长江上游小流域土壤侵蚀动态模拟与分析_潘竟虎
水蚀预报模型的分析
水蚀预报模型的分析土壤侵蚀预报是土壤侵蚀研究的核心内容，同时也是进行水土流失监测、评价水土保持效益、合理布设水土保持措施的工具。
目前，国内外水蚀预报模型按照不同的分类依据，主要可以分为以下几种类型：(1)根据研究区范围大小，主要可以分为坡面模型(HillslopeModel)、流域模型(WatershedModel)和区域模型(RegionModel)。
坡面模型如USLE，小流域模型如LISEM，区域模型如SEMMED。
(2)根据模型建立的方法和对水蚀过程的模拟，可以分为经验预报模型(EmpiricalModel)、物理过程预报模型(Physically－basedModel)。
经验预报模型依据实际观测资料，采用数理统计分析的方法，建立坡面、流域或区域侵蚀产沙量与其主要影响因素之间的经验关系式，例如美国建立的通用水土流失方程USLE(U-niversalSoilLossEquation)、RUSLE(RevisedUniversalSoilLossEquation)［1-2］，我国建立的刘善建模型、江忠善模型、CSLE(ChineseSoilLossEquation)等［3-5］;物理过程预报模型是对整个事件或系统过程的模拟，以侵蚀产沙的基本物理过程为基础，利用水文学、水力学、土壤学、泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理，根据降雨、下垫面状况等来描述土壤侵蚀产沙过程，通过对复杂的侵蚀产沙现象和过程的概化，建立模型的整体结构和微观结构，并用实际观测资料来优选和决定模型中的参数，如美国建立的WEPP(WaterErosionPredictionProject)［6］、澳大利亚建立的GUEST(GriffithUniversityErosionSystemTemplate)等［7］。
(3)根据是否反映时空差异，区分为集总式模型和分布式模型。
集总式模型以整个流域为预报对象，不反映其内部差异，而分布式模型则按照一定的方法将流域划分成一个个相对均质的网格，按照一定的数学法则来计算每个网格单元的侵蚀量，并将计算结果推演到流域出口，得到整个流域土壤侵蚀量。
金沙江流域近十年地表变化与土壤侵蚀时空变化特征
第30卷第5期2023年10月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .30,N o .5O c t .,2023收稿日期:2022-07-06 修回日期:2022-07-29资助项目:国家重点研发计划项目 长江流域典型区域产流产沙综合机制研究 (2016Y F C 0402301-02) 第一作者:杨建和(1995 ),男,云南香格里拉人,硕士研究生,研究方向为土壤侵蚀与水土保持㊂E -m a i l :y a n g j i a n h e @i m d e .a c .c n 通信作者:严冬春(1981 ),男,湖北宜昌人,博士,副研究员,主要从事土壤侵蚀与水土保持生态修复方面的教学研究工作㊂E -m a i l :ya n d c @i m d e .a c .c nh t t p :ʊs t b c y j .p a p e r o n c e .o r gD O I :10.13869/j.c n k i .r s w c .2023.05.018.杨建和,严冬春,文安邦.金沙江流域近十年地表变化与土壤侵蚀时空变化特征[J ].水土保持研究,2023,30(5):13-20.Y A N GJ i a n h e ,Y A N D o n g c h u n ,W E N A n b a n g .S p a t i o t e m p o r a lV a r i a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s o f S u r f a c eC h a n ge a n dS o i l E r o s i o n i n J i n s h aR i v e r B a s i n i n t h eP a s tD e c a d e [J ].R e s e a r c hof S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2023,30(5):13-20.金沙江流域近十年地表变化与土壤侵蚀时空变化特征杨建和1,2,严冬春2,文安邦2(1.中国科学院大学,北京100049;2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都610299)摘 要:[目的]金沙江流域是长江上游生态脆弱区和西部大开发的重要区域,定量评价金沙江流域土壤侵蚀变化和空间分布对当地水土流失防治和生态修复保护具有重要意义㊂[方法]采用C S L E 模型开展2010 2020年金沙江流域土壤侵蚀定量估算与分析㊂[结果]2010 2020年金沙江流域变化显著的是草地面积,净减少6059.7k m 2,耕地面积净增加2294.38k m 2,植被覆盖为0.6以上盖度面积减少57.70%;金沙江流域2010年和2020年土壤侵蚀模数分别为17.06t /(h m 2㊃a ),24.56t /(h m 2㊃a )㊂10年间,侵蚀等级由低强度向高强度转变,金沙江流域上游和中游(青海直门达至云南石鼓段和石鼓至四川屏山段)侵蚀等级由轻度向中度转移显著;金沙江流域侵蚀强度空间分布上,2010年和2020年8ʎ以上坡段侵蚀量占比分别达92.71%,93.80%,高程在3000~4000m 的侵蚀模数增量显著,增幅为63.5%㊂[结论]金沙江流域土地利用和植被覆盖变化引起土壤侵蚀由轻度向中度转移现象明显,应重点关注金沙江流域各段不同坡度和海拔带土壤侵蚀变化趋势,以期为水土流失治理提供数据支撑㊂关键词:土壤侵蚀;时空变化;金沙江流域;中国土壤流失方程中图分类号:S 157.1 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2023)05-0013-08S p a t i o t e m p o r a lV a r i a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s o f S u r f a c eC h a n ge a n dS o i l E r o s i o n i nJ i n s h aR i v e rB a s i n i n t h eP a s tD e c a d eY A N GJ i a n h e 1,2,Y A N D o n g c h u n 2,W E N A n b a n g2(1.U n i v e r s i t y o f C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,B e i j i n g 100049,C h i n a ;2.I n s t i t u t e o f M o u n t a i n H a z a r d s a n dE n v i r o n m e n t ,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,C h e n gd u 610299,C h i n a )A b s t r a c t :[O b je c t i v e ]J i n s h aR i v e rB a s i n i sa ne c o l o g i c a l l yf r ag i l ea r e a i nth eu p p e r r e a c h e so f t h eY a n g t z e Ri v e r a n d a n i m p o r t a n t a r e a f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h ew e s t e r n r e gi o n .Q u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o n o f s o i l e r o s i o n c h a n g e a n d s p a t i a l d i s t r i b u t i o n i n J i n s h aR i v e rB a s i n i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o r l o c a l s o i l e r o s i o nc o n t r o l a n d e c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n a n d p r o t e c t i o n .[M e t h o d s ]C h i n e s e S o i l L o s s E q u a t i o n (C S L E )m o d e l w a s u s e d t o c a r r yo u t q u a n t i t a t i v ee s t i m a t i o na n da n a l ys i so f s o i l e r o s i o n i nJ i n s h aR i v e rB a s i nf r o m 2010t o2020.[R e s u l t s ]T h e o b v i o u s c h a n g e s i n J i n s h aR i v e r B a s i n f r o m2010t o 2020w e r e t h e n e t d e c r e a s e o f g r a s s l a n d a r e a b y6059.7k m 2,t h e n e t i n c r e a s e o f c u l t i v a t e d l a n d a r e a b y 2294.38k m 2,a n d t h e d e c r e a s eo f v e g e t a t i o nc o v e r a g e a r e aa b o v e 0.6b y57.70%.T h e s o i l e r o s i o nm o d u l u s o f J i n s h aR i v e rB a s i n i n2010a n d 2020w e r e 17.06t /(h m 2㊃a )a n d24.56t /(h m 2㊃a ),r e s p e c t i v e l y .I n t h e p a s t t e n y e a r s ,t h e e r o s i o n g r a d e c h a n g e d f r o ml o wi n t e n s i t y t oh i g h i n t e n s i t y ,a n d t h e e r o s i o n g r a d e i n t h eu p p e r a n dm i d d l e r e a c h e so f J i n s h aR i v e rB a s i n (Z h i m e n d a i nQ i n g h a i t oS h i gu s e c t i o n i nY u n n a n a n dS h i g u t oP i n g s h a n s e c t i o n i nS i c h u a n )c h a n g e d f r o m m i l d l e v e l t om o d e r a t e l e v e l .I n t e r m s o f s p a t i a l d i s t r i b u t i o no fe r o s i o ni n t e n s i t y i nJ i n s h aR i v e rB a s i n ,t h e p r o po r t i o no fe r o s i o na m o u n to nt h e s l o p e sw i t ha b o v e8ʎi n2010a n d2020w a s92.71%a n d93.80%,r e s p e c t i v e l y.T h e i n c r e m e n to fe r o s i o n Copyright ©博看网. All Rights Reserved.m o d u l u s b e t w e e n3000m a n d4000m w a sr e m a r k a b l e,a n dt h e i n c r e a s ew a s63.5%.[C o n c l u s i o n]T h e c h a n g e i n l a n d u s e a n d v e g e t a t i o n c o v e r i n J i n s h aR i v e r B a s i n l e a d s t o t h e o b v i o u s t r a n s f e r o f s o i l e r o s i o n f r o m m i l d l e v e l t o m o d e r a t e l e v e l.W es h o u l df o c u so nt h ec h a n g et r e n do fs o i le r o s i o ni nd i f f e r e n ts l o p e sa n d e l e v a t i o n z o n e s o f J i n s h aR i v e rB a s i n i no r d e r t o p r o v i d e d a t a s u p p o r t f o r s o i l e r o s i o n c o n t r o l.K e y w o r d s:s o i l e r o s i o n;t e m p o r a l a n d s p a t i a l c h a n g e s;J i n s h aR i v e rB a s i n;C h i n e s eS o i l L o s sE q u a t i o n土壤侵蚀是影响社会经济可持续发展的重要因素之一[1]㊂土壤侵蚀不仅会降低土地生产力,还会降低林草地的保水能力,甚至发生垮塌㊁泥石流等灾害,泥沙流入江河会严重威胁水利设施[2]㊂土壤侵蚀深受人为活动对地表破坏的驱动[3],耕作开垦㊁伐林毁草㊁开发建设项目等造成土地利用和地表覆盖发生变化,从而改变一个流域内的产流特性,导致土壤侵蚀时空分布特征发生变化[4-5]㊂开展阶段性流域尺度的土壤侵蚀定量评价作为制定水土保持生态环境治理规划的基础和前提[6],可有效评估流域开发造成的水土流失情况,同时可为流域管理提供科学的数据支撑㊂目前,国内外主流的较大流域尺度土壤侵蚀估算方法有U S L E,R U S L E和C S L E模型[7],其中U S L E,R U S L E模型是基于美国较为平坦的地势而建立的,C S L E模型则将U S L E,R U S L E模型中的植被覆盖与管理因子和水土保持措施因子具体化为生物措施因子㊁工程措施因子和耕作措施因,以适应中国的复杂地貌㊂模型的选择往往根据研究区地势,及具体数据的可获得性而定,在我国土壤侵蚀评估中已得到广泛应用与实践[8-13]㊂金沙江流域是西部大开发和长江流域生态修复保护的重要区域㊂目前,已建成乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡㊁向家坝等四座大型水电站,以及数量众多的小电站,流域内还有大量矿产资源和旅游资源被源源不断的挖掘和开发,交通和基建数目不断扩张,人类活动与土壤侵蚀的相互关系影响深远㊂然而,对金沙江流域整体性土壤侵蚀定量评价鲜有报道,大部分研究报道仅涉及流域的某一段(云南段㊁川西段或甘南段),且多数采用U S L E或R U S L E模型,如云南境内,彭建等[14]使用R U S L E评价过滇西北山区土壤侵蚀情况,陈峰等[15]使用R U S L E分析滇南山区土壤侵蚀演变,陈正发等[16]使用R U S L E估算云南省土壤侵蚀分布特征㊂四川甘肃境内,如杨青林等[17]使用U S L E对川西北地区进行土壤侵蚀敏感性评价,姚昆等[18]使用U S L E研究川西南山地土壤侵蚀动态变化,魏健美等[19]使用U S L E研究甘南川西北地区土壤侵蚀,蒲泓君等[20]使用R U S L E进行川西南土壤侵蚀风险评价,王莉娜等[21]使用U S L E对甘肃省进行土壤侵蚀变化评价㊂由于金沙江流域南北纬跨度大,海拔落差高,山高坡陡,耕作模式多样,U S L E或R U S L E模型在金沙江流域的适用性有待于进一步研究㊂本文考虑金沙江流域涉及高原㊁山区㊁盆地的特点,使用G I S技术和C S L E模型定量解析金沙江流域的土壤侵蚀特征,为金沙江流域水土流失防治和生态修复保护提供决策依据㊂1材料与方法1.1研究区概况金沙江,是中国长江的上游,地理坐标介于东经90.54ʎ 104.95ʎ和北纬24.46ʎ 35.78ʎ,发源于青海省当曲,流经青藏高原㊁川西高原㊁横断山区㊁云贵高原㊁川西南山地区,在四川宜宾与岷江汇合,全长3496k m,海拔落差在5000m以上㊂金沙江流域以金沙江为主干水系,涵盖青藏高原东部和横断山脉区,向南至云贵北高原,向东至川西高原和盆地,南北纬跨度9度以上,流域面积约47.32万k m2㊂流域地形地貌十分复杂,众多高山深谷相间并列,峰谷高差可达1000~3000m㊂流域内气候时空变化大且差异显著,大气环流形势多变,冬半年(横断山脉区北段为10月至次年5月,其余地区为11月至次年4月)主要受西风带气流影响,被青藏高原分成南北两支的西风急流,其南支经过,带来大陆性的晴朗干燥天气,而流域东北部受昆明静止锋和西南气流影响,阴湿多雨;夏半年(6 9月或5 10月)西风带北撤,则受海洋性西南季风和东南季风的影响,带来丰沛的降水,并由流域东南向流域西北逐趋减少㊂金沙江流域多年平均年降水量约710mm,流域下游(四川屏山至宜宾)江两侧山地年降水量约为900~1300mm,相应径流深为500~900mm,大凉山地区年降水量可达1500mm以上,径流深1200~1400mm,中上游(青海直门达至四川屏山)主要属高山峡谷区,降水和径流垂直分布明显,江两岸山地年降水量为600~800mm,径流深为400~ 700m m,另外部分流域河谷地区年降水量仅有400~600 m m,径流深仅200~400m m㊂植被类型随海拔气候变化分布有草甸㊁草原㊁针叶林㊁灌木㊁针阔混交林㊁阔叶林等㊂流域内土壤类型丰富,青藏高原地带主要为风沙土和黑毡土,川西㊁云贵高原主要为寒漠土㊁红壤㊁棕壤,四川盆地带主要为紫色土和黄壤㊂41水土保持研究第30卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.1.2 数据来源降雨数据来源于中国气象数据网,收集了金沙江流经的5个省份(包括青海省㊁西藏自治区㊁云南省㊁贵州省㊁四川省)共计168个县级气象站点的19812010年逐年降雨量㊂土壤数据为土壤质地和土壤有机碳含量,以1ʒ100万世界土壤数据库(HW S D )为基础数据㊂D E M 数据来自地理遥感生态网中下载的A L O S 卫星的30m 分辨率数据产品㊂N D V I (归一化植被指数)数据是利用L a n d s a t 卫星遥感影像解译而来,通过地理遥感生态网下载30m 分辨率的2010年和2020年两期N D V I 数据㊂土地利用数据主要依托地理国情监测云平台,是由L a n d s a t 卫星30m 分辨率遥感影像,结合中国土地利用通过人机交互目视解译而来,本研究分别下载了2010年和2020年的土地利用类型数据㊂1.3 土壤侵蚀模型本研究采用中国土壤流失方程C S L E 模型[22],比起U S L E 和R U S L E 等模型,C S L E 模型中含有更具体的植被覆盖㊁工程措施㊁耕作措施因子,更能体现不同时期地表变化下的土壤侵蚀情况,其计算表达式为:A =R ㊃K ㊃L S ㊃B ㊃E ㊃T (1)式中:A 表示年均土壤流失量 t /(h m 2㊃a ) ;R 表示降雨侵蚀力因子 (M J ㊃mm )/(h m 2㊃h ㊃a ) ;K 表示土壤可侵蚀性因子 t ㊃h m 2㊃h /(h m 2㊃M J ㊃mm ) ;L 表示坡长因子,无量纲;S 表示坡度因子,无量纲;B 表示生物措施因子,无量纲;E 表示工程措施因子,无量纲;T 表示耕作措施因子,无量纲㊂(1)降雨侵蚀力因子R ㊂降雨侵蚀力其内涵是降雨所导致的土壤侵蚀发生的一种潜在能力,主要跟当地降雨量有关㊂考虑到研究主要是考量受人类活动影响的植被覆盖和土地利用等地表结构变化下的土壤侵蚀情况,为此用于计算降雨侵蚀力的降雨数据统一只使用1981 2010年的多年平均降雨量㊂参考‘水土流失计算导则“基于年降雨资料的降雨侵蚀力计算方法:R =0.067P d 1.627(2)式中:R 为年降雨侵蚀力因子 M J ㊃m m /(h m2㊃h ) ;P d 为年降雨量(mm )㊂(2)土壤可侵蚀性因子K ㊂土壤可侵蚀性简而言之为土壤被冲蚀㊁搬运的难易程度,主要跟当地的土壤质地有关,计算模型使用认可度较高且被广泛应用的基于土壤质地中不同土壤颗粒含量计算的E P I C 模型[23],并将K E P I C 换算成国际通用单位t ㊃h m 2㊃h /(h m 2㊃M J㊃mm ) ,即:K E P I C =0.2+0.3e x p -0.0256S AN (1-S I L /100){}ˑS I L /(C L A+S I L ).3ˑ1-0.25C /C +e x p (3.72-2.95C ){}ˑ1-0.75(1-S A N /100)/(1-S A N /100)+e x p -5.51+22.9(1-S A N /100){}K =0.1317㊃K E P I C(3)式中:S A N ,S I L ,C L A 分别为砂粒(0.05~2.0mm )㊁粉粒(0.002~0.05mm )㊁黏粒(<0.002mm )含量(%);C 为有机碳含量(%)㊂(3)坡长因子L ㊂坡长因子求算的原理是某一坡长的坡地上土壤流失量与标准小区坡长(22.13m )的坡地上土壤流失量之比,采用土壤侵蚀研究中孔亚平[24]提及的坡长因子公式:L =(λ/22.13)m(4)式中:λ为坡长,坡长被定义为地面上一点沿水流方向到其流向起点的最大地面距离在水平面的投影长度,本研究的坡长基于D E M 计算㊂m 为坡长指数,根据刘宝元[25]和江忠善[26]等研究的坡长指数依据坡度进行取值,如下:m =0.1 θ<5ʎ0.2 5ʎɤθ<15ʎ0.3 15ʎɤθ<25ʎ0.4 25ʎɤθ<35ʎ0.5 θȡ35ʎìîíïïïïïï(5)(4)坡度因子S ㊂坡度因子定义为某一坡度小区单位面上的土壤侵蚀量与标堆小区坡度单位面积上的土壤侵蚀量之比,计算方法借用刘宝元[27]和刘斌涛[28]等的公式:S =10.8s i n θ+0.03 θɤ5ʎ16.8s i n θ-0.50 5ʎ<θɤ10ʎ21.204s i n θ-1.2404 10ʎ<θɤ25ʎ29.585s i n θ-5.6079 θ>25ʎìîíïïïïï(6)式中:S 为坡度因子值;θ为坡度㊂(5)生物措施因子B ㊂通常指在一定条件下有植被覆盖或实施田间管理的土壤流失总量与同等条件下清耕的连续休闲地土壤流失总量之比㊂本文根据植被覆盖情况结合土地利用类型进行B 因子计算,具体赋值情况参照‘流域管理项目土壤侵蚀监测评价手册“和‘第一次水利普查成果丛书“进行赋值计算,如表1㊁表2所见㊂(6)工程措施因子E ㊂工程措施因子其内涵是当各条件与标准小区一致的情况下,实施工程措施下的土壤流失量与标准小区土壤流失量之比㊂由于金沙江流域幅员辽阔无法细分石坎或土坎等较细的工程措施,本研究以常见的梯田形式作为工程措施,同时考虑金沙江流域地势差异明显的特性,参考金沙江流域青藏高原㊁云贵川西高原和川西盆地的耕地地形,耕作习惯资料,依据‘生产建设项目土壤流失量测算导则“对流域上段㊁中段㊁下段的不同耕地进行相应赋值(见表3)㊂51第5期 杨建和等:金沙江流域近十年地表变化与土壤侵蚀时空变化特征Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表1 林㊁草㊁灌木B 值植被盖度B 因子林㊁草地盖度<20%20%~40%40%~60%60%~80%ȡ80%林地B 值0.1000.0800.0600.0200.004草地B 值0.4500.2400.1500.0900.043植被盖度B 因子灌木盖度<30%30%~45%45%~60%60%~75%ȡ75%灌木B 值0.2500.2000.1500.1200.100表2 其他地类B 值土地利用类型B 值耕地0.470建筑地0.353贫瘠0.230水域㊁冰雪地㊁湿地0.000(7)耕作措施因子T ㊂耕作措施因子其内涵是其他条件一致为前提,采取某种耕作措施的土壤流失量与同等条件下没有采取耕作措施的土壤流失量之比㊂本研究依据‘区域水土流失动态监测技术规定(试行)“中全国轮作区名称及代码对T 因子赋值,研究区所包含的耕作区与对应T 值见表4,其他地类均赋值为1.000㊂表3 不同工程措施E 值水土保持工程措施E 值水平梯田 0.100坡式梯田 0.414隔坡梯田 0.347波浪式梯田 0.414无水土保持工程措施1.000表4各耕作区T 值耕作区T 因子值青藏高原喜凉作物一熟轮歇区藏东南川西河谷地喜凉作物一熟区0.272西南中高原山地旱地二熟一熟水田二熟区贵州高原水田旱地两熟一熟区0.410云南高原水田旱地二熟一熟区0.425滇黔边境高原山地河谷旱地一熟两熟区0.429四川盆地水旱二熟兼三熟区盆西成都平原水田麦稻两熟区0.4222 结果与分析2.1 十年地表变化情况本研究主要从与土壤侵蚀有关的土地利用和植被覆盖两个角度分析地表变化㊂首先对2010年和2020年的土地利用情况进行矩阵分析,见表5㊂从土地利用面积减少量来看,2010 2020年草地面积减少量最多,耕地和森林次之,其中,草地转移情况主要有3404.90k m 2草地转移为耕地,3062.44k m 2草地转移为森林,4283.69k m 2草地转移为贫瘠㊂从土地利用面积增加量分析,2010 2020年耕地面积增加量最多,其次是森林,耕地的增加面积主要由森林㊁草地转移而来,森林的增加面积主要由草地㊁耕地和灌木转移而来㊂总体上,2010 2020年耕地面积净增加2294.38k m 2,森林面积净增加2133.07k m 2,灌木面积净减少542.19k m 2,草地面积净减少6059.7k m 2,水域面积净增加105k m 2,贫瘠地面积净增加1910.78k m 2,建筑地面积净增加158.65k m 2㊂将2010年㊁2020年的两期植被覆盖度(图1)进行重分类,并进行分区统计得到不同覆盖度下面积比例如表6所示,2010年植被覆盖度在0.6~0.8的占比最大,0.6以上盖度面积占比为65.44%,2020年植被覆盖度在0.4~0.6的占比最大,0.6以上盖度面积占比为27.68%㊂显然,2010 2020年覆盖度较高的植被面积在减少,0.6以上覆盖度面积减少57.70%㊂综上所述,金沙江流域10年间地表变化明显,耕地㊁森林㊁贫瘠㊁水域和建筑地面积都有所增加,耕地面积增量最高,而灌木和草地面积锐减,草地面积减少量最高,森林面积的增加量远不及灌木和草地面积的减少量,说明植被覆盖度减弱,主要是覆盖度较高的草地面积减少严重㊂2.2 土壤侵蚀模数与侵蚀强度变化在G I S 平台对C S L E 各因子进行地图代数运算得到2010年和2020年的土壤侵蚀模数(图2),结果显示,2010年金沙江流域土壤侵蚀模数介于0~870.75t /(h m 2㊃a ),平均侵蚀模数为17.06t /(h m 2㊃a )㊂根据地势从青海当曲至青海直门达划为流域上上游,平均土壤侵蚀模数10.20t /(h m 2㊃a);直门达至云南石鼓为流域上游,平均土壤侵蚀模数19.34t /(h m 2㊃a);石鼓至四川屏山为流域中游,平均土壤侵蚀模数21.3261 水土保持研究 第30卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.t /(h m 2㊃a );屏山至四川宜宾为流域下游,平均土壤侵蚀模数7.50t /(h m 2㊃a )㊂2020年金沙江流域土壤侵蚀模数介于0~895.46t /(h m 2㊃a ),平均侵蚀模数为24.56t /(h m 2㊃a ),其中流域上上游平均土壤侵蚀模数14.00t /(h m 2㊃a ),流域上游平均土壤侵蚀模数30.37t /(h m 2㊃a),流域中游平均土壤侵蚀模数27.45t /(h m 2㊃a ),流域下游平均土壤侵蚀模数10.40t /(h m 2㊃a)㊂显然,十年间流域上游和中游,即青海直门达至云南石鼓段和石鼓至四川屏山段土壤侵蚀模数变化最明显,分别由19.34t /(h m 2㊃a)上升至30.37t /(h m 2㊃a )㊁由21.32t /(h m 2㊃a )上升至27.45t /(h m 2㊃a),侵蚀等级由轻度向中度转变㊂表5金沙江流域2010年㊁2020年土地利用转移矩阵k m 2年份2020年耕地森林灌木草地水域贫瘠建筑总计减少量耕地30589.692301.43245.021790.72176.843.07105.0635211.844622.15森林2923.92141198.801101.00148.111.090.011.67145374.594175.79灌木561.38926.972735.75926.230.710.050.005151.082415.342010年草地3404.903062.44527.14256273.80240.924283.6966.32267859.2011585.40水域25.9312.610.00224.772571.26184.384.283023.23451.96贫瘠0.275.410.002435.71117.9913201.401.0515761.822560.42建筑0.130.000.000.1719.420.00487.45507.1719.73总计37506.22147507.664608.91261799.503128.2317672.60665.82472888.94增加量6916.536308.861873.165525.70556.964471.20178.38图1 金沙江流域2010年㊁2020年植被覆盖度依据土壤侵蚀分类分级标准进行土壤侵蚀强度分级,如图3所示,2010 2020年金沙江流域上游和中游土壤侵蚀强度变化明显,为明确10a 间各侵蚀强度等级间的变化,进行了土壤侵蚀强度转移矩阵(表7)㊂由表可知,2010年向2020年土壤侵蚀强度转移中,微度侵蚀向轻度侵蚀转移41.53%,轻度侵蚀向中度侵蚀转移66.03%,中度侵蚀向强烈侵蚀转移29.08%,强度侵蚀向极强度侵蚀转移27.80%,极强度侵蚀向剧烈侵蚀转移11.00%,总体呈现低强度向高强度转移㊂表6 金沙江流域2010年㊁2020年植被覆盖情况年份参数植被覆盖度<0.20.2~0.40.4~0.60.6~0.8>0.82010面积/k m24394.7877371.6587673.73217934.92102847.67面积占比/%0.9015.7817.8844.4620.982020面积/k m211365.18152680.17190477.60123256.6612443.15面积占比/%2.3231.1438.8625.142.54图2 金沙江流域土壤侵蚀模数空间分布图3 金沙江流域2010年㊁2020年土壤侵蚀强度空间分布71第5期 杨建和等:金沙江流域近十年地表变化与土壤侵蚀时空变化特征Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表7 金沙江流域2010-2020年土壤侵蚀强度转移矩阵k m 2年份2020年微度轻度中度强度极强度剧烈总计微度97796.6473308.873367.361336.48550.52157.07176516.94轻度3272.79132605.0356249.967814.09650.39228.00200820.26中度400.223267.6340332.9618972.481903.22354.4765230.982010年强度208.401072.181077.1414297.046540.43335.1123530.30极强度170.00474.87233.50602.357504.911111.2210096.85剧烈33.66216.70325.80169.67170.181150.732066.74总计101881.71210945.28101586.7243192.1117319.653336.60478262.072.3 不同坡段土壤侵蚀变化特征为进一步分析土壤侵蚀在不同坡度下的分布情况,参照‘土壤侵蚀分类分级标准“将流域坡度分为0ʎ~5ʎ,5ʎ~8ʎ,8ʎ~15ʎ,15ʎ~25ʎ,25ʎ~35ʎ,>35ʎ,共6个坡段,对2010年和2020年的土壤侵蚀模数按不同坡度提取(表8)㊂结果显示,随坡度的增加侵蚀模数不断增大,呈正相关㊂10年间,侵蚀模数的增幅与坡度也呈正相关,其中0ʎ~5ʎ坡段土壤侵蚀模数增幅最少,只增加了20%,大于35ʎ坡段的土壤侵蚀模数增幅最大,由25.85t /(h m 2㊃a )增至39.09t /(h m 2㊃a),增加51.22%㊂从土壤侵蚀量来看,两期土壤侵蚀量占比较高坡段均处在8ʎ以上,侵蚀量占比分别达到了92.71%,93.80%,2020年6个坡段对应的土壤侵蚀量均高于2010年对应坡段土壤侵蚀量㊂表8 金沙江流域不同坡度段土壤侵蚀变化坡度/(ʎ)面积/万h m 2面积占比/%2010年平均土壤侵蚀模数/(t ㊃h m -2㊃a-1)侵蚀量/万t侵蚀量占比/%2020年平均土壤侵蚀模数/(t ㊃h m -2㊃a-1)侵蚀量/万t侵蚀量占比/%10年土壤侵蚀模数变化/%0~51009.2719.433.203229.663.653.843875.603.05+205~8411.097.917.833218.833.649.754008.133.15+24.528~15851.0716.3915.2012936.2614.6320.9117795.8713.98+37.5715~251183.2722.7822.0826126.6029.5532.0437911.9729.79+45.1125~351080.2220.8023.9525871.2729.2635.0937904.9229.79+46.51>35658.8912.6925.8517032.3119.2739.0925756.0120.24+51.22注: +表示增加㊂2.4 不同高程带土壤侵蚀变化特征由于研究区海拔跨度大,进而分析了不同高程带土壤侵蚀分布情况㊂将流域划分为7个高程梯度(<500m ,500~1000m ,1000~2000m ,2000~3000m ,3000~4000m ,4000~5000m ,>5000m )㊂如图4所示,流域上上游高程在4000m 以上,流域上游高程为3000~5000m ,流域中游大部分高程为1000~3000m ,流域下游高程500~1000m 为主㊂由表9可知,侵蚀模数与高程带并无直接线性关系,2010年在3000~4000m 高程带平均土壤侵蚀模数最低,主要涉及流域上游和中游段,2020年小于500m 高程带土壤侵蚀模数最低,2010年和2020年在1000~2000m 高程带平均土壤侵蚀模数均最高,涉及流域中游和下游段㊂在4000~5000m 高程带土壤侵蚀量最高,涉及了金沙江流域的上游和上上游,2010年和2020年分别侵蚀了43173.19万t 和65740.99万t ,占比为48.70%和51.53%㊂从各高程带十年侵蚀模数变化来看,增幅由大到小的高程带依次为3000~4000m ,4000~5000m ,2000~3000m ,500~1000m ,1000~2000m ,>5000m ,<500m ,由此推断金沙江流域上游和中游段土壤侵蚀强度增加最为明显㊂图4 金沙江流域高程空间分布81 水土保持研究 第30卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表9金沙江流域不同高程带土壤侵蚀变化高程/m面积/万h m2面积占比/%2010年平均土壤侵蚀模数/(t㊃h m-2㊃a-1)侵蚀量/万t侵蚀量占比/%2020年平均土壤侵蚀模数/(t㊃h m-2㊃a-1)侵蚀量/万t侵蚀量占比/%10年侵蚀模数变化/%<5007.780.1620.09156.300.1822.00171.160.13+9.50 500~100041.790.8019.84829.110.9426.171093.640.86+31.91 1000~2000521.3210.0322.9911985.1513.5229.5915425.8612.09+28.71 2000~3000904.1217.4018.6116825.6718.9824.6722304.6417.48+32.56 3000~4000715.9613.7813.679787.1711.0422.3516001.7012.54+63.50 4000~50002725.5852.4615.8443173.1948.7024.1265740.9951.53+52.27 >5000279.065.3721.105888.176.6424.566853.715.37+16.40注: + 表示增加㊂3结论与讨论(1)金沙江流域2010 2020年土地利用和植被覆盖发生明显变化㊂耕地面积增量最多,净增加2294.38 k m2,主要由森林㊁草地转移而来㊂草地面积减量最多,净减少6059.7k m2,草地主要转移为耕地㊁贫瘠地和森林㊂10年间,植被覆盖度减弱,覆盖度较高的面积减少严重,0.6以上盖度面积减少57.70%㊂有研究显示金沙江流域植被覆盖受气温和降水驱动的区域分别占总面积的32.627%和28.265%[29],说明植被覆盖还有很大一部分是受人为活动的影响,在流域高海拔带可以考虑放牧,流域低海拔带考虑耕地扩张和森林保护行为,以及开发建设项目导致植被覆盖发生变化㊂(2)金沙江流域2010年和2020年平均土壤侵蚀模数分别为17.06t/(h m2㊃a),24.56t/(h m2㊃a),呈增加趋势,其中流域上游,即青海直门达至云南石鼓段土壤侵蚀模数变化明显,由19.34t/(h m2㊃a)上升到了30.37t/(h m2㊃a)㊂整个流域侵蚀强度等级分析结果总体呈现低强度向高强度转移,显著表现为微度侵蚀向轻度侵蚀转移41.53%轻度侵蚀向中度侵蚀转移66.03%,中度以上转移量相对较低㊂(3)金沙江流域不同坡段和高程带土壤侵蚀特征变化明显㊂总体上,土壤侵蚀模数随坡度的增加而递增,2010 2020年土壤侵蚀模数增幅随坡度的增加而增大,高程在1000~2000m的平均土壤侵蚀模数均最高,涉及流域中游和下游,即云南石鼓至四川宜宾㊂10年间,侵蚀模数变化增幅最大的高程带为3000~4000m,该高程带处于流域上游和中游㊂本项研究在土壤侵蚀模型选择上,使用C S L E模型要优于R U S L E模型,金沙江流域地貌㊁海拔㊁气候㊁耕作模式差异明显,C S L E模型中各因子更能具体代表不同地区的情况,在计算坡度坡长因子时,使用适合西南土石山区的高坡度分段公式,以适宜流域山高坡陡的现象,所以计算结果较为合理㊂另外,有研究表明生物措施因子B是中国土壤流失方程(C S L E)中最敏感的因子,土地利用类型为影响土壤侵蚀的主控因子,土地利用方式是土壤侵蚀空间异质性的主要驱动力[30-31]㊂因此,研究中统一使用了1981 2010年29个时间序列的年均降雨量,从植被覆盖和土地利用变化出发,目的是排除降雨因素,揭示十年地表变化造成的土壤侵蚀变化特征㊂影响土壤侵蚀程度的因素主要有气候㊁地形㊁土壤㊁植被,对于金沙江流域而言,气候和土壤是不受人类控制而发生土壤侵蚀的潜在因素,需要讨论的是耕垦㊁毁林开荒㊁设施建设㊁过度放牧等人为活动下改变了地形和植被覆盖等因素造成土壤侵蚀加剧的问题㊂通过研究结果,可以看到近10年金沙江流域草地退化严重,耕地和建筑扩张明显,植被覆盖度减弱,这可能与人为过度放牧和开发建设等行为有关㊂人类的开发建设,如修建高速公路㊁修建大型水电站等都会一定程度上改变原有的地形地貌,地形发生变化意味着坡度的大小㊁坡长㊁坡形等随之发生改变,这直接决定了土壤侵蚀对地表径流的响应,除了开发建设造成地形改变还会破坏植被,加之耕地扩张,过度放牧等行为使草地面积减少,导致土壤失去了天然的保护屏障㊂以上这些行为是造成2010 2020年金沙江流域出现土壤侵蚀由低强度向高强度转移的主要原因,目前,轻度侵蚀向中度侵蚀转移量最多,需要警惕未来进一步加剧的风险㊂由于尚无定量评价冻融侵蚀的方法[32],本研究只估算了水力侵蚀,尚未考虑金沙江源头存在冻融侵蚀的现象㊂可见估算水力㊁冻融等混合侵蚀地块的土壤侵蚀模型已成为亟待解决的问题㊂91第5期杨建和等:金沙江流域近十年地表变化与土壤侵蚀时空变化特征Copyright©博看网. All Rights Reserved.参考文献:[1] W a n g Z J,J i a o JY,S uY,e t a l.T h e e f f i c i e n c y o f l a r g e-s c a l ea f f o r e s t a t i o n w i t hf i s h-s c a l e p i t sf o rr e v e g e t a t i o na n d s o i l e r o s i o nc o n t r o l i nt h es t e p p ez o n eo nt h eh i l l-g u l l y L o e s sP l a t e a u[J].C a t e n a,2014,115:159-167.[2]王占礼.中国土壤侵蚀影响因素及其危害分析[J].农业工程学报,2000,16(4):32-36.[3] G u oS,Z h uZ,L y uL.E f f e c t s o f c l i m a t e c h a n g e a n d h u-m a na c t i v i t i e so ns o i l e r o s i o ni nt h eX i h eR i v e rB a s i n,C h i n a[J].W a t e r,2018,10(8):1085-1099.[4]王永立,范广洲,周定文,等.我国东部地区N D V I与气温㊁降水的关系研究[J].热带气象学报,2009,25(6): 725-732.[5]赵峰,范海峰,田竹君,等.吉林省中部不同土地利用类型的土壤侵蚀强度变化分析[J].吉林大学学报:地球科学版,2005,35(5):661-666.[6] A l i S.E v a l u a t i o no f t h eU n i v e r s a l S o i l L o s sE q u a t i o n i ns e m i-a r i da n ds u b-h u m i dc l i m a t e so fI n d i au s i n g s t a g ed e p e n d e n tC-f a c t o r[J].I n d i a nJ o u r n a lo f A g r i c u l t u r a lS c i e n c e s,2008,78(5):422-427.[7] V B a g a r e l l o,C,DS t e f a n o,e t a l.P r e d i c t i n g m a x i m u ma n n u a l v a l u e so fe v e n ts o i l l o s sb y U S L E-t y p e m o d e l s[J].C a t e n a,2017,155:10-19.[8]周璟,张旭东,何丹,等.基于G I S与R U S L E的武陵山区小流域土壤侵蚀评价研究[J].长江流域资源与环境, 2011,20(4):468-474.[9]胡刚,宋慧,石星军,等.基于R U S L E的卧虎山水库流域土壤侵蚀特征分析[J].地理科学,2018,38(4):610-617.[10]陈朝良,赵广举,穆兴民,等.基于R U S L E模型的湟水流域土壤侵蚀时空变化[J].水土保持学报,2021,35(4):73-79.[11]王凯,夏燕秋,马金辉,等.基于C S L E和高分辨率航空影像的孤山川流域土壤侵蚀定量评价[J].水土保持研究,2015,22(1):26-32.[12]马亚亚,王杰,张超,等.基于C S L E模型的陕北纸坊沟流域土壤侵蚀评价[J].水土保持通报,2018,38(6):95-102.[13]顾治家,谢云,李骜,等.利用C S L E模型的东北漫川漫岗区土壤侵蚀评价[J].农业工程学报,2020,36(11):49-56.[14]彭建,李丹丹,张玉清.基于G I S和R U S L E的滇西北山区土壤侵蚀空间特征分析:以云南省丽江县为例[J].山地学报,2007,25(5):548-556.[15]陈峰,李红波.基于G I S和R U S L E的滇南山区土壤侵蚀时空演变:以云南省元阳县为例[J].应用生态学报,2021,32(2):629-637.[16]陈正发,龚爱民,宁东卫,等.基于R U S L E模型的云南省土壤侵蚀和养分流失特征分析[J].水土保持学报,2021,35(6):7-14.[17]杨青林,丁鹏凯,仙巍,等.川西北地区土壤侵蚀敏感性评价[J].人民长江,2018,49(10):30-35. 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沱江流域土壤侵蚀动态变化及驱动力分析
35
°,海拔大于 1500 m 等起伏较大的山区是土壤侵蚀的高风险区,需重点治理。
关键词:
GI
S;土壤侵蚀;RUSLE;地理探测器;沱江流域
中图分类号:
S157
文献标识码:
A
文章编号:
1005
3409(
2022)
02
0043
07
Ana
l
s
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fDynami
cChang
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中煤科工生态环境科技有限公司,北京 100013)
1.
摘
要:为了解沱江流域土壤侵蚀的动态演变规律及驱动机制,以沱江流域为研究区,基于 GI
S 和 RS 技术,运 用 RUSLE
模型测评流域 2000—2018 年的土壤侵蚀,对其时空动态演变规律进行了探索分析,并结合海拔、坡度、植被覆盖度、地
形地貌、土地、降雨、
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土壤侵蚀模型研究综述.
土壤侵蚀模型研究综述周正朝上官周平(中国科学院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 ,712100, 陕西杨凌摘要近年来 , 人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究 , 并针对不同研究对象与目的 , 建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。
在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上 , 讨论土壤侵蚀模型研究与 GIS 技术和 BP 神经网络理论结合的发展趋势 , 同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况 , 提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。
关键词土壤侵蚀 ; 模型 ; 预报 ; 参数收稿日期 :200309修回日期 :1016项目名称 :国家 973项目 (2002C B111502 ; 教育部博士点专项科研基金(20030712001作者简介 :周正朝 (1980—, 男 , 研究生。
主要从事植物生态与水土保持方向研究。
E 2mail :eco @ms. iswc. ac. cn 3刘宝元等 . 中国土壤侵蚀预报模型研究 . 第 12届国际水土保持大会 , 北京 ,2002土壤侵蚀预报模型的研发 , 是土壤和地理学科的前沿领域 , 也是引导和集成土壤侵蚀试验研究、促进土壤侵蚀和水土保持科研定量化的重要手段。
近 30年来 , 各国都投入了大量的人力和物力 , 研发土壤侵蚀预报模型 , 并取得了长足的进展。
根据模型建立的途径和模拟过程 , 模型通常可以分为经验模型、物理过程模型和分布式模型。
我们结合自己在黄土高原土壤侵蚀过程与预报方面的研究工作 , 对土壤水蚀过程模拟模型研究动态进行评述 ,提出了水蚀预报模型亟待解决的关键问题 , 以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立 , 为生态环境改善提供科学依据。
1经验模型 (Empirical Model111国外土壤侵蚀经验模型研究动态国外土壤侵蚀经验模型 , 主要以通用土壤流失方程 (Universal S oil Loss Equation ,US LE 和修正的通用土壤流失方程 (Reversed Universal S oil Loss Equa2tion ,RUS LE 为代表。
黄土高原小流域侵蚀预测与景观虚拟研究的开题报告
黄土高原小流域侵蚀预测与景观虚拟研究的开题报告一、选题背景和意义黄土高原地区作为中国的重要农业区和生态环境脆弱区，长期面临着水土流失、生态恶化等严重问题，对该地区的研究和保护意义重大。
作为黄土高原中的一个典型小流域，对该区域的研究可以为了解该地区的生态环境变化提供重要参考。
本研究将运用景观虚拟技术和SWAT模型，结合地理信息、气象数据等相关参数，对黄土高原小流域的侵蚀情况进行预测和分析，以期为该地区的生态环境保护提供一定的技术支持。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将重点研究黄土高原小流域的侵蚀情况和景观变化情况。
具体包括以下几个方面：（1）对小流域的地理环境进行调查和分析，获取地形、土壤、植被等方面的数据；（2）利用SWAT模型，对小流域的水文、氢离子、物理侵蚀等情况进行模拟和预测；（3）利用景观虚拟技术，模拟小流域景观变化情况，以期从微观角度了解该地区的生态环境变化情况；（4）分析小流域的景观变化对生态环境的影响，并提出相关的保护措施。
2. 研究方法本研究主要采用以下几种方法：（1）SWAT模型：该模型基于地理信息和气象数据，对流域内水文循环和土壤侵蚀进行模拟和预测，是有效的流域管理和水资源保护工具。
（2）景观虚拟技术：景观虚拟技术可以帮助我们在计算机中构建出真实的景观，对生态环境变化进行可视化展示和分析，可以有效地了解生态环境变化的影响。
（3）统计分析：通过采集和统计数据，运用相关的统计方法对数据进行分析和处理，以期得出有效的结论。
三、研究计划和进度1. 研究计划本研究共计三个阶段：（1）调查和数据收集：包括采集小流域的地形、土壤、植被等数据，并获取相应的环境和气象数据。
（2）模型建立和数据分析：在收集好相应的数据后，利用SWAT模型和景观虚拟技术构建流域模型，对小流域的侵蚀情况和景观变化情况进行分析。
（3）分析和措施提出：在对小流域的侵蚀情况和景观变化情况进行分析后，提出有效的保护措施，并对其进行实践。
基于遥感和GIS的黄土丘陵区土壤侵蚀变化监测分析——以静宁县水保世行贷款二期项目区为例
（ ．Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｐｉａｉｎＲｅｅ ｒ ｈＣｅ ｔｒｏ Ｓ， Ｎｏ ｔ ｗｅｔＮｏ ｍａ ｉｅｓｔ ， Ｌａ ｚ ｏ ３ ０ ０， Ｇａ ｓ ， Ｃｈｎ ； １ ｖ ｌｐ ｎ ｄ Ａｐ ｌ ｔ ｓａ ｃ ｎ ｅ ｆ ａ ｃ ｏ ＧＩ ｒｈ ｓ ｒ ｌ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｎｈ ｕ７ ０ ７ ｎｕ ｉａ ２ ．Ｃｏｌｇ ｆＲｅ ｏ ｒｅａ ｄＥｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ｃｅ ｃ ， Ｌ ｎ ｈ ｕＵ ｎｖ ｒｉｙ Ｌａ ｚ ｏ ３ ０ ０， Ｇａ ｓ ， Ｃｈｎ ） ｌ ｅｏ ｓ ｕ ｃ ｎ ｖｒｎ ｎａ ｉｎ ｅ ｅ Ｓ ａ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ ， ｎ ｈ ｕ７ ０ ０ ｎｕ ｉａ
侵蚀 区域 ；６年问项 目区平均侵蚀模 数从 １ ９ ９ ８年的 ９５ ９４ｔｋ ２ ５ ． ／ ｉ 下降到 ２ ０ ｎ ０ ４年的 ９３ ０ ３ｔｋ ，侵蚀 面积减 少 了 ４ ． ／ ｍｚ
１６ ；土壤侵 蚀强度类型的主要 转化 过程是轻度和 中度转化为微度． 经分析 。项 目区 ２ 。 ．２ ５以上的坡度 土壤侵 蚀量 大 于 １ ０ ／ ｍ ５０ ０ｔｋ ，是 水土流失治理 的关键 ；在 不同的土地利 用类型 中，耕地侵蚀 量最 大． 关键词 ：土壤侵蚀 ｌ土壤 流失方程 ；遥 感监测 ；黄土丘陵 区；ＧＩ Ｓ 中图分类号 ：Ｔ ９ Ｐ ７ ；Ｘ ４ １４ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ －８ ２０ ）２０ ８－５ ０ １９ ８ Ｘ（ ０ ６ ０－０ ５０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｅ ｅ ｔ ｅ ｓｎ ｍａ ｅ ａ ｄ ｇ ｏ ｒ ｐ ｉａ ｎ ｏ ｍ ａｉｎ ｓ ｓｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｔ ｅ ｓｒｃ ： ａ ｅ ｎ ｍｅ ｇ ｄ ｒ ｍｏ ｅ ｓ ｎ ｉ ｇ ｉ ｇ ｎ ｅ ｇ ａ ｈｃ ｌｉｆ ｒ ｔ ｙ ｔｍ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｈ ｏ
土壤侵蚀研究进展
影响机理研究尚不充分ꎬ 而且研究方法的不一致导致了研究结论存在一定差异ꎮ 本文通过分析各学者研究结果ꎬ
归纳总结目前土壤理化性质中重要因子对土壤侵蚀、 抗蚀性产生的影响以及在侵蚀过程中水动力学特征ꎬ 旨在为
收稿日期: ２０２１－０２－０１
作者简介: 刘争光 (１９８６－) ꎬ 男ꎬ 硕士ꎮ 研究方向: 含沙水流动机理ꎮ
实验得出在不同降雨强度情况下ꎬ 土壤侵蚀与土壤含
※资源环境
农业与技术 ２０２１ꎬ Ｖｏｌ ４１ꎬ Ｎｏ ０４ ９ ３
土壤抗侵蚀能力ꎮ 谢贤健等 [２９] 采用静水崩解法对内
土流失程度和强度则取决于土壤化学性质ꎮ 土壤中的
江市丘陵区测验得出ꎬ 土壤有机质分解后可以提高土
ｐＨ、 有机质和速效养分是土壤中重要组成元素ꎬ 三者
壤中速效养分的含量ꎬ 而速效养分对土壤结构起直接
含量的高低也是反应土壤养分的重要指标ꎮ
影响作用ꎬ 能有效提高土壤抗蚀性ꎮ 李渊等 [３０] 通过
渐降低并且耕地和草地最容易受土壤侵蚀ꎬ 导致土壤
土壤大多数为<０ ２５ｍｍ 的土壤颗粒ꎬ 而这样的颗粒极
肥力下降ꎮ 王文正等 [２７] 通过实地调查得出ꎬ 土壤有
易堵塞土壤孔隙ꎬ 造成水分难以下渗ꎬ 从而增加土壤
机质含量高ꎬ 水稳性指数越大ꎬ 土壤结构愈加稳定ꎬ
通过 Ｌｅ Ｂｉｓｓｏｎａｉｓ 方法得出ꎬ 黄
侵蚀力重要参数之一ꎮ 径流冲刷引起的土壤分离过程
研究成果不仅可以深化对土壤侵蚀过程的认识ꎬ 促进
主要通过土壤侵蚀阻力来定量表征 [４２] ꎬ 受土壤理化
立侵蚀预报模型
长江上游侵蚀、滑坡和泥石流典型区土体特性及微形态学研究
观察研究 。迄今 ， 土壤微形态学应用于土壤形成 将 和分类 、 土壤肥力和培肥 ， 土壤退化和治理等方面 ， 已经很成熟 ， 并显示 了具有直观性、 准确性、 简捷性 等优点 Ｊ 。但 目前在生态 环境研 究上应 用还很 少
还林还草建设工程” 两项生态 工程就是其标志 。对 该区生态建设和保护意义重大 。但是 ， 这两项生态
工程能否取得成效 ， 关键在 于能否遏止对该 区生态
环境最有影响的侵蚀、 滑坡和泥石流问题。在 一定
意义上说 ， 相关基础研究薄弱或滞后 ， 将影响这些 国 家战略性生态环 境措施 的效果 。因此 加强该 区侵 蚀、 滑坡和泥石流基础研究和成果的积累非常必要。
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第 ５期
何毓葬 ， 廖超林 ： 长江上游侵蚀 、 滑坡和泥石流鼬型 区土体特性及微形态学研究
５５ ８
上游典型区， 对这三类 土体代表性剖面的特性和微
诊断意义 。 关键词 ：侵蚀 ； 滑坡 ； 泥石流 ； 土性 ； 土壤 微形 态； 长江上游 中圈分类号 ：Ｓ ５ ． １２ ２＋ｌ Ｓ５ ． ；６ ．２ ；６２ ２ ；１７ １ Ｐ４ ２ ２ Ｐ ４ ．３ 文献标识码 ：Ａ
长江上游地区的生态环境问题早 已引起我国甚 至国际上的关注。该地 区是我国西部高原和东部平 原的过渡带 ， 高山、 中低 山和丘陵是其主要的地貌特
文章编号 ：１０ － ７６一 ２ ０ ） ５ ４ ０ ０ ８ ２ ８ （ ０ ６ ５— ８ — ８
长 江 上 游 侵蚀 、 坡 和 泥 石 流 典 型 区 滑 土体 特 性 及微 形态 学研 究
何 蓉廖 林 毓 ，超
长江上游紫色丘陵区土壤侵蚀与泥沙输移比研究——以涪江流域为例
中 国 水 土 保 持 科 学
Ｓ ｉｎｃ ｆＳ ｉ ａ ｄ Ｗ ａｅ ｎｓ ｒ ａｉｎ ｃｅ ｅ ｏ ｏ ｌ ｎ ｔｒＣｏ ｅ ｖ ｔ ｏ
Ｖｏ ． Ｎｏ ５ １８ ． ０ｃ ． ０１ ｔ２ ０
８（ ）：— ５ １７
长 江 上 游 紫 色 丘 陵 区 土 壤 侵 蚀 与 泥 沙 输 移 比研 究
算单元 ， 计算 每个 流域 发生 侵蚀 的地 块 （ 旱 坡 地 、 即 陡坡 旱 地 、 有林 地 、 林 地 、 地 、 木 地 和裸 地 ） 蚀 量 ， 到 全 疏 草 灌 侵 得 流域年均侵蚀量为 ２ ６ ０万 ｔａ年 均 侵 蚀 模 数 为 ８３ ９ｔ（ｍ ・ ） 上 游 山 地 区侵 蚀 模 数 ＞１ ０ （ ｍ ・ ） 紫 色 丘 ４ ／， １． ｋ ａ ， ／ ０／ ｋ ａ ， ０ ｔ 陵 区侵 蚀 模 数 ５０～ ０ ｔ（ ｍ ・ ） 流 域 平 均 泥 沙 输 移 比为 ０８ ， 游 泥 沙 输 移 比 ＞ ．０ 中 下 游 丘 陵 区 泥 沙 输 移 ０ ８０／ ｋ ａ ； ．３上 ０９ ，
ｉｒｇ ｔｄ ｓｅ ｐ ｌ ｐ ｌｎ ｒｉａ ｅ ｔ ｅ ｓｏ ｅ ａ ｄ， ｆｒ ｓ ｌ ｎ ｏ ｅ ｔ ａ ｄ， ｏ ｅ ｆｒ ｓ ｌ ｎ ｐ ｎ ｏｅｔ ａ ｄ
，
ｇ ａ ｓａ ｄ， ｓ ｒ ｂ ａ ｄ ｎ ｂａ ｅ ａ ｄ ｒ ｓ ｌｎ ｈ ｕ ｌ ｎ ａ ｄ ｒ ｌ ｎ ｗｅ ｅ ｒ
Ａ ｂｓｒ ｃ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆｔ ｏ ｔｏｌ ｄ ａ ｅ ｆｈ ｄ ｏ ｏ ｉａ ｔｔｏ ｓ ｍ ｏ ｐ ｏｏ ｉ ａ ｄ ｃ ｐ ｔａ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈｅ ｃ ｎ ｒｌｅ ｒ ａ ｏ ｙ ｒ ｌｇ ｃ ｌｓａｉ ｎ ， ｒ ｈ ｌ ｇｃ ｌ ｎ ｓ ａ ｅ
基于PLUS模型的长江流域土地利用变化模拟与多情景预测
基于PLUS模型的长江流域土地利用变化模拟与多情景预测一、概述随着全球化和城市化进程的加速，土地利用变化已成为影响区域乃至全球环境、经济和社会发展的重要因素。
作为中国最重要的水系和农业经济区，其土地利用变化尤为引人关注。
为了科学合理地调控土地利用变化，实现生态与经济的协调发展，本研究基于PLUS模型（Patchbased Land Use Simulation，基于斑块的土地利用模拟模型）对长江流域的土地利用变化进行了深入模拟与多情景预测。
PLUS模型作为一种新兴的土地利用变化模拟工具，能够综合考虑自然和人为因素，通过空间显式的方式模拟土地利用变化过程。
本研究利用PLUS模型，对长江流域的土地利用现状进行了详细的分析，并基于斑块生成土地利用变化模拟方法，选取了一系列驱动因子，深入剖析了1985年至2020年间长江流域土地利用时空变化格局及其驱动力。
在此基础上，本研究设定了多种土地利用变化情景，包括惯性发展、耕地保护和生态优先等，以满足流域不同发展目标导向下的国土空间优化配置需求。
通过PLUS模型对这些情景进行模拟分析，本研究不仅预测了未来土地利用变化的趋势和特征，还深入探讨了不同情景下土地利用变化可能产生的环境影响。
本研究结果将为长江流域的土地利用规划、生态保护和可持续发展提供重要的科学依据和决策支持。
本研究的方法和结果也将为其他地区的土地利用变化模拟和预测提供有益的参考和借鉴。
通过对长江流域土地利用变化的深入研究和多情景预测，我们有望为区域的可持续发展和生态文明建设贡献智慧和力量。
1. 长江流域土地利用变化的背景与意义作为中国最大的水系和重要的农业经济区，其土地利用状况一直备受关注。
随着经济的快速发展和人口的不断增长，长江流域的土地利用格局发生了显著的变化。
这种变化不仅反映了区域经济社会发展的步伐，也对生态环境产生了深远的影响。
准确模拟和预测长江流域的土地利用变化，对于制定科学的区域发展规划、实现可持续发展具有重要的理论和实践意义。
改善生态环境 防治长江上游水土流失
改善生态环境防治长江上游水土流失
赵燮京;庞良玉;张建华;刘定辉
【期刊名称】《水土保持研究》
【年(卷),期】1999(6)2
【摘要】长江上游长约４５００ｋｍ，流域面积约１００万ｋｍ２。
本区域地理
条件特殊，水力、矿产、动植物和旅游资源都十分丰富，具有巨大的经济发展潜力。
近几十年来，由于本区域森林植被遭到严重破坏，垦殖率不断增高以及对资源的不合理开发利用，致使长江上游地区生态环境日益恶化，水土流失不断加剧。
在长江上游地区自然生态系统遭到严重破坏的同时，也给长江中下游地区带来了巨大的危害。
改善长江上游生态环境和防治水土流失，是实现流域可持续发展必须解决的重大问题。
【总页数】5页(P88-92)
【关键词】生态环境;长江上游;水土流失
【作者】赵燮京;庞良玉;张建华;刘定辉
【作者单位】四川省农科院土肥所
【正文语种】中文
【中图分类】TV882.2;S157.2
【相关文献】
1.防治水土流失、改善生态环境是实践"三个代表"的历史丰碑 [J], 殷正青
2.防治水土流失改善生态环境 [J],
3.退耕还林（草）是防治水土流失改善生态环境的关键之举 [J], 王森
4.防治水土流失改善生态环境 [J], 卢忠华;
5.依法防治水土流失改善国土生态环境——漳州市水土保持执法10年回顾 [J], 叶松清
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长江上游侵蚀特征及其对策
长江上游侵蚀特征及其对策摘要：根据长江上游土壤侵蚀背景，进行了侵蚀敏感性分析。
在此基础上，分析了土壤侵蚀的近期变化及其成因。
最后，就长江上游水土保持提出几点建议和对策。
关键词：长江上游1．引言长江中下游地区是我国经济最为发达区域之一，游流域面积达100余万平方公里的长江上游地区（宜昌以上）是长江中下游地区经济发展的能源（水电）供应地和防洪减灾的生态屏障。
上游地处青藏高原的东缘，地质构造构造复杂、新构造运动和地壳隆升强烈、地形高差大，受东亚季风和南亚季风的交替影响，降雨丰沛且多强降雨过程，土壤侵蚀强烈，类型多样。
土壤侵蚀不仅使土地退化，生态恶化，严重的影响到上游地区的农业生产和社会经济发展，而且还为长江干支流提供大量的泥沙，影响到中游的防洪安全和长江上游的水利水电工程。
在长江上游生态屏障和重大水利水电建设以及长江流域河流泥沙控制和防洪减灾工作中，需要了解长江上游的侵蚀特征。
2．长江上游土壤侵蚀敏感性分析应用地理信息系统、遥感技术及数字地面模型方法，从土壤侵蚀的影响因素和分布规律出发，对长江上游地区开展以水动力为主的土壤侵蚀敏感性评价。
通过分析，选取影响土壤侵蚀的主要环境背景因素高程、降雨量、土壤类型、植被类型及植被指数等指标，建立单要素的土壤侵蚀环境背景专题数字模型。
根据地形起伏度得到土壤侵蚀对地形起伏度的敏感性分布图；根据长江上游342个雨量站的资料建立降雨侵蚀力数字模型；根据长江上游土壤分布图建立土壤可蚀性数字模型；利用植被类型图结合植被指数建立植被对土壤侵蚀敏感性的数字模型。
各单因素对土壤侵蚀分级标准如下（表1）：表1 土壤侵蚀敏感性影响分级赋值标准在各环境背景组成要素专题模型的基础上，将各单项数字模型通过图像处理中的主成份变换方法集成，生成包含各单项要素特征的综合性的数字模型，最后对综合性数字模型所反映的环境背景特征进行分析。
主成份变换结果见表2 和表3 。
第一主分量是降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤可蚀性和植被覆盖的综合反映，其贡献率达到85.54%，第二主分量反映的蚀地形起伏度，第三主分量反映的是土壤可蚀性。
土地利用对川中紫色土区土壤侵蚀的影响分析
土地利用对川中紫色土区土壤侵蚀的影响分析摘要：文章以长江上游水土流失重点防治工程（即“长治”工程）第五期小流域①竣工总结报告中统计的数据为基础，从水土流失面积大、强度高的特征及其致害因素等方面考虑，重点选取四川省金沙江流域宜宾市和凉山彝族自治州内的8县63条小流域为研究对象，结合实地调研，核实完善数据内容，建立农地、林地、荒地和其他用地面积分别与小流域土壤流失量、轻度以上水土流失面积的多元回归模型，以及小流域土壤流失量与不同侵蚀强度土地面积的逐步回归模型。
根据不同土地利用方式的侵蚀模数、不同侵蚀强度的土地侵蚀模数，分析不同土地利用类型和不同侵蚀强度的水土流失特征，由此提出相应的防治措施。
分析结果不仅利于川中紫色土丘陵区的经济发展，而且对改善长江上游乃至整个长江流域的生态环境具有重大的现实意义。
关键词：紫色土丘陵区；水土流失；土地利用方式；土壤侵蚀模数；“长治”工程Abstract: Based on the 5th issue watershed completion of the statistical summary report which is belonged to the upper Yangtze River Erosion control prevention engineering .Considered to large degree soil erosion and the damage caused by factors, author takes the selection of jinshajiang river basin with yibin city, liangshan yi autonomous prefecture and county in the article 63 small watershed as the research object . Based on the investigation and verification to complete the data content and establishing the farmland, forest land, land and other land area respectively with the small watershed soil loss, mild above soil and water loss in the area of the multiple regression model, and small watershed soil loss and different erosion intensity of land area of stepwise regression model. According to the different land uses of erosion modulus, different erosion intensity of land erosion modulus, analyze the different types of land use and different erosion intensity of soil and water loss characteristics, then put forward the corresponding prevention measures. The analysis results not only benefit to the purple soil area economic development, but also has the significant practical significance. to improve the upper reaches of Yangtze river and the whole of the Yangtze river watershed ecological environment .Keywords: Purple soil area; Soil and water loss; Land uses; Soil erosion modulus; “Chang zhi” project研究背景水土流失是当前的生态环境问题之一，由水土流失引发的生态灾害问题已在土壤、水、生命健康和生物等方面表现突出。
基于GIS与QuickBird影像的小流域土壤侵蚀定量评价
小流域土壤侵蚀量 ， 并结合土壤侵蚀强度分级标准， 生成流域土壤侵蚀强度等级图； 利用 ＧＳ的叠置分析功能， Ｉ 定
量分析 了土壤 侵蚀 与坡度 和土地 利用 之间的关 系 ， 并针对不 同水保措施 预测 了水 土保 持治理效 果。结果表 明 ： 清 水沟小流域 土壤侵蚀模 数为 ７ ．２ｔ ｈ ５０ ・ ｍ～ ・ ～， ａ 属强度侵蚀 区， 年水土流失量 ２ ６×１ ｔ流域 ６ ． ％ 的泥沙来 ． ０ ； ４５
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牛 态与农村 环境学报
２０ ，２ （ ） 一 ０ ６ ２ ２ ：ｌ ５
Ｊ￣ｎ ｌｆＥ ｏ ｇ ｎ ｕａ ｎｉ ｎ ｅｔ ｏｒａ ｃｌ ｙａ ｄＲ ｒｌ ｖｏ ｍ ｎ ｏ ｏ Ｅ ｒ
基于ＧＳ ｕｋｉ 影 小流域土 Ｉ与ＱｉＢ ｄ 像的 ｃ ｒ 壤侵蚀定量评价
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ａ ａｙｅ ｙｍｅ ｎ ｆｓａｉｌｏ ｅｌｙ ｏ ｎ ｌｚｄｂ ａ ｓｏ ｐ ｔ ｖ ｒ ｆＧＲＩ Ｏｎ ｓｃ ａｉ ，ｆ ｃｉｅｃ ｕ ｔｒ ａｕｅ ｏ ｏ ｔ ｌｎ ｈ ｏｌｅｏｉｎ ａ ａ Ｄ． ｕ ｈ ａ ｂ ｓｓ ｅｆ ｔ ｏ ｎｅｍｅ ｓｒｓｆｒｃ ｎｒ ｌ ｇ ｔｅ ｓｉ ｒｓ ｅ ｖ ｏｉ ｏ
潘 竟虎 董晓 峰 （． ， １西北师范大学 地理与环境科学学院， 甘肃 兰州 ７０７ ；２兰州大学 资源环境学院， ３００ ． 甘肃 兰州
７ ００ ） ３ ００
两当河上游水土保持生态修复模式及效果
两当河上游水土保持生态修复模式及效果
魏宏庆;潘竟虎
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2006(037)011
【摘要】两当河流域水土保持生态修复项目区位于甘肃省两当县北部,秦岭山脉西段的南坡断层下陷盆地边缘,通过对长江流域两当河上游进行生态系统调查,分析了在长江流域两当河上游进行生态修复的优势,提出了自然力与人工辅助相结合的水土保持生态修复技术及建设模式,并应用遥感技术和地面人工调查相结合的方法,对生态修复模式实施的效果做出评价分析,以期为陇南山地及长江上游制定区域生态修复规划提供科学依据.
【总页数】3页(P82-83,85)
【作者】魏宏庆;潘竟虎
【作者单位】甘肃省水利厅,水土保持局,甘肃,兰州,730000;西北师范大学,地理与环境科学学院,甘肃,兰州,730070
【正文语种】中文
【中图分类】S157.2
【相关文献】
1.区域水土保持生态修复模式及效果评价——以长江流域两当河上游为例 [J], 潘竟虎;魏宏庆
2.两当县水土保持生态修复效果监测 [J], 周波
3.黑河上游弃渣场水土保持措施配置模式及应用效果 [J], 董彦丽;高金芳;张峰;马涛;陈爱华
4.岫岩县大洋河上游项目区水土保持生态修复效益评价研究 [J], 高翔
5.基于遥感的两当河上游生态修复工程监测与分析 [J], 欧阳雪芝;魏宏庆
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长江流域(安徽段)土壤侵蚀特征分析
长江流域(安徽段)土壤侵蚀特征分析
蒋志坚
【期刊名称】《安徽地质》
【年(卷),期】2015(25)3
【摘要】长江流域(安徽段)是长三角地区经济活力较强、经济发展较快的经济走廊,本文分析了该区土壤侵蚀特征,研究了诱发土壤侵蚀的相关因素,探讨了改善生态环境模式,努力为该区预防土壤侵蚀提供一些有益的建议,与同行们切磋.
【总页数】3页(P231-233)
【作者】蒋志坚
【作者单位】安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源监督检测中心), 安徽合肥 230001
【正文语种】中文
【中图分类】TP79
【相关文献】
1.长江流域安徽段集装箱港口规划布局方案 [J], 姜玉波
2.长江流域沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术研究:以长江流域安徽段为例[J], 赵传冬;陈富荣;陈兴仁;赵和苍;夏威岚;聂海峰;孔牧;刘飞;杨柯
3.长江流域安徽段2016年暴雨洪水成因分析 [J], 张锦堂;李京兵;方泓;顾李华;史俊;朱琼;吴峥
4.长江流域安徽段沿岸生态环境质量状况评价 [J], 戴晓峰;徐升
5.长江流域安徽段沿岸生态环境质量状况评价 [J], 戴晓峰;徐升
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小流域土壤侵蚀动态过程模拟模型
小流域土壤侵蚀动态过程模拟模型高佩玲;雷廷武【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2010(026)010【摘要】建立流域土壤水蚀预报模型将为小流域综合治理、土地利用规划等宏观决策提供依据,为小流域水土保持效果有效评价提供参考.通过对小流域侵蚀动态过程的分析,在水流连续方程、动量守恒方程及泥沙质量守恒方程基础上,对坡面-沟道及各沟道间土壤侵蚀时空关系进行合珲耦合,建立了流域系统土壤侵蚀动态模拟过程模型;采用有限元方法对土壤侵蚀模拟模型进行数值离散,建立了小流域系统数值离散模型;在确定流域时空离散方法基础上,采用VC++语言编制流域水蚀模拟程序;存室内人工模拟降雨条件下,对模型小流域50 mm/h降雨强度,5 min降雨历时情况下土壤侵蚀情况进行模拟,在得到流域内典型点处径流流量、径流含沙量及各沟道流速动态过程的同时,将流域内各沟道出口处模拟结果与测鼍结果比较,径流流量、径流含沙量、流速模拟精度均高于80%.研究结果表明小流域土壤侵蚀模拟模型的建立足可靠的,模型的数值离散方法及编制的计算程序是完全可行的.这一模型的建立将为小流域土壤侵蚀动态过程的模拟预报及实现由小流域向中大流域的侵蚀动态模拟预报提供一定的理论基础.【总页数】6页(P45-50)【作者】高佩玲;雷廷武【作者单位】山东理工大学资源与环境工程学院,淄博,255049;中国科学院水利部水士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,杨凌,7121002;中国科学院水利部水士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,杨凌,7121002;中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】S157【相关文献】1.基于地类、坡度与植被的小流域土壤侵蚀量估算方法——以毕节市毛家湾小流域为例 [J], 王志刚;涂人猛;孙佳佳;胡波;丁文峰;徐文玉;张平仓2.GIS支持下的黄土高原沟壑区典型小流域土壤侵蚀量估算--以董庄沟小流域为例[J], 翟然;王鸿斌;宫春旺;郜文旺3.对皇甫川流域土壤侵蚀规律的再认识──小流域土壤侵蚀估算模型的应用 [J], 赵焕勋4.基于小流域土壤侵蚀严重指数的县域土壤侵蚀制图研究 [J], 李骜;顾治家5.黄土高原小流域土壤侵蚀信息系统建立与应用的研究1．土壤侵蚀信息系统设计 [J], 刘志;江忠善因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型与应用的开题报告
基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型与应用
的开题报告
一、选题背景
流域土壤侵蚀是造成水土流失的主要原因之一，对水土资源保护与生态环境的影响非常大。
因此，研究土壤侵蚀，尤其是对于如何快速评估流域的土壤侵蚀情况，对于环境保护和农业生产都具有重要意义。
目前，一些传统的土壤侵蚀评估方法虽然具有较高的可靠性和准确性，但是需要大量的数据和模型参数，计算时复杂度较高，同时在一些实际应用中仍存在一定的局限性。
因此，发展一种基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型，既能保证评估的准确性，又能加快计算速度，具有实际应用价值。
二、研究目的和意义
本研究的目的是开发一种基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型。
该模型可以通过较少的数据和参数，对流域土壤侵蚀程度进行快速评估，具有高效、准确、简便的特点。
该模型将成为一种有效的工具，用于指导农业生产和环境保护，加强流域水土资源的保护与治理。
三、研究内容
（1）了解传统土壤侵蚀评估方法的原理及其不足之处；
（2）研究基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型的原理及其计算方法；
（3）基于实际流域数据，开发最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型，并对该模型在不同流域上进行评估；
（4）评估该模型的可靠性与适用性。
四、论文结构
本论文共分为五个部分：绪论、文献综述、基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型的研究、实验与结果分析以及总结与展望。
模拟降雨条件下第四纪红黏土坡面侵蚀过程
模拟降雨条件下第四纪红黏土坡面侵蚀过程姚冲;查瑞波;黄少燕;陈世发;白永会;常松涛;张婧;毛兰花【期刊名称】《水土保持学报》【年(卷),期】2018(32)3【摘要】通过室内模拟降雨试验,分析雨强和坡度对第四纪红黏土坡面侵蚀过程的影响,揭示南方红壤低山丘陵区第四纪红黏土坡面侵蚀机理。
根据研究区地形和降雨特点,设计坡度10°,15°,20°,雨强1.0,1.5,2.0mm/min,研究两者对坡面侵蚀过程的影响。
结果表明:(1)坡面初始产流时间随着坡度和雨强的增大而逐渐减小;同一雨强下,径流系数大小为20°>15°>10°。
(2)不同试验处理条件下,坡度由10°增加到20°,坡面累积产沙量增加0.46~1.98倍;降雨强度由1.0mm/min增加到2.0mm/min,坡面累积产沙量增加1.37~3.85倍。
(3)1.0,1.5mm/min雨强条件下,坡面侵蚀泥沙以<0.25mm水稳性团聚体占优,2.0mm/min雨强条件下,坡面侵蚀泥沙>0.25mm水稳性团聚体为主。
(4)坡度与雨强对坡面径流系数、侵蚀率和累积产沙量影响极显著(P<0.01),坡面累积径流量和累积产沙量构成幂函数模型。
研究结果为揭示坡度与雨强对第四纪红黏土坡面侵蚀过程的作用机理提供参考。
【总页数】6页(P10-15)【关键词】第四纪红黏土;侵蚀过程;坡度;雨强;径流系数【作者】姚冲;查瑞波;黄少燕;陈世发;白永会;常松涛;张婧;毛兰花【作者单位】福建师范大学地理科学学院;湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室;福建师范大学旅游学院【正文语种】中文【中图分类】S157.1【相关文献】1.模拟降雨条件下坡度对东北黑土区坡面侵蚀过程的影响 [J], 李洪丽;纪莉2.人工模拟降雨条件下花岗岩红壤坡面侵蚀过程与特征分析 [J], 冯秀;查轩;黄少燕3.人工模拟降雨条件下坡面侵蚀特性的模型试验研究 [J], 孙狂飙;袁超;周峙;罗易;米敏;张家铭4.天然降雨下紫色土和第四纪红黏土坡面侵蚀过程研究 [J], 刘家明;查轩;黄少燕5.模拟降雨条件下南方典型粘土坡面土壤侵蚀过程及其影响因素 [J], 霍云梅;毕华兴;朱永杰;王晓贤;蔡智才;海璇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第34卷第2期2009年3月测绘科学Sc i ence o f Survey ing and M app i ngV o l 134N o 12M ar 1作者简介:潘竟虎(1974-),男,甘肃嘉峪关人,讲师,博士生,从事环境遥感与空间分析研究,发表论文28篇。
E -m a i:l panj h_n w nu @n wnu 1edu 1cn 收稿日期:2007-09-20基金项目:国家自然科学基金项目(40671061);甘肃省自然科学基金项目(3ZS051-A 25-009)长江上游小流域土壤侵蚀动态模拟与分析潘竟虎¹º,冯兆东º,魏宏庆»(¹西北师范大学地理与环境科学学院,兰州 730070;º兰州大学资源环境学院,兰州 730000;»甘肃省水利厅水土保持局,兰州 730000)=摘 要>以长江上游甘肃省尚沟流域为研究区,在遥感影像和G IS 空间分析技术支撑下,根据U SLE 因子算法生成各因子栅格图,借助地图代数运算,估算了尚沟流域1998年和2004年的土壤侵蚀量,并对2004年土壤侵蚀与其环境背景因子进行叠加和空间统计分析。
在此基础上,构建了与G IS 软件平台集成的地理元胞自动机,模拟了该流域2004年、2010年和2020年土壤侵蚀空间演化情形。
结果表明:研究区平均侵蚀量从1998年的659811t/k m 2下降到2004年的592313t/k m 2,侵蚀面积净减少17213hm 2,输沙量减少9115@104t ;1300~1400m 的海拔高程带、25~35b 坡度带、南坡和旱耕地是发生水土流失的主要区域;经模拟,2010年总侵蚀面积为93149km 2,侵蚀总量73115@104t ,侵蚀模数为5126t/k m 2,土壤侵蚀状况总体上将有所减缓。
=关键词>土壤侵蚀;地理元胞自动机;G IS ;USLE =中图分类号>S157;X 833 =文献标识码>A =文章编号>1009-2307(2009)02-0093-04DO I :1013771/j 1issn 11009-23071200910210311 引言土壤侵蚀及其导致的水土流失已成为我国的头号生态环境问题。
小流域是水土流失发生和发展的最基本单元,以小流域为单元进行土壤流失量的定量评价研究,是探索土壤流失规律和评价流域治理效益的重要途径和内容。
传统的土壤流失量调查方法耗时多、周期长,往往不能完全确定特定小流域及其不同地理单元的侵蚀量,更无法适时定量监测水土保持效果。
G IS 与通用土壤流失方程(U SLE )结合进行流域土壤侵蚀量的预测和估算,由于运用栅格数据分析功能,可预测出每个栅格的土壤侵蚀量,便于管理者找出较为严重的土壤侵蚀区,从而针对性地提出最佳管理措施,有效地提高了土壤侵蚀量的预测效率和结果的显示度[1]。
但这种方法的缺陷是U SLE 各因子指标值的确定需要大量实测数据,给模型的推广带来一定的困难;其次该模型属于稳态模型,仅仅能够做一些事后的预报。
土壤侵蚀发展是复杂的非线性动力学过程,现有的G IS 和线性数学模型很难对此进行模拟。
地理元胞自动机(G eo -CA )是一种具有时空计算特征的动力学模型,通过一些十分简单的局部转换规则,来模拟十分复杂的空间结构,非常适宜于模拟土壤侵蚀的空间演化。
嘉陵江是长江上游含沙量最大的支流,本研究以嘉陵江的典型小流域尚沟为例,采用遥感和G IS 技术结合U SLE ,对其土壤侵蚀状况进行了定量计算,并建立了基于G eo -CA 的土壤侵蚀模型,模拟了流域土壤侵蚀发生发展的时空动态规律,以期为制定长江上游水土流失综合治理、水土保持与生态环境建设规划提供有益的参考。
2 研究区概况尚沟流域位于甘肃文县南部,北纬32b 45c ~32b 54c 与东经104b 48~105b 55c 之间,面积135155k m 2,属嘉陵江水系白龙江下游,由6条小流域组成。
地貌类型属秦岭南山区,地形破碎,沟壑密度218km /k m 2,水土流失严重。
气候属暖温带大陆性季风气候,年平均气温1515e ,年均降雨量800mm 。
土壤类型主要为棕壤土、褐色土和山地草原土。
人口4147万,农民人均纯收入970元(2003年)。
3 土壤侵蚀估算311 数据源遥感影像为1998年和2004年的多光谱L andsat5TM (空间分辨率30m )及全色SPOT2HRV (空间分辨率10m ),时相均为7~8月。
辅助数据包括气象、土壤、土壤侵蚀实测数据、1B 5万地形图和DE M 等。
图像预处理在Erdas816支持下完成,几何精纠正采用地形图选取控制点法,二次多项式和双线性内插重采样,RM S 误差控制在1个像元内。
将T M 多光谱图像与SPOT 全色图像采用主成分替换法融合,对融合后的影像采用4、3、2波段作RGB 假彩色合成,根据野外调查建立的判读标志,采用人机交互目视判读法在A rc V ie w 中数字化,提取两时期土地利用信息。
解译前后曾三次到现场GP S 采点实地调查,根据误差矩阵计算,两期土地利用总体判读精度为9012%和8916%。
312 土壤侵蚀模型土壤流失量的计算采用U SLE ,其模型表达式为A =fRKLSCP (1)式中:A 为年土壤流失量,单位t/k m 2#a ;R 为降雨和径流因子;K 为土壤可蚀性因子;L 和S 分别为坡长、坡度因子;C 为植被与经营管理因子;P 为水土保持措施因子,均为无量纲单位。
f 为美国习惯用的单位转换为国际通用单位的常数,其值为22412。
模型参数的计算和赋值详见表1。
其中,R 采用W isch me i e r 提出的方法[2],根据研究区范围内1980~2004年降雨资料,计算得R 为8513,由于研究区面积较小,以常数的形式代入模型。
LS 参考牟金泽在天水地区观测试验推导出的算法[3],从研究区DE M 中分析提取。
K 因子利用数字化的研究区土壤图,借助侵蚀和生产力影响模型EP IC 计算[4]。
C 因子通过T M 影像提取NDV I ,根据NDV I 计算植被覆盖度,再根据C 因子与植被盖度间的关系生成。
测绘科学 第34卷表1 研究区土壤侵蚀模型参数计算表参 数计算方法说 明降雨侵蚀力因子R =E12i=11.2157@101.5lg P 2iP -0.8188P i 为各月平均降雨量(mm ),P 为年降雨量(mm )地形因子(坡度和坡长)LS=1.02K 200.2A 5.07b1.3K 为坡长,A 为坡度土壤可蚀性因子K =0.2+0.3exp [0.0256SAN (1-SIL /100)](S ILCLA +S I L)0.3#[1.0-0.25CC +exp (3.72-2.95C )][1.0-0.75SN 1SN 1+exp (-5.51+22.9SN 1)]SA N 、SIL 、CLA 和C 是土壤砂砾、粉粒、粘粒和有机碳含量(%),SN 1=1-SAN /100植被覆盖因子C =1,c =00.6508-0.3436lg c ,0<c <78.30,c >78.3c 为植被盖度水土保持措施因子草地、灌丛013坡面水平沟、鱼鳞坑等水保措施林地012居民地、水体0无水保措施沙地、裸土地1耕地0175顺坡耕作013等高耕作<5b 015 5~10b 016>10b根据U LSE 模型各因子的取值,生成各因子栅格图层,栅格大小为10@10m,统一到同一投影下。
利用G IS 软件的栅格地图代数功能,计算每个栅格的土壤流失量,并生成土壤侵蚀量图。
根据中国土壤侵蚀强度等级划分标准(SL 190-96),利用土壤侵蚀量图生成研究区土壤侵蚀强度等级图(图1)。
图1 研究区土壤侵蚀分级图(左:1998年;右:2004年)4 土壤侵蚀时空动态模拟411 G eo -CA 模型简介元胞自动机(Ce ll ular A uto m ata )模型由5个基本要素构成:元胞空间、元胞及其状态、邻域、状态转换规则和离散的时间;在某一时刻一个元胞只能有一种状态,而且该状态取自一个有限集合;邻域是元胞周围按一定形状划定的细胞集合,影响中心元胞下一个时刻的状态;元胞转换规则表述被模拟过程的逻辑关系,决定空间变化的结果。
CA 作为一种具有时空计算特征的离散动力学模型,不仅可以用来模拟和分析一般的复杂系统,对于模拟具有时空特征的地理复杂系统则更具优势。
G eo -C A 是CA 模型的扩展,它将地理实体的空间和时间特性统一在模型中,通过划分研究对象的元胞空间和研究初始状态及状态转换规则,可以自行迭代运算,模拟地理环境演化过程。
412 G eo -CA 的构建41211 元胞模型1)将土壤侵蚀的元胞、状态、邻居分别做如下设定¹元胞空间:是与数字地面高程、遥感影像分辨率等相配合的离散网格,即元胞大小定义为10m @10m;º元胞状态:根据土壤侵蚀等级划分标准,元胞状态值按相应的等级取1至6,将利用修正的土壤侵蚀模型计算出的1998年土壤侵蚀图作为元胞的初始状态;»邻居定义:采用标准的M oo re邻居类型,即每个元胞以8个相邻元胞作为其邻居元胞,半径为1。
2)转换规则¹新生元胞的类型:对于产生新元胞所代表的侵蚀等级概率,根据已有研究[5]结合专家意见,规定产生母体等级的概率为011,产生元胞的侵蚀等级和母体等级之差绝对值为1的概率为011,相差为+2和-2的概率都为012,相差绝对值大于2的概率为014,各邻居对它影响向l 方向元胞发展的概率P k 为[6]:P k (l)=RS k (l)E8m =1RS k (m ),其中RS k (l)是向l 方向元胞发展的速度,RS k (l)=f (R,K,LS,C,P ),m 代表8个邻居元胞的序号;º新生元胞位置确定:针对不同类型的单元,设定其产生新单元的最大距离为d m ax ,那么新生单元到母体的距离d jk 则可取区间[1,d ma x ]的任意整数值,则相应的d jk 的概率可用如下线性衰减函数计算[7]:0(d jk )=2(d m ax 3/d jk +1)/d max (d m ax +1)。
41212 元胞自动机工作流程在G IS 平台上,利用其宏语言编程,在GR I D 环境下,输入1998年尚沟流域土壤侵蚀强度分级数据,以此为初始元胞状态进行空间演化动态模拟,最后将相邻元胞状态相同的元胞进行合并。
集成方式属于一种松散型的集成,能直接利用G IS 中的空间数据,无需进行任何格式的转换,并可直接调用G IS 现成空间分析功能。