本发明涉及土壤侵蚀、水文、水土保持，尤其涉及一种流域水沙模型集合评估方法。
背景技术：
1、水土流失一直是影响农业生产、土地退化和生态环境恶化的主要因素之一。随着气候变暖及人类活动强度不断增加，区域性的水土流失更加严重，尤其是极端暴雨事件导致的严重水土流失，危害当地的农业生产，造成河道水库淤积严重。国内外研究表明，严重的水土流失引起土地资源退化，粮食生产受到威胁，河流湖泊水质恶化，流域洪涝风险加剧等一系列问题，严重影响区域社会经济发展与生态环境保护。因此，深入开展流域尺度水土流失评价与模拟可为量化流域土壤侵蚀的时空分布特征，识别重点侵蚀产沙热点区域提供技术方法，为合理开展流域综合管理、实现区域可持续发展提供科技支撑。
2、土壤侵蚀模型是土壤侵蚀研究的重点领域之一，是模拟历史土壤侵蚀过程、预测未来土壤侵蚀变化趋势、设计和评估水土流失治理措施的主要工具。目前国内外常用的土壤侵蚀模型主要包括rusle、usle、wepp、swat、watem/sedem等模型，但不同模型在不同地区的适用性和精度不高。
技术实现思路
1、本发明提供一种流域水沙模型集合评估方法，以解决现有技术常用的土壤侵蚀模型在不同地区的适用性和精度不高的问题。
2、本发明提供一种流域水沙模型集合评估方法，包括以下步骤：
3、步骤1，构建流域基础数据库，所述流域基础数据库的数据包括降水数据、植被类型、覆盖度数据、气象数据、土地利用、dem数据、土壤数据，对所述数据进行gis栅格化处理，统一数据的空间分辨率和边界；
4、步骤2，将所述流域基础数据库的数据输入以栅格为计算单元的流域水文模型，进行蒸散发、冠层截留、产流及汇流计算，模拟水文过程；
5、步骤3，流域土壤侵蚀和输沙模型中，分别采用修正mmf模型、hspf模型、dhsvm模型、shetran模型、guest模型、wepp模型共六个土壤侵蚀模型进行流域产沙和输沙计算；
6、步骤4，采用纳什效率系数、相对峰值误差、均方根误差、拟合优度系数指标参数对六个土壤侵蚀模型进行评估，分析耦合不同土壤侵蚀模型的水沙过程模型在研究区的适用性，从而筛选适合研究区的最优水沙耦合模型。
7、进一步地，步骤2中，产流的计算采用双层产流模式，并计算地表蒸散发和冠层截留的耗损，坡面与河道地表汇流通过运动波方程计算，地下汇流选择线性水库法模拟计算。
8、进一步地，步骤3中流域侵蚀产沙模型采用修正的mmf模型进行土壤侵蚀的计算，按照公式（1）包括以下步骤：
9、步骤3.1，分别针对不同土壤颗粒组成，分别计算降雨溅蚀、地表径流冲刷和泥沙沉积获取净产沙量：按照公式（1）和公式（2）分别计算降雨溅蚀量f和径流冲刷量h，按照公式（3）计算得到每个空间单元在一个时间步长的产沙量g：
10、（1）
11、（2）
12、（3）
13、式中，为产沙量；为降雨溅蚀量；为土壤中不同质地所占的百分比，分别代表表层土壤粘粒、分离和沙粒的百分比含量；为土壤可蚀性；为地表覆盖度；为降雨动能，包括冠层截留降雨动能和穿透降雨动能；为径流冲刷量；为土粒分散率；为累计地表径流量；为泥沙沉积率；s为地表坡度；
14、步骤3.2，泥沙输移的计算按照公式（4）计算径流挟沙力
15、（4）
16、式中，是一个反映空间异质性的粗糙度因子；是单宽流量；和是模型参数，取值根据模型校正。
17、进一步地，步骤3中流域土壤侵蚀产沙模型采用hspf模型进行土壤侵蚀的计算，模拟泥沙的沉积、溅蚀、输移、冲刷四个过程，包括以下步骤：
18、步骤4.1，泥沙沉积按照公式（5）计算泥沙存储量
19、（5）
20、式中，和分别为当前时间步长和上一时间步长的泥沙存储量；为由于土壤压实而每天减少的泥沙存储量的比例；为泥沙变化参数，表示由人类活动或风力作用引起的泥沙净外部增加或减少，使用负值表示减少量；
21、步骤4.2，降雨溅蚀按照公式（6）计算降雨溅蚀量：
22、（6）
23、式中，为降雨溅蚀量；为时间步长小时数；为被雪和其他覆盖物覆盖的地表所占比例；为管理措施因子，可看作是usle中的水土保持措施p因子；为剥离系数，取决于土壤性质，视为usle中的土壤可蚀性k因子；为降雨量；为剥离指数，取决于土壤性质；
24、步骤4.3，泥沙输移按照公式（7）计算泥沙输移能力：
25、（7）
26、式中，为泥沙输移能力；为输移系数；为地表蓄水深度；为地表径流深度；为输移指数；
27、步骤4.4，径流冲刷按照公式（8）计算径流冲刷量：
28、（8）
29、式中，为径流冲刷量；为冲刷系数；为冲刷指数。
30、进一步地，步骤3中流域土壤侵蚀产沙模型中的dhsvm模型进行土壤侵蚀的计算，模拟击溅侵蚀、输移、径流冲刷，包括以下步骤：
31、步骤5.1，击溅侵蚀按照公式（9）计算击溅侵蚀量：
32、（9）
33、式中，为击溅侵蚀量；为击溅侵蚀系数；为水深修正系数；为地被物覆盖的土壤占比；为被冠层覆盖的土壤占比；为穿透雨滴动量平方；为冠层雨滴动量平方；
34、步骤5.2，径流冲刷按照公式（10）计算径流冲刷量：
35、（10）
36、式中，是径流冲刷量；为分离效率，是土壤粘聚力的函数；为栅格长度；为土粒沉降速率；为径流挟沙力；
37、步骤5.3，泥沙输移根据径流挟沙力与总侵蚀量的关系进行泥沙输移计算。
38、进一步地，步骤3中流域侵蚀产沙模型中的guest模型进行土壤侵蚀的计算，包括以下步骤：
39、步骤6.1，降雨剥离按照公式（11）基于降雨强度计算降雨剥离产生的泥沙浓度：（11）
40、式中，为降雨剥离产生的泥沙浓度；是与流深有关的降雨可蚀性；为降雨强度；为不受植被或岩石保护的土壤比例；为沉降速率，是所有悬浮泥沙的平均沉降速度；
41、步骤6.2，径流剥离按照公式（12）基于径流动能计算径流剥离产生的泥沙浓度：
42、（12）
43、式中，为径流剥离产生的泥沙浓度；为在侵蚀过程中有效的径流功率的比例；为完全浸入径流中的土壤的比例，；为平均流速，；为坡度；和分别为水和泥沙的湿密度；为水力半径；为形状因子；为修改因子；是土壤对径流携带的阻力系数；为一个到之间的数值，用于参数率定；为地表覆盖因子；为细沟径流功率；为临界径流功率，取。
44、进一步地，步骤3中流域产输沙模型中采用wepp模型进行土壤侵蚀的计算，包括以下步骤：
45、步骤7.1，细沟间侵蚀泥沙输移至细沟的速率按照公式（13）计算：
46、（13）
47、式中：为细沟间可蚀性系数；为植被覆盖影响因子；为地面覆盖影响因子；为忽略了某些因素的细沟间侵蚀调整因子；为有效降雨强度；为细沟间距；为细沟宽度；
48、步骤7.2，细沟剥蚀或沉积速率按照公式（14）计算：
49、（14）
50、式中，为细沟剥蚀或沉积速率；为细沟可蚀性系数；为忽略了某些效应的细沟侵蚀调整因子；为作用在土壤颗粒上的水流剪应力；为土壤剥离的临界剪应力；为细沟水流泥沙输移能力；
51、步骤7.3，泥沙输移过程按照连续性方程（15）计算泥沙输移量：
52、（15）
53、式中，为单位时间单位宽度的泥沙负荷；为某点沿下坡方向的距离；为细沟间侵蚀泥沙输移至细沟的速率；为细沟剥蚀或沉积速率；与无关，且始终为正值；而剥蚀时为正值，沉积时为负值。
54、进一步地，步骤4中采用3种评价指标对每个土壤侵蚀模型进行评价，包括以下步骤：
55、步骤8.1按照公式（16）计算纳什效率系数nse：
56、（16）
57、其中，为径流或泥沙的观测值；为径流或泥沙的模型模拟值；为径流或泥沙的观测值的平均值；
58、步骤8.2按照公式（17）计算相对峰值误差rpe：
59、（17）
60、其中，为径流或泥沙的观测值的最大值，为径流或泥沙的模型模拟值的最大值；
61、步骤8.3按照公式（18）计算绝对系数r2：
62、（18）
63、其中，为径流或泥沙的模型模拟值的平均值；nse、r2两个指标越接近1，说明模型的精度和拟合程度越高；越接近0，表明模型拟合程度越高。
64、本发明具有以下有益效果：本发明的一种流域水沙模型集合评估方法，根据干旱半干旱地区的产汇流特征，构建分布式水文模型，实现水文模型与多个土壤侵蚀模型的分别耦合，以日尺度为计算步长，开展流域水文、土壤侵蚀、产输沙过程的耦合模拟，实现了流域水文—侵蚀—输沙耦合模型的模式化构建与参数本地化研究，筛选针对研究区的最优水沙耦合模型，从而为干旱半干旱地区土壤侵蚀产沙模拟提供一个便捷的可视化途径，具有推广实用性。
1.一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤2中，产流的计算采用双层产流模式，并计算地表蒸散发和冠层截留的耗损，坡面与河道地表汇流通过运动波方程计算，地下汇流选择线性水库法模拟计算。
3.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤3中流域侵蚀产沙模型采用修正的mmf模型进行土壤侵蚀的计算，按照公式（1）包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤3中流域土壤侵蚀产沙模型采用hspf模型进行土壤侵蚀的计算，模拟泥沙的沉积、溅蚀、输移、冲刷四个过程，包括以下步骤：
5.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤3中流域土壤侵蚀产沙模型中的dhsvm模型进行土壤侵蚀的计算，模拟击溅侵蚀、输移、径流冲刷，包括以下步骤：
6.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤3中流域侵蚀产沙模型中的guest模型进行土壤侵蚀的计算，包括以下步骤：
7.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤3中流域产输沙模型中采用wepp模型进行土壤侵蚀的计算，包括以下步骤：
8.如权利要求1所述的一种流域水沙模型集合评估方法，其特征在于，步骤4中采用3种评价指标对每个土壤侵蚀模型进行评价，包括以下步骤：
