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土壤侵蚀是全球性的生态环境问题,它对人类的生存和发展构成了严重威胁,对土壤侵蚀规律及其防治措施的研究已经成为国内外学者共同关注的焦点。淮河流域面积269,800 km2,是中国七大流域之一,该流域22%的面积存在水土流失,平均土壤侵蚀量达到35 t·ha-1·yr-1,而该地区可用于水土流失研究的资料比较匮乏。水文/水质模型是定量研究土壤侵蚀过程、指导水土保持措施配置、优化水土资源管理的有效工具。因此,在淮河流域运用有限的水土流失监测资料进行不同土地管理措施下土壤侵蚀规律及预测模型的研究具有很强的现实意义。本文以位于淮河流域中上游的河南省鲁山县水土保持科学试验站的三个径流小区为研究区,探讨APEX(Agricultural Policy and Environmental eXtender)模型在该地区点位模拟中的适用性以及模型输出结果的不确定性。首先,在分析模型参数灵敏度的基础上,应用研究区1982~86年日径流和产沙实测数据校正和验证模型,并评价其适用性;然后,把经过校正和验证的模型应用于不同管理措施的长期水土保持效益(1981~2005)评价中;最后,运用蒙特卡罗法对模型进行不确定性分析。主要结论如下:1)运用Sobol法和Extended FAST法,分别对APEX模型的13个参数进行灵敏度分析(1982~1986)。Sobol法识别出水文条件Ⅱ下的径流曲线数初始值(CN2),损耗系数(CNIC),水土保持措施因子(PEC)以及最大径流率——降雨能量调整因子(APM)是对产沙影响较大的四个因子,其中前两个因子对径流影响较大。ExtendedFAST法与Sobol法的结果相似,与Sobol法相比,Extended FAST法的计算成本较低,是一种效率更高的灵敏度分析方法。2)分别运用蒙特卡罗模拟结合单目标函数和多目标函数技术的计算机程序自动校正模型,采用R2≥0.5,EF≥0.4以及APE<25%的标准评价模型的适用性。通过比较两种校正方法发现单目标函数法的校正结果较差,在大多数情况下PE,EF和R2三个指标未能同时都达到评价标准;而多目标函数法的校正效果较好,在1982年模型校正时期,径流和产沙日平均模拟值的APE分别小于15%和20%,EF从0.48到0.89,R2从0.56到0.98。在模型验证时期(1983~86),三个小区径流和产沙日平均模拟值的APE分别小于20%和25%,EF从0.41到0.84,R2从0.55到0.85,校正过的模型可以模拟出径流和产沙的日变异,拟合度结果表明模型能够很好解释实测值的变异,因此,APEX模型适用于淮河流域中上游点位模拟中,能够预测不同土地管理措施下的水土流失,这为资料匮乏区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。3)我们把经过校正和验证的APEX模型用于对三种情景进行情景分析,其中对照为休闲地,情景1和2分别为‘林草混交-水平梯田’和‘林地-水平沟’。情景分析结果表明,构建水平梯田和水平沟,退耕还林以及增加地表植被覆盖对控制水土流失效果明显,‘林地-水平沟’的组合方式可减少37%的地表径流和89%的产沙量,构建水平梯田以及采用林草混交能减少35%的地表径流和84%的产沙量。研究结果对于淮河流域中上游选择合适的土地管理措施来控制水土流失有一定启发,同时也说明APEX能用于评价不同情景的长期水土保持效益。4)运用蒙特卡罗模拟和统计方法分析了PEC、CN2、CNIC和APM四个不确定参数引起的径流和产沙输出结果的不确定性,此外还分析了EHC4由PEC和CN2两个不确定参数导致的不同情景下水土保持效益的不确定性。EHC1、EHC2和EHC4三个小区25年(1981~2005)年均径流预测值的95%置信度的不确定性范围分别为64.5~69.5 mm·yr-1,58.0~62.8 mm·yr-1以及103.0~105.9 mm·yr-1;三个小区年均产沙量的不确定性范围分别为3.7~4.0 t·ha-1·yr-1,2.0~2.2 t·ha-1·yr-1以及25.3~26.2 t·ha-1·yr-1。与对照相比,在95%置信度下情景1的径流量年均减少31.6%~36.2%,产沙量年均减少83.4%~84.4%,情景2的径流量年均减少34.3%~38.7%,产沙量年均减少88.9%~89.6%。