陳發(fā)先

（遼寧省水土保持局，遼寧 沈陽 110003）

柵格水沙耦合模型在水保試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕時空模擬中的應(yīng)用研究

陳發(fā)先

（遼寧省水土保持局，遼寧 沈陽 110003）

本文采用水沙耦合模型，以柵格（1km×1km）為計算單元，對遼寧某水保試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行土壤侵蝕模數(shù)時空模擬，并結(jié)合試驗(yàn)區(qū)實(shí)測水量和土壤侵蝕數(shù)據(jù)對模型精度進(jìn)行評價，同時還對區(qū)域不同水土保持措施下的土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行了評價。研究結(jié)果表明：柵格水沙耦合模型可用于區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)的空間模擬，模擬水量和土壤侵蝕模數(shù)與實(shí)測值誤差小于25%；坡度為15°的水保工程措施可明顯減少區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)，相比于其他措施區(qū)域土壤侵蝕量削減35.5%～98.4%。研究成果對于不同水保措施下的水保時空效果模擬提供模擬方法參考。

水沙耦合模型；柵格計算單元；土壤侵蝕時空模擬

區(qū)域水土流失保護(hù)規(guī)劃重在對區(qū)域土壤侵蝕空間分布進(jìn)行準(zhǔn)確評估，而在水保試驗(yàn)區(qū)，不同水土保持措施下的區(qū)域土壤侵蝕量不同，為此需要對區(qū)域土壤侵蝕進(jìn)行空間分布的模擬分析。有許多學(xué)者對區(qū)域的土壤侵蝕進(jìn)行計算，并取得一定的研究成果［1-5］，但是不同水土保持措施下對區(qū)域土壤侵蝕的影響各異，需要結(jié)合不同水保措施下區(qū)域的下墊面數(shù)據(jù)對區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)空間分布進(jìn)行整體分析。MULSE土壤侵蝕模型將水量作為模型輸入，進(jìn)行區(qū)域土壤侵蝕模擬，為水沙模型耦合提供途徑，并在一些區(qū)域土壤侵蝕模擬得到具體應(yīng)用［6-10］。但是在水保試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕時空模擬還未進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用，特別是在遼寧地區(qū)，為此本文將產(chǎn)流模型與MULSE模型進(jìn)行耦合，并加入坡面匯沙方程，并以柵格（1km×1km）為計算單元，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水保試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕時空分布全過程模擬。

1 柵格水土流失模型原理

本文將產(chǎn)流模型與MULSE模型進(jìn)行耦合，并加入坡面匯沙方程，并以柵格（1km×1km）為計算單元，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水保試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕時空分布全過程模擬。耦合模型產(chǎn)流模型計算原理為：

假設(shè)水保區(qū)域不透水的面積比例參數(shù)IM=0，則區(qū)域產(chǎn)流面積方程為：

在方程（1）中f表示為柵格產(chǎn)水面積，km2；F表示為柵格的面積，km2；W′表示為柵格產(chǎn)流單點(diǎn)蓄水量，mm；WMM表示為W′的最大值，mm；B表示為區(qū)域蓄水容量分布曲線指數(shù)。

軟件部分主要包括光纖連接信息采集、智能光纖托盤與單元控制器的485數(shù)據(jù)傳輸、485數(shù)據(jù)到藍(lán)牙數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換以及手機(jī)端APP設(shè)計等。本文重點(diǎn)對光纖連接信息采集進(jìn)行介紹。

基于柵格水沙耦合模型，以柵格（1km×1km）為計算單元，計算不同水保工程措施（見表3）下的土壤侵蝕空間分布，見圖4。

由（1）式積分可得：

與W0值相應(yīng)的縱坐標(biāo)值A(chǔ)為：

作為整個線損管理平臺的基礎(chǔ)構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫管理模塊的應(yīng)用，主要作用于向其他功能模塊傳送信息、資料、數(shù)據(jù)，或是儲存、備份、整理、分類由其他功能模塊所收集到的數(shù)據(jù)信息，再者就是將一些技術(shù)性數(shù)據(jù)傳送至高級應(yīng)用軟件中。因此，在實(shí)際的構(gòu)建數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)時，不僅需要保證其擁有海量的內(nèi)容空間、共享功能，同時也應(yīng)帶有一定的開放性、安全性，一般可采用基于NT環(huán)境的SQLServer大型數(shù)據(jù)庫。

表1和表2為柵格水沙耦合模型在水量和土壤侵蝕量的精度評價結(jié)果，從各試驗(yàn)場次評價結(jié)果可以看出，柵格水沙耦合模型在區(qū)域的土壤侵蝕模擬具有較好的精度，計算的水量和土壤侵蝕量和實(shí)測水量和土壤侵蝕量之間的誤差值均小于25%，柵格水沙耦合模型在水保試驗(yàn)區(qū)的土壤侵蝕量和水量具有較好的適用性。圖2和圖3為水量過程和土壤侵蝕量過程評價結(jié)果，從圖中可以看出柵格水沙耦合模型計算值和觀測值相關(guān)性較好。

其中在方程（4）中如果P-E+A＜WMM，則：

對于應(yīng)用型院校的教師來說，牢固掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識是能夠進(jìn)行教學(xué)工作的基本條件，也是作為一名專業(yè)教師的基本素質(zhì)。一般來說，專業(yè)基礎(chǔ)知識是在教師正式步入教學(xué)崗位之前，在校學(xué)習(xí)階段就應(yīng)具備的能力。按我國的人才培養(yǎng)模式和對教師崗位的要求，應(yīng)用型本科院校一般要求教師具備博士學(xué)歷，所以絕大多數(shù)教師都具備過硬的專業(yè)基礎(chǔ)知識。同時，對于應(yīng)用型本科院校，院校管理者對教師做出聘任、考核、獎勵、提升時，也都會對教師的專業(yè)知識進(jìn)行考察。因此，絕大部分應(yīng)用型高校教師均具備與其教學(xué)任務(wù)相匹配的專業(yè)基礎(chǔ)知識。

若P-E+A≥WMM，則：

其中在方程（6）中 W0表示為柵格計算單元土壤蓄水量初值，mm；WM表示為水保試驗(yàn)區(qū)蓄水容量平均值，mm；R表示為總的產(chǎn)水量，mm。

新經(jīng)濟(jì)背景下，社會對物流的要求已越來越高，這必然要求對我國快遞業(yè)物流市場4Ps營銷組合策略進(jìn)行優(yōu)化。新經(jīng)濟(jì)背景下，快遞業(yè)物流市場營銷組合策略優(yōu)化的方案是：以戰(zhàn)術(shù)4Ps營銷組合策略為基礎(chǔ)，將4Cs、4Rs融入戰(zhàn)術(shù)4Ps中，形成新經(jīng)濟(jì)背景下新的4Ps營銷組合策略[1]。

泥沙蓄泄方程：

在上述方程中，WS表示的是泥沙蓄量，IS表示的是坡面時段的產(chǎn)沙速率，S表示的是坡面時段出沙速率，KS表示的是坡面匯沙的時間。

將公式（7）進(jìn)行差分并代入（8）式，可得到坡面的匯沙公式：

對高速公路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)置是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，因此在實(shí)施的過程中需要對各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行具體的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。

2.3 水保試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕空間模擬成果

其中CSS為坡面匯沙系數(shù)，其計算公式為：

2 模型應(yīng)用

2.1 水保試驗(yàn)區(qū)概況

本文以遼寧西部某水保試驗(yàn)區(qū)為研究區(qū)域，該區(qū)域主要的土壤質(zhì)地為壤土和粘土，區(qū)域主要的土地利用方式為林地、草地以及耕地，區(qū)域坡度集中在15～30°。為觀測不同水保工程下對區(qū)域土壤侵蝕量的影響，區(qū)域內(nèi)設(shè)置了降水量、水量以及土壤侵蝕觀測儀器，對區(qū)域降水量、水量以及土壤侵蝕量進(jìn)行觀測，各觀測點(diǎn)位置見圖1。

圖1 水保試驗(yàn)區(qū)觀測點(diǎn)位置圖

2.2 模型精度評價及適用性分析

結(jié)合水保試驗(yàn)區(qū)域觀測的多場次降水量、水量以及區(qū)域土壤侵蝕量數(shù)據(jù)，對柵格水沙耦合模型土壤侵蝕模擬的精度進(jìn)行分析并對模型的適用性進(jìn)行評價，由于模型為水沙耦合模型，需要對模型計算的水量和土壤侵蝕量均進(jìn)行評價和分析，模型計算水量和沙量的評價精度結(jié)果見表1和表2。并選取兩個場次進(jìn)行了水量和沙量的過程比較圖，結(jié)果見圖2和圖3。

在進(jìn)行完產(chǎn)流模型進(jìn)行后，以柵格產(chǎn)水量作為MULSE模型的水量輸入，考慮文章篇幅，MULSE模型計算原理可詳見參考文獻(xiàn)［10］，本文在柵格產(chǎn)水產(chǎn)沙模型耦合的基礎(chǔ)上，加入?yún)^(qū)域坡面匯沙方程，流域坡面匯沙泥沙平衡方程：

表1 柵格水量精度評價

表2 柵格土壤侵蝕量精度評價

則柵格總的產(chǎn)水量R值的計算方程為：

將13個設(shè)計矩陣Aij(k)累加，即得各項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)先得分矩陣：再對得分矩陣Aij關(guān)于j，即按行累加：再求出Aij按行累加后的最大值、最小值，令∑Amax=max{∑A1，∑A2，…，∑A6}，∑Amin=min{∑A1，∑A2，…，∑A6}，則與∑Amax相對應(yīng)的因子同其它因子相比重要程度最高，而與∑Amin相對應(yīng)的因子的重要程度最低。取amax=1，amin=0.1，記

乳酸脫氫酶是一種糖酵解酶，在缺氧條件下能夠?qū)⒈徂D(zhuǎn)化成乳酸，當(dāng)機(jī)體受到外界某種應(yīng)激，乳酸脫氫酶活力會升高[22]。如圖4所示，?；?、7、9和11 h后血清中乳酸脫氫酶含量都顯著高于未處理前的值（p＜0.05），分別上升 30.53%、32.33%、37.38%和58.40%，?；顣r間達(dá)到11 h時，乳酸脫氫酶含量驟增。清水中復(fù)蘇24 h后，?；?、7、9 h基本恢復(fù)麻醉前的水平。這與聶小寶等[19]人研究的低溫?zé)o水狀態(tài)下LDH的變化趨勢一致。

圖2 水量過程評價圖

圖3 土壤侵蝕量過程評價圖

圖4 不同水保措施下區(qū)域土壤侵蝕空間分布圖

對方程（1）進(jìn)行積分求解得到方程：

思維地圖是David Hyerle博士在1988年設(shè)計的一種幫助學(xué)習(xí)的視覺語言工具。思維地圖包含多種圖示類型，分別是圓圈圖、氣泡圖、雙氣泡圖、樹形圖、括號圖、流程圖、復(fù)流程圖和橋型圖。不同類型的思維地圖有其適用范圍，其中圓圈圖適用于頭腦風(fēng)暴；氣泡圖適用于對事物進(jìn)行描述；雙氣泡圖適用于事物或知識點(diǎn)間的比較；樹形圖適用于對事物進(jìn)行分組或分類；括號圖適用于分析事物整體與部分的關(guān)系；流程圖適用于列舉順序、過程、步驟等；復(fù)流程圖適用于展示和分析因果關(guān)系；樹形圖適用于進(jìn)行類比推理。

表3為不同水保工程措施，基于柵格水沙耦合模型對不同水保工程措施下區(qū)域的土壤侵蝕進(jìn)行空間分布模擬分析。圖4為不同水保工程措施下區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)空間分布圖，從圖中可以看出區(qū)域土壤侵蝕空間分布較為不均勻，這主要和區(qū)域降水、下墊面以及水保措施有關(guān)。1#和2#水保工程措施下的土壤侵蝕模數(shù)總體分布上小于 3#和4#水保工程措施下的土壤侵蝕模數(shù)。

表3 不同水保措施方案

2.4 不同水保工程措施下的土壤侵蝕量對比

為定量對不同水保工程措施下的土壤侵蝕量進(jìn)行分析，結(jié)合柵格水沙耦合模型對不同水保工程措施下區(qū)域總的土壤侵蝕量進(jìn)行計算，并進(jìn)行對比分析，計算結(jié)果見表4。

表4 不同水保工程措施下試驗(yàn)區(qū)土壤浸蝕量對比

從表4可以看出，1#水保工程措施下其土壤侵蝕量最小，為6.2萬t，而在4#水保工程措施下其土壤侵蝕量最大，為12.3萬t，說明將坡度為20°的坡地改為草地，不利于區(qū)域土壤侵蝕量的減少，而將坡度為15°的坡地改為林地，將使得區(qū)域土壤侵蝕量明顯減少，相比于其他水保工程措施，水保試驗(yàn)區(qū)在 1#水保工程措施下其土壤侵蝕量減少35.5%～98.4%，土壤侵蝕量削減程度明顯。

3 結(jié)論

本文建立柵格水沙耦合模型，以柵格（1km× 1km）為計算單元，對遼寧水土保持試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕進(jìn)行時空模擬，研究取得以下結(jié)論：

（1）構(gòu)建的柵格水沙耦合模型適用于遼寧區(qū)域水保試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕模擬，并可用于不同水保措施方案下的土壤侵蝕空間分布模擬；

（2）將坡度為15°的坡地改為林地的水保工程措施對試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕量削減程度較為明顯，區(qū)域水保效果更好。

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S157

A

1672-2469（2017）02-0086-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.028

2016-12-06

陳發(fā)先（1985年—），男，工程師。