epic模型中土壤侵蚀量的数学模拟

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1、EPIC模型中土壤侵蚀量的数学模拟李军1，2（1.西北农林科技大学农学院，陕西杨陵712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨陵712100）摘要：土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC是一种较有影响的农田生产管理和水土资源评价模型。本文简要介绍了EPIC模型中对侵蚀气象因素、土壤水蚀量、土壤风蚀量、侵蚀中营养物质流失量以及土壤耕作对侵蚀影响等环节进行数值模拟的主要数学方程，可供农田水土资源管理定量评价研究中借鉴。关键词:EPIC模型，土壤侵蚀，数学方程土壤侵蚀

2、和生产力影响估算模型EPIC（Erosion－ProductivityImpactCalculator）（Williams等，1984）是美国研制的一种基于“气候－土壤－作物－管理”综合连续系统的动力学模型，可以评价土壤侵蚀对土壤生产力的影响，用来估计农业生产和水土资源管理策略的效果。EPIC模型由气象模拟、水文学、侵蚀泥沙、营养循环、农药残留、植物生长、土壤温度、土壤耕作、经济效益和植物环境控制等模块组成，包含了三百多个数学方程。本文仅简要介绍该模型中定量模拟描述土壤侵蚀量的主要数学方程，可供在我国农田水土资源管

3、理定量评价研究中借鉴。1侵蚀气象因子模拟1.1降水量EPIC的降水模型是一重Markov链模型，需要输入降水的逐月概率和雨－晴天转换概率。雨天的概率直接用雨天日数来计算：PW=NWD/ND（1）（1）式中，PW是雨天概率，NWD是雨天日数，ND是该月的天数。晴天之后为雨天的概率可以用PW的比例来表示：P(W/D)=âPWP(W/W)=1.0−â+P(W/D)（2）（3）（2）、（3）式中，P（W/D）是晴天之后为雨天的概率，P（W/W）是雨天之后为雨天的概率，β是一个控制降水事件发生时间间隔的系数，取值范围通常

4、为0.6～0.9。当降水事件发生时，采用日降水量的偏正态分布计算降水量：⎜6.06.0⎠⎟⎜⎟SCFk3（4）（4）式中，R是第i天降水量（mm），SND是第i天的标准正态偏差，SCF是离散系数，RSDV是日降水量的标准差（mm），Rk是第k月的平均日降水量。如果标准差和离散系数未知，模型采用修订的指数分布模拟日降水量：基金项目：国家自然科学基金项目（40371077和30471024）第一作者简介：李军（1964-），男，甘肃泾川人，博士，教授，主要从事旱区农业资源开发与区域发展、高效耕作制度与生态农业、作

5、物生产系统模拟与决策等方面的科研与教学工作。-1-⎛⎛⎞⎜⎜(SNDi−SCFk)(SCFk)+1⎞⎟−1⎟Ri=⎜⎝⎟RSDVk+Rk⎜⎟⎝⎠Ri=(−ln(µ))æRk1.0æ0.0（5）（5）式中，μ是0.0～1.0之间的均匀随机数，ζ是范围为1.0～2.0之间的参数。通常ζ取值1.3时结果较为适宜。1.2风速EPIC的风蚀模型WECS（WindErosionContinuousSimulation）需要每天内的风速分布和主风向。逐日风速分布采用下列指数方程来模拟：Vj=a1Vi(−ln(fj))a2（

6、6）（6）式中，Vj是占该天比例数为f时的风速（风速分布概率），Vi是第i天平均风速，a1和a2是风向分布参数。平均逐日风速采用下列指数方程来模拟：bVk是第k月的平均风速，RN是随机数，b1和b2是第k月的风速分布参数。2土壤水蚀量的模拟（7）2.1径流量与峰值径流速率地表径流量预报是在逐日降水量下采用SCS曲线代码方程计算：Q=(R−0.2s)2R+0.8sR＞0.2s(8)Q=0.0R≤0.2s（8）式中，Q是逐日径流量（mm），R是逐日降水量(mm)，s是保持力参数(mm)。s与SCS曲线代码C

7、N有关：s=254(100CN−1)（9）（9）式中，CN2是湿度状态2（适中）下的曲线代码。EPIC中估算峰值径流速率采用修订后的有理公式：qp=(ñ)(r)(A)/360（10）（10）式中，qp是峰值径流速率（m3/s），ñ为表示流域入渗特性的径流系数，r为流域汇集时间内的降水强度（mm/h），A是排水面积（ha）。2.2降水与径流侵蚀EPIC模型包含6种方程来模拟降水和径流侵蚀，但只有侵蚀动力组成部分不同。土壤水蚀模型采用下列方程估算：Y=÷(K)(CE)(PE)(LS)(ROKF)（11）在US

8、LE中：在Onstad－Foster方程中：÷=EI÷=0.646EI+0.45(Q∗qp)0.33-2-∫(−ln(÷))dxVj=b1,kVk[−ln(RN)]2,k在MUSLE中：÷=1.586(Q∗qp)0.56A0.12在MUST中：在MUSS中：÷=2.5(Q∗qp)0.5÷=0.79(Q∗qp)0.65A0.009（12）在MUSI中：