黄土高原北部淤地坝区域土壤水分模拟及水分有效性分析——以六道沟流域为例

摘要

位于黄土高原北部的六道沟流域长期受到水蚀与风蚀作用的影响，水资源目前面临着严重的危机。淤地坝在流域内的水土保持措施中具有重要作用，提高了水资源的存储与利用效率，有利的调控了土壤水文循环过程，并为植物的生长涵养了更多的水源。
　　本文依托六道沟流域的一座淤地坝为研究区，选取淤地坝区域与坡面两点为研究对象开展研究。根据联合国粮农组织(FAO)推荐经修正的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散发量(ET0)，利用原始的Penman-Monteith公式估算草地蒸散发量(ET)，并通过后者与前者的比值对水分有效性（ma）进行评估，从而揭示研究区的蒸散发及水分有效性的时间变化特征;采用有限差分方法结合非饱和土壤水分运动方程构建一维点尺度土壤水分运动模型，实现对表层(0～10cm)土壤水分的模拟，再借助标准误差（RMSE）、一致性系数(d)、纳什效率系数（NSE）对模型进行验证。研究取得的主要结果为:
　　(1)2006年1月1日至2007年9月30日，淤地坝区域与坡面两点之间的ET0、ET和ma的计算结果曲线在年内随时间的变化趋势相似。从总量上看，2006年全年或2007年9个月内的ET0、ET、ma的累计总量均表现出淤地坝区域略微高于坡面。两点的ET、ma对同期降雨及土壤水分骤然变化的响应更为强烈。2006年淤地坝区域与坡面的ma均值分别为0.16、0.14，2007年9个月内的ma均值分别为0.20、0.18，计算时段的年内时期均表现出淤地坝区域的水分有效性参数均值略高于坡面。
　　(2)2006年淤地坝区域与坡面的5、30cm深度的土壤含水量在年内非雨季时期的日变化趋势较明显，而在年内的雨季两个深度的土壤水分变化趋势较弱，并处于频繁波动的较复杂变化形式，且在年内大部分月份坡面上两个深度的土壤水分日变化趋势较同样深度的淤地坝区域更加明显。
　　(3)表层土壤水分运动模型的运行与检测结果为:淤地坝区域与坡面实测序列与计算序列的标准误差（RMSE）分别为0.015、0.017，一致性系数(d)分别为0.974、0.953，纳什效率系数(NSE)分别为0.901、0.830，说明所构建的土壤水分计算模型对两点土壤水分的模拟效果较好，且淤地坝区域的模拟精度比坡面略高。另外，模型对降雨较为敏感，在年内的非雨季时日模拟精度更高。
　　研究结果以期为黄土高原北部淤地坝区域水分有效性的研究及表层土壤水分的模拟提供参考方法，并为六道沟流域的农业发展、水土保持建设等提供基础数据。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究的目的意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 蒸散发及水分有效性研究进展

1．3．2 土壤水分模拟研究进展

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区概况

2．1．1 黄土高原地区淤地坝概况

2．1．2 位置和面积

2．1．3 水文气象

2．1．4 地形和地貌

2．1．5 土壤及植被

2．2 研究方法

2．2．1 基础数据获取方法

2．2．2 蒸散发量的计算

2．2．3 水分有效性的推求

2．2．4 土壤水分运动模型的构建与验证

3 水分有效性分析

3．1 气象数据分析

3．2 ET0计算结果分析

3．3 ET计算结果分析

3．4 ma计算结果分析

4 土壤水分模拟

4．1 土壤水分时空变化分析

4．2 点尺度土壤水分运动模型构建

4．2．1 模型介绍

4．2．2 参数率定

4．3 模拟结果分析

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目

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