硕士论文：福建红壤区流域水土流失治理措施的情景分析——以朱溪河小流域为例

谢军（福州大学，2015年夏季毕业；2013.9~2015.6为我研究组客座学生）

指导教师：肖桂荣 研究员；秦承志 研究员

摘要

福建红壤区山地面积大，坡度陡，土层薄，抗蚀性差，而且台风暴雨集中、雨量大，使得水土流失严重。针对福建红壤区特殊的自然特点和水土流失特点，人们在实践中探索出多种值得推广的治理模式，如封禁、草灌乔混交、低效林改造等。各个治理模式针对流域不同部位，不同侵蚀强度的侵蚀退化地具有各自的适宜性，且所需的资金投入也不同。不同空间配置的治理措施方案具有不同的水土保持效益，科学的设计治理措施方案并定量评价水土保持效益，能为相关部门规划、实施水土保持措施提供科学依据。本文以福建红壤区代表性小流域——朱溪河小流域为研究区（约43.93km²），建立了基于空间全分布式流域模型的治理措施情景评估方法，结合三种情景设计方法进行了应用，并结合治理措施情景评价结果进行了比较和分析。本论文的具体研究内容和成果如下：

（1）收集整理了流域模拟和情景分析所需要的研究区数据（包括DEM、土地利用等空间数据和降水、流量等水文数据），尤其针对研究区已有土壤数据空间详细程度不足的问题，开展了研究区的精细尺度下土壤属性制图。采用模糊聚类方法设计少量的目的性土壤采样点，在5m空间分辨率上进行土壤表层（0～500px）砂粒含量、粉粒含量、粘粒含量和有机质含量的预测性制图，评价结果表明制图结果精度较好，且能很好地体现该流域内土壤的空间分布特点。

（2）建立了研究区用于水土保持效益评价的空间全分布式流域系统模型。该模型是基于一个逐栅格汇流的空间全分布式流域模型（SEIM），根据研究区特点和研究目的确定流域各子过程的具体算法，利用本研究获得的研究区数据进行了模型参数率定，使得SEIM模型能够较为合理地模拟朱溪河小流域的水文过程和侵蚀过程。

（3）空间全分布式流域系统模型实际应用于治理措施情景分析的关键是如何在全分布式模型中有效表达各种治理措施，本文通过修改全分布式流域模型中相关参数来体现各种治理措施对流域过程的影响，针对研究区特点并根据文献资料，确定了封禁、草灌乔混交、低效林改造、等高草灌带、小穴播草、茶果园坡改梯等六种治理措施在SEIM模型中进行表达时的对应参数及数值，进而构建了研究区治理措施参数库。

（4）在耦合治理措施参数库和空间全分布式流域系统模型的基础上，面向实际应用，本文提供了不同应用场景下的三种情景设计方法：1）根据研究区土地利用类型进行设计；2）基于关键源区的治理目标配置方法；3）基于地块的智能优化算法（采用快速非支配遗传算法——ε-NSGA-II）。本文将上述三种情景设计方法分别应用于研究区减沙效益的情景分析，并结合评价结果比较讨论了三种方法。结果显示，智能优化算法能够显著提高治理措施方案的质量，并能提供多种选择方案，在当前治理措施空间配置中具有优势；而另外两种情景设计方法计算量小，交互性好。

本研究可为福建红壤区小流域水土流失治理的最佳管理措施制定提供情景分析方法和决策支持工具。