大清河山区分布式侵蚀产沙模型的构建与空间尺度转换研究

大清河山区是京、津、冀重要水源区，严重的水土流失已影响了该区可持续发展并威胁到山前城市的用水安全。目前国内分布式侵蚀产沙模型研究还处在起步阶段，与GIS大多为松散耦合关系，且研究的空间尺度较为单一，模型的空间尺度转换有待于深入研究。针对这些问题，本项目以大清河山区为研究对象，在分析流域坡面水沙关系的基础上，运用VB语言，构建与GIS紧密耦合且具有物理基础的、基于次暴雨的分布式坡面侵蚀产沙模型；探讨主要侵蚀产沙因子在不同尺度（坡面、小流域、中大流域与整个大清河山区）的空间分异规律与响应过程及泥沙来源的空间分布；确定小流域、中大流域与整个大清河山区三种尺度模型的参数，对参数进行转换，修改并调整模型结构，实现模型的空间尺度转换；运用模型对研究区水保治理效益定量计算，对研究区各大中型水库由次暴雨带来的水量与流量过程及泥沙淤积进行预报，为该区水土流失治理及山前城市用水安全提供科技支撑。

三年来，项目组按照计划书对基金的研究内容与研究目标开展了深入研究，取得了预期的研究成果。发表论文9篇（均为第一标注），其中SCI论文2篇。. 大清河山区是京、津、冀重要水源区，严重的水土流失已影响了该区可持续发展并威胁到山前城市的用水安全。目前国内外已有的土壤侵蚀模型中，大多数是模拟年均产沙，而基于次暴雨事件的研究有助于进一步揭示侵蚀产沙的过程，并且崇陵小流域出口在绝大多数的降雨事件中没有产沙（所记录的363次降雨事件中只有42次产沙）。因此，本研究在分析不同土地利用方式径流小区水沙关系的基础上，构建了基于次暴雨事件的小流域分布式模型（模型的时间尺度为10分钟，最小空间尺度为30米×30米的栅格），模拟每个栅格与整个流域每10分钟的径流量、侵蚀量与产沙量；探讨了主要侵蚀产沙因子（坡度、坡长、饱和导水率、降雨过程、前期含水量等）在不同尺度（坡面、小流域、中流域与大流域）的空间差异性；把小流域分布式模型推广应用到中大流域——拒马河上游（模型最小空间单元为100米×100米的栅格，对整次暴雨进行模拟），模型检验表明，小流域模拟的精度达90%，中大流域模拟的精度为75%。基于模型初步分析了安各庄水库的泥沙淤积，并探讨了土地利用方式变化情景下的小流域侵蚀产沙变化，各种土地利用方式下的产流产沙比较如下：坡耕地>荒地>草地>灌木林>林地，并建议在坡度大于10度的地区退耕；剖析了大清河山区不同空间尺度（微型小区、标准小区、微型流域、小流域、中流域、大流域）的水沙关系并发现产沙与径流有显著的线性正相关；探讨了县域尺度农业耗水、生态足迹及农田生态系统碳循环，对该区土壤侵蚀治理、生态环境建设和农业可持续发展具有指导性作用。