[發明專利]一種用于高冠層林木下土壤侵蝕模擬方法

在審

• 申請號: 201910874516.1
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110472374A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 劉泓汐
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N17/00
• 代理公司: 11337 北京市盛峰律師事務所
• 代理人: 于國強<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種用于高冠層林木下土壤侵蝕模擬方法，涉及生態模型模擬技術領域；該方法選擇高冠層林木待模擬區域，收集降雨參數和冠層高度參數，分別計算自由雨動能和穿透雨動能；判斷自由雨動能是否大于穿透雨動能，若自由雨動能大于穿透雨動能，則認定冠層加強土壤侵蝕，進入步驟S3；否則，則不考慮冠層對土壤的侵蝕作用，直接計算徑流侵蝕；計算土壤團聚體穩定性，然后再計算土壤濺蝕量。通過分離冠層和地表覆蓋層在土壤侵蝕中的作用，新開發的土壤侵蝕模擬方法擴大了現有流域水文模型的應用范圍，提高高冠層林木下土壤模擬的精度。

技術領域

本發明涉及生態模型模擬技術領域，尤其涉及一種用于高冠層林木下土壤侵蝕模擬方法。

背景技術

土壤侵蝕既通過降低土壤肥力影響植物/農作物生長，又通過地表徑流影響流域水質。土壤侵蝕模擬,尤其是基于過程的土壤侵蝕模擬,是流域水文、農作物生長等生態模擬模型的重要組成模塊,。現有的土壤侵蝕模擬主要針對玉米、木薯等農作物模擬徑流侵蝕。此類植物的特點是冠層高度較低(＜3m)，冠層可計算為地表覆蓋，對土壤有保護作用；冠層的存在降低了雨滴動能，土壤濺蝕可以忽略不計，因此土壤侵蝕主要考慮徑流侵蝕。然而，對于高冠層林木，如橡膠林、桉樹林等，成熟林的冠層高度一般大于7m，此時冠層截留并匯集雨滴，形成更大的雨滴形態后滴落到土壤，這個過程增大了雨滴的動能，造成了更強烈的濺蝕。因此，在高冠層林木中，濺蝕不可忽略，冠層不能算作對土壤有保護作用的地表覆蓋，與之相反，冠層的存在加大了濺蝕，并與徑流侵蝕一起共同構成土壤侵蝕.由于高冠層林木與低冠層農作物土壤侵蝕機理上的不同，使得現有的土壤侵蝕模型不能很好地應用于高冠層林木的土壤侵蝕和水土保持措施模擬。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高冠層林木下土壤侵蝕模擬方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于高冠層林木下土壤侵蝕模擬方法，包括以下步驟：

S1，選擇高冠層林木待模擬區域，收集降雨參數和冠層高度參數，分別計算自由雨(經冠層截留后的雨滴)的動能和自由雨(未經冠層截留后的雨滴)的動能；

S2，判斷自由雨動能是否大于穿透雨動能，若自由雨動能大于穿透雨動能，則認定冠層加強土壤侵蝕，進入步驟S3；否則，則不考慮冠層對土壤的侵蝕作用，直接計算徑流侵蝕，進入步驟S4；

S3，計算土壤團聚體穩定性，然后再按照如下公式計算土壤濺蝕量，進入步驟S4：

Ds＝(2.82/As·Ke·exp(-1.48·D)+2.96)·P·(1-SF)

其中Ds(g·m^-2)代表濺蝕量；As為土壤的團聚體穩定性；Ke為降雨動能，即自由雨動能與穿透雨動能之和；D(m)為所產生的徑流深度；P(mm)為降雨量或穿透雨量；SF為地表覆蓋；

S4，結合徑流侵蝕，從而獲取最終的土壤侵蝕總量。

優選地，若確定是冠層加強土壤侵蝕，則土壤侵蝕總量包括濺蝕量和徑流侵蝕，否則則只需要將徑流侵蝕作為最終的土壤侵蝕總量。

優選地，步驟S1前還包括：首先區分冠層和地表覆蓋層。

優選地，步驟S1中自由雨動能計算公式為：

Ke_FT＝8.95+8.44·log₁₀(R_int)

其中Ke_FT(J m^-2·mm^-1)代表自由雨的動能，R_int代表降雨密度(mm·h^-1)。

優選地，步驟S1中穿透雨的動能計算公式為：