選取不同坡度（5°、10°、15°、20°）和不同雨強（50、60、70、80 mm/h）的16場降雨,利用偏最小二乘模型研究了坡度、雨強、降雨歷時、土壤初始含水率、剪切力5個因素對黃土坡面土壤侵蝕過程的影響程度。結(jié)果表明:（1）變量對數(shù)化處理后,偏最小二乘模型模擬精度和預(yù)測優(yōu)度均達到0.8以上,徑流率和產(chǎn)沙率相關(guān)系數(shù)為0.844;（2）VIP值顯示,時間X₃、坡度X₁是驅(qū)動降雨初期徑流率Y₁和產(chǎn)沙率Y₂變化的重要因素,其中時間X₃是最重要的影響因素;雨強對徑流率和產(chǎn)沙率影響均較大,標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)分別為0.408、0.341,初始含水率、剪切力的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)最大僅為0.145,表明二者對徑流率和產(chǎn)沙率的影響都比較有限;（3）精度分析結(jié)果表明,模型模擬和預(yù)測精度都較高,與產(chǎn)沙率相比,徑流率的預(yù)測精度更高,平均相對誤差絕對值為18.813%,模擬預(yù)測的效果更好。 

【文章來源】：中國農(nóng)村水利水電. 2020,(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

實測值與預(yù)測值對比圖

變量投影重要性指標(biāo)VIP,是描述自變量對因變量影響程度的指標(biāo),若某個變量的VIP>1,則認(rèn)為該變量是顯著影響因素,值越大說明該自變量對因變量的影響越大[15]。為分析各個自變量對因變量的影響,繪制了變量投影圖。如圖1所示,采用VIP值來描述每一個自變量對因變量的作用大小。從圖1可以看出,VIP的順序為:X3>X1>X2>X4>X5。根據(jù)VIP>1則X在解釋因變量時具有重要作用的原則,時間X3(min)、坡度X1(°)解釋因變量徑流率Y1(mL/s)和產(chǎn)沙率Y2(g/s)時具有重要作用,其中時間X3(min)在解釋因變量Y1、Y2時具有最重要的作用。為了更直觀的觀測5個自變量對2個因變量的具體作用,針對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的回歸方程,繪制了回歸系數(shù)圖(見圖2)。從圖2中可以看出,初始含水率對徑流率的影響是要高于對產(chǎn)沙率的影響。但無論是對于產(chǎn)沙率還是徑流率而言,初始含水率的影響都是負(fù)值,初始含水率越高,坡面的徑流率和產(chǎn)沙率反而減小,這與文獻[5]的研究結(jié)果不相一致,這可能是由于各場實驗初始含水率本身差值不夠明顯,開始降雨后極短時間內(nèi)土壤含水率就趨于飽和,難以避免的實驗和觀測誤差導(dǎo)致模型對影響程度較低的含水率計算不夠準(zhǔn)確,從而出現(xiàn)隨著初始含水率增加,徑流率和產(chǎn)沙率總體為減小趨勢這一現(xiàn)象�？辜羟辛搅髀屎彤a(chǎn)沙率的影響比較有限,對徑流率的影響為正值,對產(chǎn)沙率為負(fù)值,這表明土壤抗剪切性越強,土壤越不易被侵蝕,坡面比較平整,徑流受到的阻礙會越小。

為了更直觀的觀測5個自變量對2個因變量的具體作用,針對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的回歸方程,繪制了回歸系數(shù)圖(見圖2)。從圖2中可以看出,初始含水率對徑流率的影響是要高于對產(chǎn)沙率的影響。但無論是對于產(chǎn)沙率還是徑流率而言,初始含水率的影響都是負(fù)值,初始含水率越高,坡面的徑流率和產(chǎn)沙率反而減小,這與文獻[5]的研究結(jié)果不相一致,這可能是由于各場實驗初始含水率本身差值不夠明顯,開始降雨后極短時間內(nèi)土壤含水率就趨于飽和,難以避免的實驗和觀測誤差導(dǎo)致模型對影響程度較低的含水率計算不夠準(zhǔn)確,從而出現(xiàn)隨著初始含水率增加,徑流率和產(chǎn)沙率總體為減小趨勢這一現(xiàn)象�？辜羟辛搅髀屎彤a(chǎn)沙率的影響比較有限,對徑流率的影響為正值,對產(chǎn)沙率為負(fù)值,這表明土壤抗剪切性越強,土壤越不易被侵蝕,坡面比較平整,徑流受到的阻礙會越小。坡度的變化主要是對產(chǎn)沙率產(chǎn)生影響,對于徑流率,坡度變化的影響是微乎其微的,這與ZHAO[16]等人的研究結(jié)果一致,推測這種情況的出現(xiàn)可能由于在實驗的坡度范圍存在著臨界坡度,使得徑流率在這個區(qū)間的變化呈現(xiàn)波動,導(dǎo)致模型中無法精確體現(xiàn)出坡度對徑流率的影響。降雨強度是徑流率變化的一個主要影響因素,這是因為降雨是徑流產(chǎn)生的來源,徑流率的變化與雨強的變化緊密相關(guān)。在降雨初期,由于土壤入滲未達到穩(wěn)定,徑流是逐漸增加的,產(chǎn)沙也相伴增加,二者隨降雨歷時的變化明顯。產(chǎn)沙率的主要影響因素除時間之外,坡度和降雨強度的影響相差較小,受到二者共同作用比較顯著,坡度變化,土體的勢能和水流動能都發(fā)生改變,而降雨強度的變化會使得動能的改變進一步加劇,產(chǎn)生疊加效應(yīng),二者交互作用共同影響產(chǎn)沙率的變化。時間對徑流率和產(chǎn)沙率變化的影響程度相差不大,徑流率和產(chǎn)沙率都隨產(chǎn)流后降雨時間的延長而增大。


本文編號：2998809