基于CA和ANN的土壤侵蝕時空演化模擬——以湖南省澧水流域為例.pdf

1、土壤侵蝕及其導致的水土流失已經是全球性的生態(tài)環(huán)境問題，土壤侵蝕模型可以對其過程和機理進行科學化、定量化研究，并有效預報侵蝕狀況，便于為水保措施效益評估、土壤侵蝕綜合防治和水土保持區(qū)劃工作提供科學依據。
　　 在回顧國內外土壤侵蝕研究進展的基礎上，探討地理信息系統(tǒng)(GIS)、元胞自動機(CA)、神經網絡(ANN)在土壤侵蝕方面的應用，分析降雨、地形、土壤、植被、人類活動等因素對土壤侵蝕的影響，構建GIS支持下的土壤侵蝕預測模型AN

2、N-CA。本研究解決以下三個問題：(1)ANN-CA模型的構建：選擇通用土壤流失方程(USLE)作為基礎模型，研究模型中各因子計算公式，進行參數率定；運用ANN技術，從侵蝕強度等級之間的轉換關系中求取所需的轉換概率，并用此定義CA的轉換規(guī)則，設計土壤侵蝕預測模型ANN-CA。(2)ANN-CA模型與GIS的集成：在GIS技術的支持下，讀取、存儲、處理與輸出模型所需的數據。并且將GIS的空間數據處理、空間分析、可視化表達等功能和CA的時空

3、動態(tài)模擬功能進行耦合，模擬土壤侵蝕的時空演變。(3)ANN-CA模型在研究區(qū)的應用：以澧水流域為研究對象，應用ANN-CA模型，通過驗證分析，模型改進等手段，控制模型對未來的土壤侵蝕狀況進行模擬的精度，實現空間分布定量研究和時空演化動態(tài)模擬。然后分析模擬結果，提出防治對策。
　　 通過利用ANN-CA模型在研究區(qū)進行時空演化模擬，得到以下結論：(1)土壤侵蝕具有復雜的非線性特征，而CA技術和ANN技術能夠用簡單的方法有效地對其進

4、行動態(tài)模擬；(2)ANN-CA模型能避免主觀臆測，結構簡單，設計難度不大，參數較少，參數率定的工作量小，但是精度較高，結果直觀；(3)通過對研究區(qū)2015年土壤侵蝕狀況的預測，反映出三個規(guī)律，指導防治對策：在空間上，澧水流域土壤侵蝕強度的區(qū)內相似性和區(qū)間差異性較為明顯，便于進行因地制宜的分區(qū)防治；在時間上，澧水流域大部分范圍內土壤侵蝕已經得到有效控制；在總體上，澧水流域土壤侵蝕防治的落腳點在于坡改梯(坡度小于25°)、退耕(旱地、坡度大