵蚀性参数（kg •s -1•m -4），f S 为坡度校正因子，I 为雨强，e G 、e C 为植物、碎石的保护作用。

总的土壤侵蚀方程为;2()1r c i f e e c dGG K K S I G C dx T ττ⎛⎫=--+ ⎪⎝⎭(27) 做如下列变量代换：122()r c cc i f e e K a T m T a K S I G C ττ-⎫=⎪⎪⎪=⎬⎪=⎪⎪⎭ （28）将（28）式代入式（27）并进行求解并在0x =处泰勒展开截至4次项，得到：43212111111()()()()12462ma a a x a x a x c G x a x a a ⎛⎫+≈+-+-+ ⎪⎝⎭（29）43212111111()()()()12462ma a a x a x a x c G x a x a a ⎛⎫+≈--+-+ ⎪⎝⎭（29-1）做如下列变量代换：120411312213124()24124ma a b ca b a b a b a +⎫=⎪⎪⎪=-⎪⎪⎬⎪=⎪⎪⎪=-⎪⎭ （30）120411312213124()24124ma a b ca b a b a b a +⎫=-⎪⎪⎪=-⎪⎪⎬⎪=⎪⎪⎪=-⎪⎭ （30-1）则有：()343213210()24ca G x x b x b x b x b =++++ （31） ()343213210()24ca G x x b x b x b x b =-++++ （31-1） 对式（31）（或（31-1））进行一次对x 微分则有()3321321()432024ca G x x b x b x b '=+++= （32） ()3321321()432024ca G x x b x b x b '=-+++= （32-1） 取32321311()0424F x x b x b x b '=+++=，则()G x 与()F x 有相同的函数性质。

第18卷第5期1998年10月水土保持通报Bullet in of So il and W ater Co nser vat ionVo l.18N o.5Oct.,1998　WEPP水蚀预报流域模型*刘宝元　史培军(北京师范大学资源与环境科学学院・北京・100875)摘　要　WEPP是“新一代水蚀预报技术”开发的计算机土壤侵蚀预报模型,可用于水土保持规划、环境规划及评价。

WEPP是以随机天气生成模型、入渗理论、水文学、土壤物理、作物科学、水力学和侵蚀力学为基础开发的,它在坡面的应用及流域版的基本功能使它比现有侵蚀预报模型有明显优越性,主要包括:(1)估算土壤侵蚀时空分布即全坡面或坡面任一点的净土壤流失量及其随时间的变化。

(2)WEPP模型是过程模型,可应用于更广泛的条件下。

主要介绍了W EPP模型流域版的基本概况和用美国6个不同地方15个小流域实测资料的检验结果。

中图分类号:S157.1关键词:　水蚀预报　WEPP模型　敏感性分析Water Erosion Prodiction Project(WEPP)Model for Watershed ScaleL iu B aoy uan　S hi P eij un(Beij ing N or mal U niver sity,Beij ing,100875,PR C)Abstract　T he Water Erosion Prodictio n Pro ject(WEPP)w atershed scale model w as devel-oped by the USDA for soil erosio n assessment and conservation planning.Serveral sensitivity analy ses and evaluation studies have been co nducted fo r the WEPP hillslope v er sion,but few efforts have been m ade to evaluate the accuracy o f W EPP w atershed model predictio ns by co mpar ing predicted results to m easur ed data.The pur pose o f this study w as to give a brief intro duction of W EPP w atershed model and to evaluate the WEPP w atershed mo del applica-bility and predictio n accur acy for sm all w atersheds under different climates,to pog raphies, so ils,and manag em ents.Data fr om15w atersheds of6locatio ns in the U nited States w ere co mpar ed to r unoff and sedim ent yield estimates using WEPP95.T he result sho ws that the WEPP predicted reasonable averag e annual and event runoff and sediment yield w ith default param eter estim ation procedures for mo st of the sites and individual w ater sheds.Mo del effi-ciencies fo r storm by storm runoff and sedim ent yield w er e quite reaso nable for g eneral condi-tio ns.T he distributio ns of measured and predicted events w ere sim ilar.T his study also point-ed out the potential areas for mo del im pr ovement,including better and mor e specific silage routines,in addition of a w eed component to the plant gr ow th and m anagement model,and better linkag e of the sediment from co ntoured hillslopes to the watershed channel system. Keywords:water erosion prediction;WEPP modelling;sensitivity analyses and evaluation土壤侵蚀预报模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源,管理和维持人类长期生存环境的重要技术工具,受到各国的普遍重视。

土壤侵蚀模型研究综述周正朝上官周平(中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ,712100, 陕西杨凌摘要近年来 , 人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究 , 并针对不同研究对象与目的 , 建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。

在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上 , 讨论土壤侵蚀模型研究与 GIS 技术和 BP 神经网络理论结合的发展趋势 , 同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况 , 提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。

关键词土壤侵蚀 ; 模型 ; 预报 ; 参数收稿日期 :200309修回日期 :1016项目名称 :国家 973项目 (2002C B111502 ; 教育部博士点专项科研基金(20030712001作者简介 :周正朝 (1980—, 男 , 研究生。

主要从事植物生态与水土保持方向研究。

E 2mail :eco @ms. iswc. ac. cn 3刘宝元等 . 中国土壤侵蚀预报模型研究 . 第 12届国际水土保持大会 , 北京 ,2002土壤侵蚀预报模型的研发 , 是土壤和地理学科的前沿领域 , 也是引导和集成土壤侵蚀试验研究、促进土壤侵蚀和水土保持科研定量化的重要手段。

近 30年来 , 各国都投入了大量的人力和物力 , 研发土壤侵蚀预报模型 , 并取得了长足的进展。

根据模型建立的途径和模拟过程 , 模型通常可以分为经验模型、物理过程模型和分布式模型。

我们结合自己在黄土高原土壤侵蚀过程与预报方面的研究工作 , 对土壤水蚀过程模拟模型研究动态进行评述 ,提出了水蚀预报模型亟待解决的关键问题 , 以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立 , 为生态环境改善提供科学依据。

1经验模型 (Empirical Model111国外土壤侵蚀经验模型研究动态国外土壤侵蚀经验模型 , 主要以通用土壤流失方程 (Universal S oil Loss Equation ,US LE 和修正的通用土壤流失方程 (Reversed Universal S oil Loss Equa2tion ,RUS LE 为代表。

2018年8月n m itJournal of Green Science and Technology第16期水蚀预报模型W E P P的应用研究进展雷珊(重庆师范大学地理与旅游学院，重庆401331)摘要：指出了自从水蚀预报模型W E P P研发以来，经过几十年的研究发展，W E P P模型已在国内外得到了快速的发展和应用。

概述了 W E P P模型及原理，总结了该模型的适应性、土壤侵蚀预测、相关参数和侵蚀机理等方面的研究。

针对W E E P模型应用中存在的问题及未来发展方向提出了相应的建议，为模型的进一步完善与应用提供参考。

关键词：水蚀预报模型W E P P;土壤侵蚀；应用研究中图分类号：S157 文献标识码：A文章编号=1674-9944(2018)16-0121-051引言以往的通用流失方程是建立在经验基础上的预测 模型，难以对单场降雨的土壤侵蚀过程、沉积位置、土壤 侵蚀量等进行预测，因此模拟复杂斜坡的土壤侵蚀较为 困难。

为了克服缺陷，美国农业部农业研究局于1985年主持开发了新一代水蚀预报模型W E P P(W a t e r E r o­sio n P r e d ic tio n P r o je c t) ，用以取代通用流失方程[1]。

目前土壤侵蚀预测模型的研究已经由统计模型发展到具 有一定物理意义的过程模型，由坡面模型发展到流域模 型，由集总式模型发展到分布式模型，由只能预测年侵 蚀量发展到可以预测不同降雨、不同时段的侵蚀量以及 土壤侵蚀的连续过程。

自从水蚀预报模型W E P P研发 以来，在国内外得到了快速的发展和应用。

其主要用来 模拟气象变化、植被变化、水土保持措施与耕作管理等 引起的土壤侵蚀。

2 W EPP模型及原理W E P P模型是一个连续对土壤沟蚀、沟间侵蚀、泥 沙运动机理进行模拟的物理模型，是一种基于侵蚀过程 的模型。

作为新一代的土壤侵蚀预测预报的模型，可以 用它进行土壤侵蚀预测以及林地、草地、农田、牧场、城 区等不同区域的根系层士壤水分、土壤水蚀、积雪的融 化、植物生长以及、暴雨径流等。