中国土壤侵蚀预报模型研究进展
211235477_生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建
第37卷第3期2023年6月水土保持学报J o u r n a l o 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 .37N o .3J u n .,2023收稿日期:2022-10-20资助项目:水利部公益性行业专项(201201048,201201047);中国科学院西部行动计划项目(K Z C X 2-X B 3-13);国家自然科学基金项目(41701316) 第一作者:王文龙(1964 ),男,博士,博士生导师,研究员,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究㊂E -m a i l :w l w a n g @n w s u a f .e d u .c n 通信作者:王文龙(1964 ),男,博士,博士生导师,研究员,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究㊂E -m a i l :w l w a n g@n w s u a f .e d u .c n 生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建王文龙1,2,李建明2,3,康宏亮4,郭明明5,李宏伟6(1.西北农林科技大学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,陕西杨凌712100;2.中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,陕西杨凌712100;3.长江水利委员会长江科学院,武汉430010;4.长安大学土地工程学院,西安710054;5.中国科学院东北地理与农业生态研究所,哈尔滨150081;6.陕西省引汉济渭工程建设有限公司,西安710000)摘要:为建立适用于我国不同区域生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型,在通用土壤侵蚀模型(u n i v e r s a l s o i l l o s s e q u a t i o n ,U S L E )框架下,室内概化模拟不同土壤质地㊁坡度坡长㊁砾石质量分数等工况下的工程堆积体,通过大量人工模拟降雨试验,修订模型各因子,构建工程堆积体土壤侵蚀量预测模型,并对其进行验证㊂研究明确工程堆积体标准小区及各因子定义及计算方法,提出采用土石质因子代替传统的土壤可蚀性因子以便更加符合工程堆积体实际,构建以幂函数计算的坡度㊁坡长因子,与砾石质量分数的指数函数计算的土石质因子和降雨侵蚀力因子相乘的工程堆积体侵蚀量预测模型㊂经率定与验证,模型预测效果良好(R 2>0.8),且能适用于不同区域及工况下工程堆积体边坡土壤流失量预测,该模型参数少且易获取并具有物理意义,现场操作性和实用性强㊂研究成果为生产建设项目水土保持工作及水行政主管部门的监督执法提供技术指导及科学依据,具有较大的科学意义与指导生产实践价值㊂关键词:工程堆积体;预测模型;土石质因子;参数修订;生产建设项目中图分类号:S 157.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)03-0027-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.03.004S o i l E r o s i o nP r e d i c t i o n M o d e l f o r S p o i lH e a ps i n P r o d u c t i o na n dC o n s t r u c t i o nP r o je c t s WA N G W e n l o n g 1,2,L I J i a n m i n g 2,3,K A N G H o n g l i a n g 4,G U O M i n g m i n g 5,L IH o n gw e i 6(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g o n t h eL o e s sP l a t e a u ,I n s t i t u t e o f So i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,N o r t h w e s tA&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100;2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f So i l E r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g o n t h eL o e s sP l a t e a u ,I n s t i t u t e o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,C h i n e s eA c a d e m yo f S c i e n c e s a n d M i n i s t r y o f W a t e rR e s o u r c e s ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100;3.C h a n g j i a n g R i v e rS c i e n t i f i cR e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h a n g j i a n g W a t e rR e s o u r c e sC o mm i s s i o n ,W u h a n 430010;4.S c h o o l o f L a n dE n g i n e e r i n g ,C h a n g a n U n i v e r s i t y ,X i a n 710054;5.N o r t h e a s t I n s t i t u t e o f G e o g r a p h y a n dA g r o e c o l o g y ,C h i n e s eA c a d e m y o f Sc i e n c e s ,H a r b i n 150081;6.H a n j i a n g -t o -W e i h eR i v e rV a l l e y W a t e rD i v e r s i o nP r o je c tC o n s t r u c t i o nC o .L t d .,X i a n 710000)A b s t r a c t :T h e s t u d y a i m s t oe s t a b l i s has o i l l o s s p r e d i c t i o n m o d e l i ns p o i lh e a p sof p r o d u c t i o na n dc o n s t r u c t i o n p r o j e c t s f o r d i f f e r e n t r eg i o n s i no u r c o u n t r y.As e r i e s o f i n d o o r s a r t i f i c i a l s i m u l a t e d r a i n f a l l t e s t sw e r e c a r r i e d o u t o n t h e s p o i l h e a p sw i t hd i f f e r e n t s o i l t e x t u r e ,s l o p e l e n gt ha n d g r a v e l c o n t e n t .T h es o i l l o s s p r e d i c t i o n m o d e l o f s p o i lh e a p sw a se s t a b l i s h e d i nt h e f r a m e w o r ko fU n i v e r s a lS o i lL o s sE qu a t i o n (U S L E ),a n dt h e f a c t o r p a r a m e t e r sw e r e r e v i s e d .T h e s t u d y c l a r i f i e d t h e d e f i n i t i o n o f t h e s t a n d a r d p l o t o f t h e e n g i n e e r i n g s p o i l h e a p s a n dt h e m e t h o d st oc a l c u l a t ee a c hf a c t o ra n d p r o p o s e st o u s et h es o i l -r o c kf a c t o rt or e p l a c et h e t r a d i t i o n a l l y u s e d e r o d i b i l i t y f a c t o r ,a s t ob em o r ec o n s i s t e n tw i t ht h ea c t u a l s i t u a t i o n .T h e r e s u l t ss h o w e d t h a t t h e p o w e r f u n c t i o n i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e s p o i l h e a p s s l o p e d e g r e e a n d s l o p e l e n g t h f a c t o r ,a n d t h e s o i l a n d r o c k f a c t o r i s c a l c u l a t e db y t h e e x p o n e n t i a l f u n c t i o nc o m b i n e dw i t h t h e g r a v e lm a s s f r a c t i o n ,w h i c hc a n e f f e c t i v e l yp r e d i c t t h e r a i n f a l l e v e n t s e r o s i o no f t h e s p o i l h e a ps .T h e c a l c u l a t i o nm e t h o do f t h em o d e lw a s t o m u l t i p l y r a i n f a l le r o s i v i t y ,s l o p ed e g r e e ,s l o p e l e n gt ha n ds o i la n dr o c kf a c t o r .T h ec a l i b r a t i o na n dv e r i f i c a t i o n Copyright ©博看网. All Rights Reserved.s h o w e d t h em o d e l p r e d i c t i o ne f f e c t i s g o o d,w h i c hc a nb e a p p l i e d t od i f f e r e n t s o i l t y p e so f e n g i n e e r i n g s p o i l h e a p s.T h e p a r a m e t e r so f e a c hf a c t o ro f t h e m o d e lw e r ee a s y t oo b t a i na n dh a d p h y s i c a lm e a n i n g,a n dt h e f i e l d o p e r a b i l i t y a n d p r a c t i c a b i l i t y w e r e s t r o n g.R e s u l t s p r o v i d e t e c h n i c a l g u i d a n c e a n d s c i e n t i f i c b a s i s f o r t h e s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o nw o r ko f p r o d u c t i o na n dc o n s t r u c t i o n p r o j e c t sa n dt h es u p e r v i s i o na n dl a w e n f o r c e m e n to f w a t e r a d m i n i s t r a t i v e d e p a r t m e n t s,a n dh a v e g r e a t s c i e n t i f i c s i g n i f i c a n c e a n d p r o d u c t i o n a p p l i c a t i o n a n d g u i d i n g v a l u e. K e y w o r d s:s p o i l h e a p s;p r e d i c t i v em o d e l;s o i l a n d g r a v e l f a c t o r;f a c t o r r e v i s i o n;p r o d u c t i o n a n d c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s由美国农业部主导研发的经验性模型通用土壤流失方程[1](u n i v e r s a l s o i l l o s s e q u a t i o n,U S L E),主要用于农地或草地坡面多年平均土壤流失量的预测预报,于1965年正式对外发表,该机构于1978年开始对该模型进行修订,修订后的模型修正通用土壤流失方程(r e v i s e d u n i v e r s a l s o i l l o s s e q u a t i o n,R U S L E)于1997年得到正式发表,模型在美国乃至世界范围内得到广泛应用㊂U S L E及R U S L E对我国土壤侵蚀预测模型的研究具有积极促进作用㊂国内刘宝元等[2]㊁江忠善等[3]和蔡强国等[4]为代表的不少学者以U S L E为模板,通过参数修正等方法尝试构建地方或区域的土壤侵蚀预测模型㊂另外根据地域差异,先后提出东北漫岗丘陵[5]㊁黄土高原[6]㊁南方红壤区[7]㊁滇东北山区[8]㊁长江三峡库区[9]和华南地区[10]等区域土壤侵蚀预测模型,取得系列成果㊂目前,多数土壤侵蚀预测模型主要针对的是传统农耕地或荒地,对模型是否适用于人为扰动强烈的生产建设项目土壤侵蚀量预测仍未形成共识㊂现阶段,生产建设项目土壤侵蚀已成为新增水土流失的主要来源之一[11]㊂在欧洲等发达国家,较早开始关注由生产建设项目导致的侵蚀问题,重点集中在采矿废弃地的土地复垦及植被修复㊁公路铁路及水利工程等侵蚀边坡防治及恢复等方面[12]㊂我国针对工程建设造成的侵蚀问题引发关注主要从20世纪50年代开始,至80年代得到较大发展,其中,以采矿活动造成的水土流失问题为代表,重点开展矿区废弃地的土地复垦方面研究,至90年代,为有效控制建设项目导致的侵蚀和土地退化问题,专门组织研讨会探索对应防治策略[13]㊂在该阶段,中华人民共和国水土保持法的颁布,为生产建设项目水土保持工作提供法律依据和技术支撑㊂随着生产建设项目土壤侵蚀与水土保持研究的持续深入,如何准确预测生产建设项目造成的水土流失成为关键㊂将U S L E㊁R U S L E 等[14]模型应用于煤矿开发过程中土壤侵蚀量预测方面取得系列成果㊂在我国,针对生产建设项目新增水土流失量的研究主要通过自然观测㊁模拟降雨及冲刷试验等,蔺明华等[15]基于大量的模拟试验和观测结果,提出数学模型法㊁新增土壤侵蚀系数法和水土流失系数法可用于工程建设侵蚀量的预测;苏彩秀等[16]着重指出,相较于U S L E模型,R U S L E模型辅以G I S技术更加适用于工况复杂的工程建设项目侵蚀量预测工作,该方面研究也将是今后研究者重点关注及行业发展趋势;黄翌等[17]以R U S L E结合数字地形分析㊁遥感影像融合等技术,阐明黄土高原山地煤矿开采导致地表平均坡度和坡长在10年内呈减少趋势,进而导致侵蚀量减少㊂目前,工程建设区导致的土壤侵蚀预测模型的构建主要是以U S L E或R U-S L E为理论基础及框架,但由于大部分的研究对象较单一,用于构建模型的基础数据有限,约束模型适用性及推广性㊂综上可见,对于生产建设项目土壤侵蚀规律已引起较多关注,并取得一定进展,对工程堆积体侵蚀机理的认识也在进一步加深㊂目前,对生产建设项目土壤侵蚀预测模型尚未形成统一的标准,且缺乏从大区域尺度的概化模型,导致生产建设项目土壤侵蚀预测无法有效指导生产实践中各项水土保持措施的设计及效益发挥,进一步使得水土保持方案中土壤侵蚀量预测缺乏必要的科学依据,严重滞后于生产实际的需要㊂该研究基于前期大量野外调查,室内概化堆积体,通过对影响生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀主要因子分别进行修订,最终提出一个适用于不同土质类型及工况条件下工程堆积体的土壤侵蚀预测模型㊂为生产建设项目水土保持方案编制㊁水行政主管部门监督执法提供科学依据,进一步完善我国土壤侵蚀模型研究的涵盖范围,具有重要的科学意义与生产应用价值㊂1材料与方法1.1模型概化及因子定义1.1.1基本形式 U S L E模型表达为:A=R㊃K㊃L S㊃C㊃P(1)式中:A为任一坡耕地在特定的降雨㊁作物管理制度及所采用的水土保持措施下,单位面积年平均土壤流失量[t/(h m2㊃a)];R为降雨侵蚀力因子[(M J㊃m m)/ (h m2㊃h㊃a)],是单位降雨侵蚀指标,如果融雪径流显著,需要增加融雪因子;K为土壤可蚀性因子[(t㊃h m2㊃h)/(h m2㊃M J㊃mm)],标准小区上单位82水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.降雨侵蚀指标的土壤流失量;L为坡长因子(无量纲),等于其他条件相同时实际坡长与22.13m相比土壤流失量比值;S为坡度因子(无量纲),等于其他条件相同时,实际坡度与9%坡度相比土壤流失量比值;C为作物覆盖和管理因子(无量纲),等于其他条件相同时,特定植被和经营管理地块上的土壤流失与标准小区土壤流失量之比;P为水保措施因子(无量纲),等于其他条件相同时,实行等高耕作,等高带状种植或修地埂㊁梯田等水土保持措施后的土壤流失与标准小区上土壤流失量之比㊂在综合已有研究[18]基础上,以U S L E为蓝本,建立生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型㊂由于工程堆积体在堆弃短期内没有作物覆盖和管理,缺少水土保持措施,因此,模型中的C与P均取值为1;另一方面,由于工程堆积体由人工堆填形成,物质组成复杂,与传统的坡面有较大区别,其中砾石掺杂是主要方面, U S L E中可蚀性指土壤的可蚀性,对生产建设项目并不适用㊂因此,将表征堆积物质对侵蚀的敏感程度称为土石质因子(T)㊂最终确定生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型基本形式,计算公式为:A=R㊃T㊃L S(2)式中:A为土壤流失量(t/h m2);R为降雨侵蚀力因子[(M J㊃m m)/(h m2㊃h)];T为土石质因子[(t㊃h m2㊃h)/(h m2㊃M J㊃m m)];L S为坡长坡度因子(无量纲)㊂1.1.2工程堆积体标准小区及因子定义 U S L E的建立是基于农耕地标准小区而定,坡度为9%,坡长(均指投影坡长,特别提及的斜坡长指实际坡度下量测得到的坡面长度)为22.13m,由于我国地域辽阔,不同地区间地形地貌差异大,与U S L E有较大差异㊂基于前期对我国6大水蚀类型区共计368座工程堆积体各项参数的实地调查[19],经统计分析,堆积体大部分是土石混合介质,其坡度的平均值为33.5ʎ,斜坡长平均值为4.99m㊂由于统计得到的坡度均值甚至超过自然休止角,对堆积体稳定性产生影响;同时,考虑室内试验装置的可操作性及安全性,结合野外工程堆积体实际情况,确定工程堆积体标准小区的坡度为25ʎ,坡长为4.53m(25ʎ条件下斜坡长为5m)㊂基于前期研究,重新明确生产建设项目工程堆积体标准小区和各因子定义㊂(1)生产建设项目工程堆积体标准小区㊂坡度为25ʎ,坡长为4.53m,在人力及机械等外力作用下形成的裸露松散土石混合介质坡面㊂(2)坡度因子(S)㊂借鉴U S L E中坡度因子的计算方法,坡度因子指在工程堆积体标准小区条件下[即降雨侵蚀力因子(R)㊁土石质因子(T)和坡长因子(L)相同],实际坡度条件下产生的流失量与坡度为25ʎ的工程堆积体产生的侵蚀量之比㊂(3)坡长因子(L)㊂借鉴U S L E中坡长因子的计算方法,坡长因子指在工程堆积体标准小区条件下[即降雨侵蚀力因子(R)㊁土石质因子(T)和坡度因子(S)相同],实际坡长条件下产生的流失量与坡长为4.53m的工程堆积体产生的侵蚀量之比㊂(4)土石质因子(T)㊂为在标准小区试验条件下(坡度为25ʎ,坡长为4.53m),单位降雨侵蚀力产生的堆积体侵蚀量,通过计算侵蚀量(A)与侵蚀影响因子乘积(R L S)之比得到㊂通过计算不同砾石质量分数(砾石质量与土石混合介质总质量之比)下的T可以得到T与砾石质量分数的定量关系㊂(5)降雨侵蚀力因子(R)㊂R定义与U S L E保持一致,指由降雨导致的侵蚀下垫面发生侵蚀的潜力,该因子主要与降雨时长㊁降雨强度及降雨量相关[18]㊂1.2试验设计与标准化处理1.2.1试验设计模拟降雨试验设计4个坡度(15ʎ, 25ʎ,30ʎ和35ʎ),斜坡长设置为3,5,6.5,12m(在25ʎ条件下的投影坡长分别为2.72,4.53,5.89,10.88m)㊂基于野外大量的调查[11]统计表明,堆积体坡面以土石混合介质为主,且砾石质量分数集中在0~40%的占比超过90%,砾石粒径分布范围集中在10~36m m,单个砾石的粒径只有在D>10m m才呈现出明显的重力分选现象,且堆积体土石混合介质中的砾石并非是单一粒径组成,而是由多粒径组合而成㊂因此,试验砾石为机械碎石分选获取,以砾石能被搬运作为依据,确定粒径D<50mm作为试验砾石,并将堆积体中的粒径划分为D<14mm,14mm<D<25mm,25mm< D<50m m3级,不同粒径的质量百分比为3ʒ5ʒ2,混合后的砾石与土壤充分混合形成堆积体土石混合介质㊂试验用土采用砂土㊁壤土㊁黏土3种类型,与配置好的砾石按照不同质量配比配置㊂试验在中国科学院水利部水土保持研究所模拟降雨大厅完成,该实验室降雨装置的雨滴降落高度为16m,能够有效模拟自然降雨的终点速度,降雨装置的降雨强度可调节范围为30~350mm/h,均匀度>90%㊂试验钢槽为自行研发并生产的可移动液压式变坡钢槽,尺寸包括为5.0mˑ1.0mˑ0.5m, 6.5mˑ1.5mˑ0.5m和12.0mˑ3.0mˑ0.5m,试验槽坡度调整范围为0~36ʎ[11]㊂试验所用砂土取自陕西榆林靖边县,具有土壤颗粒质地轻㊁粉砂粒含量多等特点;壤土在试验地(陕西杨凌)获取,土壤质地黏重;黏土取自江西省南昌市新建县,归属于红壤类别㊂堆积体是将经过筛分后的土壤与不同粒径混合砾石在装槽前均匀混合,土壤与砾石按照不同质量配比配置,分别设置0(纯土体),10%,92第3期王文龙等:生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建Copyright©博看网. All Rights Reserved.20%,30%㊂仅壤土做大砾石质量分数下(40%,50%)的降雨试验㊂为使不同土壤质地工程堆积体具有可比性,先对试验土壤进行6m m粒径筛分,使其处于相同水平,处理好的土壤与砾石通过人工多次搅拌均匀用于装填㊂装填深度为40c m,为模拟自然堆积体自然排水,底部首先装填10c m细砂㊂装填土石混合介质共计30c m,分3层,每层10c m,各层按照设计容重进行压实并打毛,最表层不压实仅进行刮平,模拟堆积体表层松散特性㊂试验槽装填完成后放置24h令其自然沉降,各层之间充分融合,随后用于模拟试验㊂各工况下分别进行不同降雨强度的模拟试验,降雨强度分别设置为60,90,120,150mm/h㊂模拟降雨产流历时均设置为45m i n㊂1.2.2数据标准化处理接取不同降雨强度及不同工况下工程堆积体产沙,测定次降雨产沙量㊂为使各组试验数据能够有效进行叠加及对比分析,各场次降雨试验计算的侵蚀量均换算为单位投影面积上的侵蚀量㊂2结果与分析已有研究[20]表明,U S L E适用于多年平均土壤流失量的预测,对单次降雨的侵蚀预测不适用㊂为此,采用多场次的结果叠加后再计算㊂将4种不同降雨强度条件下产生的土壤流失量之和用于建立模型,并进一步对模型中各因子分别进行修订㊂2.1坡长因子(L)修订根据定义,生产建设项目工程堆积体坡长因子修订采用2.72,4.53,5.89,10.88m4种坡长试验数据,壤土试验槽宽度为1.5m㊂其中2.72,5.89,10.88m均采用壤土试验数据,而坡长4.53m(标准小区坡长)采用砂土㊁壤土和黏土3种平均值作为计算值,砂土和黏土试验槽宽度为1.0m㊂降雨强度包括60,90,120,150mm/h4种类型㊂为避免重复考虑砾石影响,进行坡长和坡度因子修订时砾石质量分数为0㊂计算不同坡长下(2.72,4.53,5.89,10.88m)4次降雨的总侵蚀量与相同条件下标准小区坡长(4.53m)的总侵蚀量之比,即可得到坡长因子(L)值㊂由表1可知,4种坡长因子(L)值分别为0.63,1.00,1.11,1.38㊂拟合坡长因子(L)与实际坡长与标准小区坡长比值(λ/4.53)即为坡长因子(L)计算式㊂该研究提出的坡长因子L计算采用幂函数,得出幂函数指数为0.552㊂L=0.909(λ/4.53)0.552,R2=0.928,p=0.037(3)已有研究[21]表明,影响坡面侵蚀的地形中坡长是主要因子之一,该因子对坡面侵蚀及输沙发生发展过程具有显著影响,作用原理体现在改变侵蚀下垫面的径流特性(包括流速㊁流量)进而改变径流挟沙力,最终改变土壤侵蚀强度㊂针对其计算方法, F o s t e r等[22]研究提出,可以将不同坡长进行分段处理,各坡段的坡长因子均是其上游不同分段的因子累计;汤国安等[23]研究进一步明确侵蚀模型中的坡长因子定义,是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;胡刚等[24]研究黑土区地形因子算法表明,坡长指数采用与坡度相关的变值更加合理㊂以往研究[18]主要是针对缓坡坡耕地㊁撂荒地等,针对生产建设项目坡长因子的修订目前研究较少㊂表1工程堆积体坡长因子修订计算资料降雨强度/(mm㊃h-1)坡长/m单位面积侵蚀量/(k g㊃m-2)相同坡长侵蚀量之和/(k g㊃m-2)坡长因子(L) 602.720.9323.290.63902.721.691202.727.921502.7212.75604.530.67904.531.861204.534.791504.5314.03604.530.51904.5312.4036.921.001204.5320.381504.5337.63604.530.55904.532.331204.535.961504.539.64605.890.9240.871.11905.893.081205.8918.001505.8918.876010.883.0051.081.389010.884.5312010.8819.4115010.8824.152.2坡度因子(S)修订根据定义,坡度因子修订采用15ʎ,25ʎ,30ʎ,35ʎ的4个坡度试验数据,均采用壤土堆积体试验数据,试验槽宽度均为1.0m㊂降雨强度包括60,90,120, 150mm/h4种㊂计算不同坡度下(15ʎ,25ʎ,30ʎ,35ʎ)4次降雨的总侵蚀量与相同条件下标准小区(25ʎ)的总侵蚀量之比,即为模型中坡度因子(S)值㊂由表2可知,4种坡度因子(S)分别为0.63,1.00,0.92,1.51㊂坡度因子值的计算是拟合坡度因子(S)与实际坡度与标准小区坡度比值(θ/25ʎ)得到㊂该研究提出的坡度因子03水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.(S )计算采用幂函数,其指数为0.883㊂S =0.966(θ/25ʎ)0.883,R 2=0.823,p =0.093(4)表2 工程堆积体坡度因子修订计算资料降雨强度/(mm ㊃h -1)坡度/(ʎ)单位面积侵蚀量/(k g ㊃m -2)相同坡长侵蚀量之和/(k g ㊃m -2)坡度因子(S )60150.329.440.6390150.37120152.16150156.5960250.4314.941.0090251.60120254.64150258.2760300.3713.680.9290300.47120303.01150309.8360350.6322.631.5190350.67120357.901503513.43坡度是影响坡面侵蚀地形因子的另一个主要特征,国内外学者们针对土壤侵蚀模型坡度因子也展开相关的研究㊂20世纪40年代,Z i n g g[25]通过对土壤侵蚀速率和地形因子的研究,用实证分析方法建立其相互间定量关系㊂在R U S L E 中坡度因子计算采用坡度的正弦值[26]㊂江忠善等[27]基于坡面水蚀模型研究成果提出,我国坡度因子指数值变化为1.2~1.6,主要集中在1.30~1.45㊂吴普特等[28]研究提出,坡面侵蚀量与坡度因子之间存在临界值,而非简单的线性关系,但由于研究目标及方法等不同导致临界坡度的数值有差异㊂2.3 土石质因子(T )修订生产建设项目工程堆积体相较于传统的坡面侵蚀在侵蚀下垫面物质组成上存在较大差异,不仅是包括传统土壤,更多的是混合不同含量以及粒径的砾石㊂由于土壤质地理化性质不同,尤其在砾石混合后,土壤与砾石之间的相互作用发生改变㊂该研究将工程堆积体中的土壤质地概化为砂土㊁壤土和黏土3种类型㊂修订土石质因子(T )时,坡度和坡长因子均在标准小区条件下开展(坡度25ʎ,坡长4.53m ),降雨强度采用60,90,120,150mm /h4种,砾石质量分数为0,10%,20%,30%4种㊂根据定义,工程堆积体土石质因子(T )为标准小区上单位降雨侵蚀力堆积体产生的侵蚀量㊂因此,利用土壤侵蚀量(A )与侵蚀影响因子的乘积(B =R L S )间的正比关系来推求,为符合U S L E 的适用条件,将多场降雨数据作为计算资料㊂研究将A 与B的拟合关系式斜率作为土石质因子(T )值㊂在计算土石质因子(T )值时,需要确定降雨侵蚀力(R )和坡度坡长因子(L S )㊂(1)降雨侵蚀力(R )㊂采用已有研究[18]计算方法计算,具体为公式(5)~公式(7)㊂R =E I 30(5)E =ðe p(6)e =0.119+0.0873l g I (I ɤ76mm /h )0.283 (I >76mm /h){(7)式中:R 为降雨侵蚀力[(M J ㊃mm )/(h m 2㊃h )];E 为降雨动能(M J /h m 2);I 30为一次降雨30m i n 最大降雨强度(mm /h );e 为单场降雨某一时段的降雨动能[M J /(h m 2㊃m m )];P 为对应时段的降雨量(m m );I 为对应时段的降雨强度(mm /h)㊂(2)地形因子(L S )计算㊂根据公式(3)和公式(4)计算可得25ʎ的坡度因子S =0.966,坡长4.53m 的坡长因子L =0.909,最终可计算得L S =0.878㊂2.3.1 砂土土石质因子(T ) 在生产建设项目工程堆积体标准小区条件下,获取砂土工程堆积体在砾石质量分数0~30%下的侵蚀量(A )与侵蚀影响因子(B ),进而计算土石质因子(T ),结果见表3㊂拟合砂土工程堆积体4种不同砾石质量分数条件下侵蚀量(A )与侵蚀影响因子(B =R L S)之间的关系,即为砂土土石质因子(T )值,结果见图1㊂由图1可知,砂土工程堆积体在砾石质量分数为0(纯土体),10%,20%,30%时的土石质因子(T )分别为0.0728,0.0520,0.0353,0.0300[(t ㊃h m 2㊃h )/(h m 2㊃M J ㊃mm )]㊂含砾石堆积体的土石质因子均小于纯土堆积体,且随着砾石质量分数增大土石质因子(T )减小,递减幅度为28.57%~58.79%㊂为计算任意砾石质量分数的砂土堆积体土石质因子(T )值,建立土石质因子(T )与砾石质量分数(D i )之间关系㊂T =0.071e -3.047D i,R 2=0.976,p =0.012(8)式中:砾石质量分数(D i )取小数,取值范围为0ɤD i <1.0,当D i =1.0时代表下垫面全为石子,不会被侵蚀,在该研究中不考虑该极端情况㊂2.3.2 壤土土石质因子(T ) 在生产建设项目工程堆积体标准小区条件下,获取壤土工程堆积体在砾石质量分数0~30%下的侵蚀量(A )与侵蚀影响因子(B ),结果见表4㊂计算壤土在4种砾石质量分数条件下的侵蚀量(A )与侵蚀影响因子(B =R L S )之间关系,即为不同砾石质量分数下壤土土石质因子(T ),结果见图2㊂13第3期 王文龙等:生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表3砂土堆积体土石质因子(T)计算砾石质量分数/%降雨强度/(mm㊃h-1)降雨侵蚀力(R)/(107㊃M J㊃mm㊃h m-2㊃h-1)地形因子(L S)侵蚀量(A)/(106㊃t㊃h m-2)侵蚀影响因子(R L S)/(107㊃M J㊃mm㊃h m-2㊃h-1)土石质因子(T)/(t㊃h m2㊃h㊃h m-2㊃M J-1㊃mm-1)0600.920.8780.050.800.0063 90 2.170.878 1.24 1.910.0650 120 3.490.878 2.04 3.060.0665 150 5.460.878 3.76 4.790.07851060 1.220.8780.39 1.070.0362 90 2.460.8780.48 2.160.0223 120 3.980.878 1.56 3.490.0447 150 5.120.878 2.89 4.500.06422060 1.000.8780.300.880.0334 90 2.510.8780.42 2.200.0193 120 3.270.878 1.35 2.870.0470 150 5.080.878 1.54 4.460.034530600.900.8780.240.800.0306 90 1.880.8780.64 1.650.0384 120 3.270.8780.74 2.870.0256 150 5.310.878 1.43 4.670.0306图1砂土不同砾石质量分数侵蚀量(A)与侵蚀影响因子(B=R L S)拟合关系由图2可知,壤土工程堆积体在砾石质量分数为0(纯土体),10%,20%和30%时的土石质因子(T)分别为0.0259,0.0166,0.0141,0.0091[(t㊃h m2㊃h)/ (h m2㊃M J㊃m m)]㊂与砂土堆积体分析结果一致,含砾石堆积体的土石质因子均小于纯土堆积体,随着砾石质量分数增大土石质因子(T)减少35.91%~64.86%㊂建立不同砾石质量分数下的壤土堆积体土石质因子(T)值与砾石质量分数(D i)之间的定量关系,可以计算得到任意砾石质量分数下的土石质因子(T)值㊂T=0.025e-3.301D i,R2=0.972,p=0.014(9) 2.3.3黏土土石质因子(T)相对于砂土和壤土,黏土具有颗粒粗㊁黏性强且易黏结等特性,使得径流在坡面入渗减少,加速径流产生并导致侵蚀发生提前㊂在生产建设项目工程堆积体标准小区条件下,获取黏土工程堆积体在砾石质量分数0~30%下的侵蚀量与侵蚀影响因子(表5)㊂表4壤土堆积体土石质因子(T)计算砾石质量分数/%降雨强度/(mm㊃h-1)降雨侵蚀力(R)/(107㊃M J㊃mm㊃h m-2㊃h-1)地形因子(L S)侵蚀量(A)/(106㊃t㊃h m-2)侵蚀影响因子(R L S)/(107㊃M J㊃mm㊃h m-2㊃h-1)土石质因子(T)/(t㊃h m2㊃h㊃h m-2㊃M J-1㊃mm-1)0600.840.8780.070.740.0091 90 1.860.8780.19 1.630.0114 120 3.230.8780.48 2.830.0169 150 4.960.878 1.40 4.360.032210600.850.8780.050.740.0070 90 1.800.8780.17 1.580.0108 120 3.220.8780.45 2.830.0159 150 4.940.8780.78 4.340.018020600.810.8780.040.710.0057 90 1.850.8780.11 1.620.0065 120 3.210.8780.39 2.820.0139 150 4.970.8780.67 4.360.015430600.830.8780.040.730.0053 90 1.880.8780.06 1.650.0038 120 3.240.8780.24 2.850.0084 150 5.010.8780.45 4.400.010223水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图2 壤土不同砾石质量分数侵蚀量(A )与侵蚀影响 因子(B =R L S)拟合关系 拟合黏土工程堆积体4种不同砾石质量分数条件下侵蚀量(A )与侵蚀影响因子(B =R L S )之间关系,即为黏土土石质因子(T )值(图3)㊂由图3可知,黏土工程堆积体在砾石质量分数为0(纯土体),10%,20%,30%时的土石质因子(T )分别为0.0201,0.0172,0.0129,0.0096[(t ㊃h m2㊃h )/(h m 2㊃M J ㊃mm )]㊂黏土堆积体随砾石质量分数增大,土石质因子(T )减少14.43%~52.24%㊂为计算得到任意砾石质量分数下的黏土土石质因子(T )值,构建土石质因子(T )与砾石质量分数(D i )的定量关系㊂T =0.021e -2.505D i,R 2=0.982,p =0.009(10)表5黏土堆积体土石质因子(T )计算砾石质量分数/%降雨强度/(mm ㊃h -1)降雨侵蚀力(R )/(107㊃M J ㊃mm ㊃h m -2㊃h -1)地形因子(L S )侵蚀量(A )/(105㊃t ㊃h m -2)侵蚀影响因子(R L S )/(107㊃M J ㊃mm ㊃h m -2㊃h -1)土石质因子(T )/(t ㊃h m 2㊃h ㊃h m -2㊃M J -1㊃mm -1)600.950.8780.550.840.0066901.970.8782.33 1.730.01351203.320.878 5.96 2.910.0205150 5.130.8789.644.500.021410600.090.8780.800.080.0103901.950.878 1.54 1.710.0090120 3.280.878 5.072.890.0176150 5.120.8788.29 4.500.018420600.910.8780.800.800.0100901.870.8782.01 1.650.01221203.330.878 3.24 2.920.0111150 5.180.878 6.304.550.013930600.900.8780.690.790.0087901.920.8782.20 1.690.01301203.290.878 3.22 2.890.01111505.010.878 3.744.400.0085图3 黏土不同砾石质量分数侵蚀量(A )与侵蚀影响 因子(B =R L S )关系2.4 模型框架通过上述分析,确定生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀量预测模型,见公式(11)㊂A =0.283P I 30㊃(a e -b D i )㊃0.909(λ/4.53)0.552㊃0.966(θ/25)0.883(I >76mm /h )(0.119+0.0873l g I )P I 30㊃(a e -b D i )㊃0.909(λ/4.53)0.552㊃0.966(θ/25)0.883(I ɤ76mm /h ){(11)式中:砂土的a =0.071,b =3.047;壤土的a =0.025,b =3.301;黏土的a =0.021,b =2.505;D i 为砾石质量分数(%),0ɤD i <1.0;θ为实际坡度(ʎ);λ为实际坡长(m ),计算时需要换算为投影坡长㊂2.5 模型验证该试验在建立模型过程中壤土采用的降雨试验是完全组合,同时,砂土和黏土完成坡度㊁坡长㊁砾石质量分数的正交试验㊂剔除用于模型建立的试验数据,将砂土㊁壤土和黏土的其他降雨场次获得的实际侵蚀量数据与模型拟合的预测值进行对比,其中,砂土和黏土堆积体分别采用16组降雨数据,壤土堆积体砾石质量分数在0~30%的72场降雨数据,以及壤土堆积体在砾石质量分数40%~50%的8场降雨数据㊂4种条件下,拟合侵蚀量实测值与预测值㊂拟合结果(图4)表明,模型对砂土和黏土堆积体侵蚀量预测值均高于实测值,而对壤土堆积体预测值低于实测值㊂对砂土㊁黏土㊁壤土㊁壤土砾石质量分数40%,33第3期 王文龙等:生产建设项目工程堆积体土壤侵蚀预测模型构建Copyright ©博看网. 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RUSLE侵蚀模型的应用及进展
RUSLE侵蚀模型的应用及进展
陈云明;刘国彬;郑粉莉;张卫
【期刊名称】《水土保持研究》
【年(卷),期】2004(11)4
【摘要】RUSLE模型是在美国通用土壤流失模型USLE的基础上建立起来的,是目前国内外应用广泛的土壤侵蚀预测模型之一。
从RUSLE模型开发背景,RUSLE模型的主要修订内容,模型的实施与进展,RUSLE2模型介绍,RUSLE模型的局限性及RUSLE模型的应用前景等6个方面对模型的应用及研究进展进行了综合性评述,为我国土壤侵蚀模型的建立提供参考。
【总页数】4页(P80-83)
【关键词】通用土壤流失方程RUSLE;土壤侵蚀
【作者】陈云明;刘国彬;郑粉莉;张卫
【作者单位】中国科学院水利部水土保持研究所西北农林科技大学水土保持研究所;青海省水土保持局
【正文语种】中文
【中图分类】S157.1
【相关文献】
1.基于RUSLE模型的三峡库区腹地土壤侵蚀演变研究 [J], 冉彩虹
2.基于RUSLE模型的三峡库区腹地土壤侵蚀演变研究 [J], 冉彩虹
3.基于RUSLE模型的中国生产建设工程扰动区潜在侵蚀时空分异规律研究 [J], 朱
楚馨;樊翔;白中科;许文佳
4.基于GIS和RUSLE模型的东江源流域土壤侵蚀评价 [J], 唐燕文;况润元;宋子豪;李海翠
5.RUSLE侵蚀模型及其应用(综述) [J], 李凤;吴长文
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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。
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
土壤风蚀可蚀性研究进展
土壤风蚀可蚀性研究进展土壤风蚀是指风力对土壤表面颗粒的扬起和移动作用。
土壤风蚀是一种自然界常见的地表侵蚀过程，具有广泛的地理分布和极大的环境影响。
随着全球气候变化的加剧和人类活动的扩张，土壤风蚀问题日益凸显，对土地资源和生态环境的破坏日益加剧。
因此，土壤风蚀的可蚀性研究对于合理利用土地资源，保护生态环境具有重要意义。
土壤风蚀的可蚀性研究从传统的灌溉与排灌工程、土壤物理学研究方法逐渐发展到综合分析模型、遥感技术和数值模拟研究等多领域交叉应用的研究方法。
可蚀性的研究主要包括了土壤侵蚀类型、土壤可蚀性指标、土壤保持措施和土壤侵蚀模型等方面。
首先，土壤侵蚀类型是可蚀性研究的基础。
根据土壤移动的形式和特点，土壤侵蚀可以分为风蚀、水蚀和冻蚀等几种类型。
风蚀是其中的一种重要类型，是指风力对土壤表面颗粒的扬起和移动作用。
了解不同类型的土壤侵蚀对于制定相应的土壤保持措施和进行可蚀性评价具有重要意义。
其次，土壤可蚀性指标是研究可蚀性的重要内容之一、土壤可蚀性指标是根据土壤的物理性质和环境条件量化评价土壤抗风蚀能力的指标体系。
主要包括了土壤颗粒分析、土壤质地、孔隙度、含沙量、风蚀易损性指数等。
通过对这些指标的研究，可以定量评估土壤的抗风蚀能力，并制定相应的土壤保持措施。
再次，土壤保持措施是可蚀性研究的重要内容之一、针对不同地区和土地利用类型，不同的土壤保持措施应运而生。
例如，在农业地区，可以采用合理的耕作措施、植被恢复和建立防风林等来防治土壤风蚀。
在工业区和城市区域，可以采用封闭措施、遮挡措施和确保坡面覆盖等措施来防治土壤风蚀。
通过对土壤保持措施的研究，可以减少土壤风蚀的发生和影响，保护土地资源和生态环境。
最后，土壤侵蚀模型是可蚀性研究的新的发展方向。
传统的土壤侵蚀模型主要是基于实验数据和经验公式，具有一定的局限性。
而近年来，随着计算机技术和遥感技术的迅速发展，基于物理学原理的数值模拟模型在土壤侵蚀研究中得到了广泛应用。
土壤水蚀分布式预报模型研究述评
１ 国外主要分布式土壤侵蚀预报模型
１ １ Ｓ Ｅ模型 ． Ｈ
Ｔ Ｐ Ｄ Ｌ（ ｏｏｒｐ ｙｂ ｓ ｙｒｌ ｉａ Ｍ ｄ１ Ｏ ＭＯ Ｅ Ｔ ｐｇａｈ ａｅ ｈｄｏ ｇｃｌ ｏ ｅ）模 型是 ｄ ｏ
１７ 年 由 Ｂｖｎ Ｋｒ ｙ ９９ ｅｅ 和 ｉｂ 提出 的以变动 产流面 积概念 为基础 ｋ
的一个半分 布式小 流域 土壤水 蚀预 报模 型＿ 。该 模 型 以地形 ２ Ｊ
空间变化为主要结构 ， 用地形信 息 ［ 如地形 指数 Ｉ（ ／ ｎ ） ｎ ａ ｔ ／ 或 ａ３
土壤地形指数 ｉ（／ ｏａ ） ｎ ｒ ｔ 描述水流趋势和由于重力排水作
用 径流沿坡 向的运动 。其基本方程为
土壤面蚀计算模 型为 Ｄ ＝Ｋ（ 一１ ） （） ２
在水土流失规律 研究 中 ， 立土壤 侵蚀 预报 模 型 ， 建 可有 效 地指导水土保持 规划编 制与开 展综合 治理 。随着 科研 工作 者 对 土壤侵蚀机理研究的不断深入 ， 土壤侵蚀 预报模 型存传统 的 集 总式概念模型与物理过程模型 的摹础 上 ， 已逐步 向分布式 模
式 中 ： 流域 内任一点 处的饱 和缺水 量 ， Ｓ为流域 平均 Ｓ为 ｍ； 饱和缺水量 ， ｍ为土壤 空 隙率 尺度参 数 ， Ａ为地 形指 数 ｌ ｍ； ｍ； ｎ （ ／ａ／ 的流域分布平均值 ； 为通 过单位 等高线 长度 累计 的 ａｔ ３ ｎ） 汇水面积 ， 口为 网格平均坡度 ，。 。 ｍ； （ ） 式 （） ３ 表明 ， 流域 内任何点 处 的饱 和 缺水量 由流域 平均
［ 关键词］土壤侵蚀 ； 水力侵蚀 ； 预报模型 ； 布式模型 分 ［ 摘 要 ］随着对 土壤水蚀形成过程及其模拟研 究的深入 ， 侵蚀预报 模型 已 由经验模 型、 物理过 程模 型向分布 式模 型发
历历在目，土壤侵蚀模型发展历程！
历历在目，土壤侵蚀模型发展历程！土壤侵蚀模型发展历程土壤侵蚀模型研究近80 年的过程中,模型的性质从经验发展到机理,模拟的空间尺度从坡面到小流域、大流域或区域,模拟的内容从侵蚀、沉积、产沙到污染物富集与迁移,模型的应用从水土保持措施选择与布设、侵蚀影响生产力、到水土保持效益和水土资源管理等。
这种日新月异的发展,除源于土壤侵蚀理论的不断提高,很大程度上得益于计算机、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)等新技术的支撑。
1 美国经验模型 USLE 的建立与完善经验模型是对大量试验观测数据统计分析基础上建立的一系列数学公式。
通用土壤流失方程USLE( Universal soil loss equation) 是基于大量天然降雨和人工降雨径流小区观测和试验资料建立的预报坡面多年平均土壤流失量的经验模型,从最早出现 USLE 的名称 ,到以手册正式发布,以及至今天,不仅进行了不断修订完善 ,还被广泛应用。
径流小区是土壤侵蚀研究的基本手段,最早由德国土壤学家Wollny 在 1882 年采用,研究坡度、植物覆盖、土壤类型、坡向等对土壤侵蚀的影响 ,创立了土壤侵蚀研究独有的径流小区方法,他因此被称为“水土保持研究的先驱者冶。
Cook1936 年总结提出影响土壤侵蚀的三组因子:土壤可蚀性、潜在侵蚀力和覆盖保护能力,详细描述了每一组因子包括的次一级因子,实质是土壤侵蚀经验模型的概念模型。
Zingg1940 年第一个用数学方程描述土壤流失量与坡度和坡长的指数回归方程。
Smith1941 年在方程中增加了作物因子 C 和水土保持措施因子 P。
Browning 等 1947年增加了土壤可蚀性和管理因子取值表。
Musgrave1947 年总结性提出美国玉米带坡面土壤侵蚀模型,增加了最大 30 min 降雨强度幂函数表示的降雨因子。
Smith 等1948 年首次提出基于“土壤流失比例冶的方程,将植被覆盖与管理因子C 定义为某种特定黏土和轮作条件下、3% 坡度、水平投影坡长 27. 43 m(90 英尺)、顺坡上下耕作农地的年平均土壤流失量,其余坡度S、坡长L、土壤类型K、水土保持措施P 等都是无量纲因子, 通过实际情况下的土壤流失量与C 值的比值获得。
SWAT模型国内外研究应用现状
SWAT模型及应用研究摘要：本文综述了SWA T（Soil and Water Assessment Tool）模型在水利行业中起到的至关重要的作用，尤其在非点源污染模拟和控制、环境变化对水文响应的影响、洪水短期预报等领域，并对我国在应用SWAT模型方面的发展方向进行了初步探讨。
关键词：SWAT；水文模型；非点源；应用；污染Primarily Study for SWAT(Soil and Water Assessment Tool)Tiantian Yang(Faculty of Infrastructure Engineering Dalian University of Technology, 116024) Abstract: The role of SWAT (Soil and Water Assessment Tool) in the field of water conservation is analyzed. Special attention is paid on simulation and control for nonpoint source pollution, the impact of environmental change on hydrologic response, and real-time flood forecasting.In order to use SWAT well, the main issues introduces the application of SWAT model include international and domestic application.Keywrods：SWAT; hydrologic model; nonpoint source; application; pollution人类对水文系统最重要的影响是由土地利用变化所引起的，如果这种变化发生在一个流域的大片区域或者关键地区，会对径流过程产生短期或长期的影响，包括增加下游洪水泛滥的可能性以及减少深层和浅层地下水的补给[1]。
土壤侵蚀预测模型研究进展及其在开发建设项目水土流失预测中的应用
划 分 ， 分 为 ３种 不 同 的 类 型 ： 验 模 型 、 理 模 型 、 布 式 模 型 。 可 经 物 分
１ １ １ 经 验 模 型 ．．
美 国 通 用 土 壤 流 失 预 报 模 型 及 其 修 订 版 （ Ｓ Ｅ及 Ｒ Ｓ Ｅ） ＵＬ ＵＬ 最 初 是 用 于 预 测 缓 坡 农 耕 地 上 多 年 平 均 土 壤 侵 蚀 量 的 统 计 模
型 ， 表达 式 如 下 ： 其
Ａ ： Ｒ・Ｋ ・Ｃ・Ｌ・ Ｓ・Ｐ （） １
该模 型 涵 盖 了降 水 、 渗 、 表 径 流 、 人 地 土壤 剥 离 、 沙 输 移 与 泥 沉 积 、 物 生 长 、 茬分 解 等 作 用 对 土 壤 侵 蚀 的影 响 。该 模 型 的 植 参
出 现 实 现 了 土 壤 侵 蚀 由 经验 模 型 研 究 进 入 到 物 理 过 程 探 索 的 转
由 于 Ｒ Ｓ Ｅ模 型 不 能 预 报 土 壤 侵 蚀 的 空 间 分 布 ， 不 能 用 ＵＬ 也 于 土 壤 侵 蚀 机 理 研 究 ，９ ５年 美 国 农 业 部 推 出 了 基 于 物 理 过 程 １９ 的 ＷＥ Ｐ Ｗａ ｒＥ ｏｉ ｒｄｃ ｏ ｒｊ ｔ 模 型 。该 模 型 有 ３ Ｐ （ ｔ ｒｓ ｎ Ｐｅ ｉ ｉｎ Ｐｏｅ ） ｅ ｏ ｔ ｃ
亟待 解 决 的 问题 ， 结 合 我 国 的 实 际情 况 ， 出 了一 些 设 想 。 并 提
关键 词 ：土 壤 侵 蚀 ； 测模 型 ； 展 ； 用 预 进 应 中 图 分类 号 ：Ｓ ５ １７ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
１ 国 内外 土 壤 侵 蚀 预 测 、 报研 究进 展 预
型 ， 很 好 地 说 明侵 蚀 、 沙 过 程 ， 延 性 好 。 能 产 外 目前 该 模 型 的 流 域 版 处 于 完 善 阶 段 ， 网格 版 正 在 开 发 之 中 。
我国土壤侵蚀科学研究回顾和展望
关键 词 土 壤 侵蚀 历 史 回顾 机 遇 和挑 战 重 点研 究 领域
本 文 回顾 了我 国土 壤侵 蚀 科 学研 究 的历 史 ， 于对 我 国 土 壤 侵 蚀 科 学 研 究 面 临 的 机 遇 与 挑 战 分 析 。 出 了今 后 基 提
土壤 侵 蚀 过 程 发 生 在 陆 地 表 面 各 圈 层 相 互 作 用 最
是导 致 生态 恶 化 和贫 困的 根 源 ， 国 ４ ９个 贫 困县 中严 全 ４ 重 水 土 流失 的县 占 ７ ． ％ 。因此 ， ５８ 揭示 土 壤 侵蚀 及 其 相 关 的地 表过 程 与 机理 ， 索 自然 因素 和人 为 活动 对 土 壤 探 侵 蚀 的 作 用 方 式 ， 立 土 壤 侵 蚀 预 报 模 型 ， 学 评 价 土 建 科 壤 侵 蚀 的环 境 效 应及 其 对 区域 和全 球 环境 的 影 响 ， 出 提
积 约 （ ．４ １ ６ ３×１ ｋ ， ０ ） ｍ２ 占地 表 总 面 积 的 １ ． ５ 。土 ０９ ％
预 防 和 治 理 土 壤 侵 蚀 、 理 利 用 水 土 资 源 、 设 良性 生 合 建
态 环 境 的 战 略 方 案 与 技 术 途 径 ， 确 保 国家 生态 安 全 、 对
粮 食 安全 和 经 济 可持 续 发展 ， 动 水 土 保 持 科 技 创 新 和 推
学 科 发 展具 有 极 其深 远 的 意义 。
存发 展 的重 要 问题 。有 关 全 球 性 重 大研 究 计 划 和 国 际
组 织 ， 全 球 变 化 和 陆 地 生 态 系 统 研 究 项 目 （ ｌｂ ｌ 如 ｇｏ ａ
步 较 晚 、 史 不 长 ， 由于 中 国土 壤 侵 蚀 的 复 杂 性 以及 历 但 土 壤 保 持 工 作 在 中 国农 业 生 产 、 态 环 境 建 设 ， 生 以及 人
土壤侵蚀模型研究现状与展望
中 图分 类 号 ：Ｓ１７ １ ５
土壤侵蚀模 型是预报 水土流 失 、指 导水土保 持 措施 配置 、优化水 土资源 利用 的有 效 工具 ， 长期 以来倍受 国 内外学 者 的广 泛关 注 。一个世 纪 以来 ，各 国学者 为 土壤 侵蚀 模型 的建立作 了大 量卓 有成 效的工作 ，尤 其 是近 几 十年来 ，随着计 算机 等相关学科 的迅速 发展和土 壤侵蚀 机理研 究 的不 断积累 ，土壤侵 蚀模 型研究 和模拟 技术 越来 越受到人们 的重 视。众 多的土壤侵蚀模 型 各 具特色 ，但从 总体上 可 以分为经验 统计模 型和理论 模型两 大类 型 ，本 文对 国内外 土壤侵 蚀模 型 的研究 现状作 了较 为详 细 的 回顾 ，在此基 础上对 目前我 国土壤 侵蚀 模型研究 中需 要 加强 的部 分 作 了细 致的分析 ， 目的在 于吸 收国外 已有经验 ，促 进我 国土壤侵蚀 模型研究 的进展 。
自然 因素 ，并 通过降雨侵 蚀力 、土壤 可蚀性 、坡 度坡长 、作 物覆 盖和水 土保持措 施五大 因子进
行定 量计算 。通用土壤 流失方程 所依据 的资料 丰 富 、涉 及 区域 广泛 ，因 而具 有较 强 的实 用性 ， 曾在世 界范 围 内得到 了广 泛 的推广 。 １７ 年 ，Ｗ． ｓｈ ｅ ｒ Ｄ． ｎ ｔ ９８ Ｗｉ ｍ ｉ 和 ｃ ｅ Ｓｆ ｉ ｈ针对 应 用 中存在 的问
１ 国外 土 壤 侵蚀 模 型 研 究 进 展
１ １ 经 验 统计 模 型 ．
１７ 年 德国 土壤 学家 Ｅ ａ ８７ ｗｌ ｄＷｏｎ 开始 了定量研 究土壤侵 蚀 的漫 长历 程 ，２ 世纪 二三十 ｌｙ ｌ ０
土壤侵蚀研究新动态
Ｎｅ ｗ Ｔｒ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ Ｓ ０ ｎ Ｅｒ ｏｓ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
ＷＡ Ｎ Ｊ ｉ ａ ｓ ｈ ａ ｎ ， ＹＵＥ Ｙ ｉ ，ＷＵ Ｙ ｕ ｎ ｚ ｈ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ＆ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ｈｅ ｏｉ ｆ ２ ３ ０ ０ ３ ６ ）
段。本 研 究对 国 内外各种 土壤 侵蚀 模 型进 行 了评价 ， 总结 了今 后 土壤 侵蚀 模 型应 该注 重 的发展 方 向：注重 土壤 侵蚀 模 型 的理论 研 究 ，从 以侵 蚀 因子 为基 础 的侵 蚀预 报 向侵 蚀过 程 的量 化研 究和理 论 完善 ；充分 利用 先进 的 Ｒ Ｓ 、Ｇ Ｉ Ｓ 技术和 Ｂ Ｐ 神经 网络 理论 结合 的发 展趋 势 ，为侵 蚀模 型 的研 究提供 大量 的 数据 源 ，以利 于对 土壤 侵蚀 模 型 的检验 ；加 快土 壤 侵蚀 所
・
综述与专论 ・
农 业 网 络信 息
ＡＧ 肿 Ｕ ＝ Ｌ ｎ 用 Ｅ ＮＥＴ ＷＯＲＫ Ｉ ⅣＦ １ Ｄ冠ＭＡ 删
２ ０ １ ３年 第 ７期 土壤 侵 蚀 研 究新 动态
万 家山， 乐 毅， 吴 云 志
（ 安徽 农业 大学 信息 与计 算机 学 院 ，安徽 合 肥 ２ ３ ０ ０ ３ ６ ） 摘 要 ：土壤 侵 蚀 模 型常被 作 为 了解土 壤 侵蚀 过 程 与 强度 、预 报水 土 流 失 、指 导人 们 合理 配 置 土地 资源 的 重要 技 术 手
土壤侵蚀模型研究进展及发展方向
１ 土壤 侵 蚀 模型 发 展历 程
土壤侵 蚀 的定量研 究最早 可以追溯到 １７ ８ ７年德 国土壤 学家 Ｅ ａｄＷｏｎ ｗ ｌ ｌ ｙ的研究 。此后 的一个 多世纪 以来 ， ｌ 在各 国 学者 的努力 下 ，随着对土壤侵蚀 基本规律认识 的不 断发展 ，
该类模型最早出现于60年代末是从产沙水流汇流及泥沙输移的物理概念出发利用各种数学方法结合气象学水文学水力学土壤学和泥沙运动力学等相关学科的基本原理经过一定的简化以数学的形式总结出土壤侵蚀过程与影响因子之间的关系预报给定时段内土壤侵蚀量并能模拟土壤的侵蚀过程
维普资讯
沙 的产 生和输移进行 数学模拟是一种有效 的手段 ， 也是土壤 侵蚀 学科 的前沿 研究领 域 。按 照数学模 型 的建模手 段和方 法， 土壤侵蚀模 型一般分为经验统计模 型和物理过程模 型。
虑 了影响 土壤 侵蚀 的 自然 因素 ， 通过 降雨侵蚀力 、 土壤 可蚀 性 、 度坡长 、 物覆盖 和水土保持 措施 五大 因子进行 定量 坡 作 计算 。 通用土壤流失方 程所依据的资料丰富 、 涉及 区域广 泛 ， 因而具有较强 的实用性 ， 在世界 范围内得到 了广泛 的推广 。 经验统 计模 型并不是在这一 阶段后就不 发展 了，相 反 ，
统相互 作用 的其他 系统所造 成 的影 响 ， 日益受 到人类 的关 注， 对土壤侵蚀 产沙和泥沙输移 的定量研 究长期 以来一直是
国内外学 者研究 的重点 。在众多定量化研究 的方法 中， 对泥
资料进行系统分 析后 ， 出 了著名 的经验 模型——通用土 壤 提
流失方程 （ ｎｖｒ ｌ ｏ ｏｓ ｑ ａ ｏ ， Ｓ Ｅ）该方程 全面考 Ｕ ｉｅ ａ Ｓｉｌ ｓ Ｅ ｕｔ ｎ Ｕ Ｌ 。 ｓ ｌ ｉ
国内土壤侵蚀预报模型研究进展
作者： 牛俊文
作者机构： 浙江省水利水电勘测设计院
出版物刊名： 中国人口资源与环境
页码： 386-389页
年卷期： 2015年 第S2期
主题词： 土壤侵蚀预报;研究进展;通用土壤流失方程;模型
摘要：土壤侵蚀预报模型是定量预测、预报土壤侵蚀量的重要工具,对水土保持及生态环境建设具有重大的意义。
本文对国内土壤侵蚀预报模型研究进展作了综述,重点介绍了国内土壤侵蚀预报模型的发展历程、USLE和以其为蓝本的侵蚀预报模型、流域侵蚀产沙经验模型和我国关于生产建设项目侵蚀量预测的模型等。
对侵蚀预报模型的研究进展进行总结并指出生产建设项目侵蚀预报模型的研究具有紧迫性和艰难性。
中国土壤侵蚀相关模型研究进展
中 国 土 壤 侵 蚀 相 关 模 型 研 究 进 展
张启 旺 ， 安俊珍 ， 王 霞 ， 高雅 玉 ， 常万广
（ １ ． 甘肃 省水 利水 电学校 ， 甘 肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ２ ０ ； ２ ． 甘 肃省水土 保持 科 学研 究所 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ２ ０ ；
１ 土壤 侵蚀 经验模 型
该模型 的优 点 是根 据 我 国水 土 保 持 的实 际 情 况 ， 三 大措施 因子 ， 即变为 生物 （ Ｂ） 、 工程 （ Ｅ） 和耕 作 （ ）
立 的途径 和模 拟过程 ， 模 型通 常可 以分 为 经验 模 型 、 物 将 Ｕ Ｓ Ｌ Ｅ中的覆 盖与管 理 两 大 因子 变 为我 国水 土保 持
１ ． １ 中 国坡 面 土壤 流 失方 程 （ 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 ）
高。应用 Ａ Ｒ Ｃ ／ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ地理信息系统软件建立空间水土 流失数据库 ， 实现 了侵蚀预报模 型与 Ｇ Ｉ Ｓ相结合 ， 使
３ ． 白银 市水 务局 ， 甘 肃 白银 ７ ３ ０ ９ ０ ０ ）
［ 关键词 ］土壤 侵蚀 ； 预报模 型； 研 究现状 ； 中国
［ 摘
要 ］土壤 侵蚀预报模 型通常可以分为经验模型 、 物理 过程模 型和分 布式模 型。我 国学者 以 Ｕ Ｓ Ｌ Ｅ为蓝本 ， 利 用水
蚀 区径流 小区观测 资料 ， 根据 各研 究区 实际情 况进行 因子修 正 ， 就 主要 水蚀 区的黄土 高原、 东北漫 岗丘 陵 、 长江三峡 库
蚀 区径流小 区观测 资 料 ， 根 据 各 研究 区实 际情 况 进 行 坡度 ； Ｌ为坡长 ； Ｇ 为浅 沟 侵蚀 影 响系数 ， 当坡 面 无浅
中国土壤风蚀研究的现状与展望
中国土壤风蚀研究的现状与展望当前，中国的土壤风蚀已成为严重的环境问题。
频繁的沙尘暴事件对人类健康、农田生产和社会稳定造成了巨大的影响。
因此，研究和治理土壤风蚀具有重要的意义。
目前，中国土壤风蚀研究正在积极开展，并取得了一些进展。
首先，对于土壤风蚀的形成机制进行了深入研究。
通过分析沙尘暴事件的时空分布、风速和土壤类型等因素的关系，揭示了土壤风蚀的发生规律。
其次，对风蚀的影响因素进行了系统分析。
研究人员通过实地调查和实验研究，发现了植被覆盖率、土壤质量、土壤结构等因素对土壤风蚀的影响。
此外，还探讨了风蚀与气候变化的关系，为预测未来的沙尘暴活动提供了科学依据。
在土壤风蚀治理方面，中国也采取了一系列有效的措施。
例如，加强风沙源治理，植树造林，建立了一批防护林带，起到了遏制沙尘暴扩大范围和减少沙粒扬尘的作用。
此外，加强对农业生产的管理，减少农业活动对土壤的破坏，也是治理土壤风蚀的重要手段。
然而，中国土壤风蚀研究仍然面临一些挑战和问题。
首先，现有的研究还没有完全揭示土壤风蚀的本质和机理，这需要进一步深入的研究。
其次，土壤风蚀的监测手段和方法还不够完善，需要进一步开发新的技术手段，提高监测的精度和时效性。
此外，土壤风蚀的治理仍然存在一定的局限性，需要更多综合性的措施和政策来解决这一问题。
展望未来，中国土壤风蚀研究可以在以下几个方面开展工作。
首先，应加强风沙源的探测和管理，通过科学的风沙源治理，减少土壤的风蚀程度。
其次，应加强对土壤风蚀的监测和预测，提高预警和防范的能力。
同时，探索科学的土壤风蚀治理方法，结合地理信息系统和遥感技术，制定出科学合理的土壤风蚀防治方案。
此外，还需要加强国际合作和交流，借鉴和吸收国外的先进经验和技术，共同应对全球土壤风蚀问题。
总之，中国土壤风蚀研究已取得了一些进展，但仍面临许多挑战。
未来，应加强科学研究，提高监测和预测的能力，开展综合治理措施，并加强国际合作，共同应对土壤风蚀问题，以保护生态环境和人类健康。
基于遥感和GIS的中国土壤风力侵蚀研究
基于遥感和GIS的中国土壤风力侵蚀研究基于遥感和GIS的中国土壤风力侵蚀研究近年来，随着经济社会的迅速发展，中国的土地利用方式发生了巨大变化，农业生产模式也发生了转变。
然而，这些变化也带来了一系列的环境问题，其中之一就是土壤风力侵蚀。
土壤风力侵蚀是指风力作用下，土壤颗粒运动并被风带走的过程，对土地资源和生态环境造成了严重的破坏。
因此，准确评估和监测土壤风力侵蚀的程度和分布，对保护生态环境、推动可持续发展具有重要意义。
在中国土壤风力侵蚀研究中，遥感和地理信息系统（GIS）技术的应用越来越广泛。
遥感技术通过获取卫星数据，可以实时监测地表和植被的变化，提供了大范围、高分辨率的土地利用信息。
而地理信息系统则通过对遥感数据进行处理和分析，可以提供准确的空间分布信息，并进行土壤侵蚀风险评估和预测。
首先，遥感技术可以通过获取植被指数等数据，评估土壤风力侵蚀的潜在风险。
植被指数通过测量植被的吸收和反射的红外和近红外辐射，可以反映植被的生长状况和盖度。
植被盖度越高，土壤暴露在风力作用下的可能性就越小，土壤风力侵蚀的程度也就越低。
因此，通过遥感技术获取的植被指数数据，可以快速评估土地的土壤风力侵蚀潜力，并为农业生产和土地利用规划提供科学依据。
其次，GIS技术可以通过建立土壤风力侵蚀的空间模型，对土地风力侵蚀进行预测和评估。
GIS技术可以将遥感数据、地形数据、土壤数据等不同层次的空间信息进行整合和分析，形成全面、多角度的土壤风力侵蚀分布图。
通过对土地利用类型、等级、坡度、方向等因素的综合分析，可以得出不同地区和不同季节土壤风力侵蚀程度的空间分布。
该模型可以为土地利用规划、生态环境保护和治理工作提供科学依据。
此外，遥感和GIS技术还可以通过监测土壤侵蚀过程的动态变化，对土地的管理和保护提供指导。
通过比较不同年份的遥感数据，可以研究土壤风力侵蚀的变化趋势和影响因素，进一步预测未来的发展趋势。
同时，GIS技术还可以对不同土地利用模式下的风力侵蚀进行空间分析，为农业生产、城市规划和土地管理提供科学建议。
SWAT模型国内外研究应用现状
SWAT模型国内外研究应用现状SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是一种广泛应用于水资源管理和土地利用评估的水文模型。
它是以流域为单位，模拟水文过程和土壤侵蚀等因素对水质和水量的影响。
本文将对SWAT模型在国内外的研究应用现状进行详细探讨。
首先，SWAT模型在国外的应用非常广泛。
在美国和欧洲国家，SWAT 模型已经被广泛应用于流域管理、水资源评估和农业管理等领域。
例如，在美国，SWAT模型被用于预测水资源供需、评估土地利用变化对水质的影响等。
在欧洲国家，SWAT模型也被用于评估气候变化对水文过程的影响、开展流域管理规划等。
在国内，SWAT模型的研究应用也逐渐增多。
国内研究人员主要应用SWAT模型对流域水文过程进行模拟和评估。
例如，对于黄河流域，研究人员使用SWAT模型来模拟流域水量变化、水质变化以及土壤侵蚀等影响因素，为河流水资源管理和土地利用规划提供科学依据。
此外，SWAT模型还被用于太湖流域、长江流域等地区的水资源评估和水环境监测。
此外，SWAT模型还在其他领域得到应用。
在农业管理中，SWAT模型被用于评估农田管理措施对水资源的影响。
例如，研究人员使用SWAT模型来研究不同农田管理措施对养分流失和土壤侵蚀的影响，为农田管理制定合理的措施提供参考。
在水库和河流管理中，SWAT模型也被用于评估水库运行规则对流域水量和水质的影响，为水库管理和调度提供支持。
然而，SWAT模型在研究应用过程中还存在一些问题和挑战。
首先，SWAT模型的参数估计比较困难。
模型参数数量较多，需要准确的输入数据来进行参数估计，这对数据要求较高。
其次，SWAT模型对土地利用和管理措施的响应较敏感，对于土地利用变化和管理措施的影响需要更准确的输入数据和模型参数。
此外，由于SWAT模型是基于流域尺度的模型，对于小流域研究的应用还需要进一步改进和调整。
综上所述，SWAT模型在国内外的研究应用已经取得了一定的成果，对于流域管理、水资源评估和农业管理等领域提供了科学支持。
土壤侵蚀的研究进展及展望
土壤侵蚀的研究进展及展望摘要：土壤侵蚀是土地退化的主要类型之一，土壤侵蚀给人类造成严重危害：毁坏土地资源，降低粮食产量，干扰工程建设，影响生态环境，同时会引起自然灾害的发生。
在对以往土壤侵蚀的成因、危害、防治等方面研究进行综合分析的基础上，对土壤侵蚀未来的研究方向进行了展望。
关键词：土壤侵蚀，危害，防治0 引言《中国大百科全书•水利卷》（1992）[1]将土壤侵蚀（Soil erosion）定义为“在风力、水力、冻融和重力等外营力的作用下，土壤及其母质被破坏、搬运及沉积的过程”。
水土流失（Soil and water loss）和土壤侵蚀是两个十分相近的概念。
1981年科学出版社《简明水利水电词典》[2]提出，水土流失指“地表土壤及母质、岩石受到水力、风力、重力和冻融等外力的作用，使之受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象”。
从两者的定义中可以看出，二者虽然存在着共同点，即都包括了在外营力作用下土壤、母质及浅层基岩的剥蚀、运搬和沉积，但是也有明显差别，即水土流失中包括了在外营力作用下水资源和土地生产力的破坏与损失，而土壤侵蚀中则没有。
土壤侵蚀是一个自然地质过程，而水土流失作为一种地质环境问题，强调的是土壤侵蚀的不良影响，即其造成的水土资源和土地生产力的破坏和损失。
1 土壤侵蚀的分类根据土壤侵蚀的定义，土壤侵蚀的发生营力有水力、风力、冻融、重力等，由此可以将土壤侵蚀分为水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀等多种类型。
其中在我国分布最广泛的为前三种类型[3,4]。
水力侵蚀是指由于降雨或径流引起的土壤侵蚀。
其侵蚀形式包括面蚀、潜蚀、沟蚀和冲蚀。
在比较干旱、植被稀疏的条件下，当风力大于土壤的抗蚀能力时，土粒就被悬浮在气流中而流失。
这种由风力作用引起的土壤侵蚀现象就是风力侵蚀，简称风蚀。
风蚀发生的面积广泛，除一些植被良好的地方和水田外，无论是平原、高原、山地、丘陵都可以发生，只不过程度上有所差异。
土壤侵蚀量预报模型研究进展
收 稿 日期 ：０ １ ４２ 修 回 日期 ：０ １９ ０８ ２ ０ － －３； ０ ２０ － ６
基金项 目： 国家杰 出青年基金聊 目 中国水蚀 预报模型” 编号 ：９２ ｔ ） 国家重点基础研究发展规划项 目“ “ （ ４ ７ ５Ｏ ； ３ 草地与农牧交错带生 志
系 统重 建 机 理 及 优化 生 生 产 范 式 “ 编 号 ：２ （Ｏ ｇ ０ ） 助 ． （ Ｇ ０￣ １６ ２ 资
前人工作的基础上 ， 出了我国土壤侵蚀模 型夸后的发展方向。 提 关 键 词： 土壤侵蚀 ； 经验 统计 ； 物理成 因 ； 模 型 预报
中图分类 号 ：１７ １ Ｓ５ ． 文 献标识 码 ： Ａ
土壤侵蚀不仅使土地贫瘠、 土地生产力下降 ， 而 且严重破坏 了生态环境 。同时 ， 化学污染物 随水土 流失进入水体 ， 不仅带来了环境污染 ， 而且也直接影 响 了人们 的生 活 。因此 ， 自从 １７ ８７年德 国土壤 学家 Ｅ ａ ｌｙ ｗ ｌ Ｗａｎ 开始对土壤侵蚀进行定量研究的一个 ｄ ｌ 多世 纪 以来 … ， 内外 学者 对 土 壤侵 蚀 规 律 进行 了 国
１３ ９６年 Ｃｏ 提 出 了影 响 土壤 侵蚀 的 ３个 主要 因 ｏｋ 子， 即土壤 对侵蚀 的敏感 性 、 坡度和坡 长影 响的降雨
降雨、 径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程 ， 从而预报 在给定时段 内的土壤侵蚀量。根据建模对象 的不 同， 土壤侵蚀模型又有坡面土壤侵蚀模型和流域土
壤 侵蚀模 型之 分 。
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第 １ ７卷第 １ 期 ２０ ０２年 ２月
地球科学 进展
ＡＤＶ ＡＮ Ｅ Ｉ ＡＲ Ｈ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｃ Ｎ Ｅ Ｔ ＣＥ ＥＳ源自Ｖ０．１ Ｎｏ １ ７ １
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中国土壤侵蚀预报模型研究进展摘要：土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源的重要工具，受到世界各国的普遍重视。
本文总结了中国土壤侵蚀预报模型的主要研究成果，在总结和评价这些模型的基础上，提出今后我国的主要研究方向：（1）注重土壤侵蚀模型的理论研究；（2）加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究；（3）充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。
关键词：土壤侵蚀模型、研究方向、问题Review of Research Progress in Soil Erosion Prediction Model in China Soil erosion model which is regarded as the tool to understand the soil erosion processes and intensity, to master the dynamic of land resources development, to guide the rational use of land resources, having attracted the widespread attention of the world.This paper summarizes the main findings of Chinese Soil Erosion Prediction Model and on the basis of summarying and evaluating these models it indicates the directions of the future research : (1) focus on soil erosion model theoretical research; (2) focus on the research of gravity erosion, cave erosion mechanism,; (3) take full advantage of the advanced RS and GIS technology for the study of erosion models which provide a large number of data sources to facilitate the inspection of soil erosion model.近年来，土壤侵蚀成为人们关注的生态环境热点之一。
土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。
土壤侵蚀预报模型的研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域和土壤侵蚀过程定量研究的有效手段。
根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法,一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。
经验统计模型是利用大量的试验观测资料,借助于统计方法,定量表述影响土壤侵蚀因子的指标,进而得出计算土壤流失量的方程式。
物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理,根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程,从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量。
根据土壤侵蚀模型预报对象的不同,又可将土壤侵蚀模型分为坡面土壤侵蚀模型和流域或网格(区域)土壤侵蚀模型。
我国学者在土壤侵蚀模型研究的各个层面上进行了大量工作,取得了很多成果。
其中,区域尺度研究的应用更为广泛。
在小流域土壤侵蚀模型的研究方面,以对统计模型及引进的统计模型中各因子的本地化研究较多,对基于过程的物理模型系统研究较少,特别是适合我国国情的系统的过程模型更少。
本文希望对我国土壤侵蚀模型的主要研究成果进行总结,并对其中的一些问题进行了评述,以期为今后的土壤侵蚀模型研究进展提供一定的参考意见。
提出了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.经验统计模型经验模型主要从侵蚀产沙因子角度入手,建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等之间的多元回归因子关系式。
经验公式结构简单,计算方便,在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度,但是模型被移植到其它区域使用时以及向建模条件外延时,模型精度难以控制,模型的实用性受到影响。
这类侵蚀产沙模型以坡面模型和小流域侵蚀产沙模型为代表,同时也包括部分区域性的侵蚀产沙预报模型,这些通常不考虑侵蚀产沙过程,称之为“黑箱”或“灰箱”模型,在模型形式上主要是采用侵蚀产沙因子的多元回归方程式。
自1953年刘善建首次提出坡面土壤侵蚀量的公式来[2],不同的学者根据当地的实际情况,建立了不同的土壤侵蚀经验模型。
现介绍我国目前主要的侵蚀产沙经验模型。
1.1坡面侵蚀产沙经验模型坡面经验模型主要参考或直接利用USLE的基本形式,结合我国当地的地貌特征,然后根据我国的观测资料,计算土壤侵蚀的各影响值。
关于各侵蚀因子的定量研究,比较成熟的是降雨径流因子、地形(坡度、坡长)因子的研究,植被因子和水土保持因子的系统研究较少。
在这些模型中,比较有代表性的是江忠善[2]和刘宝元[4]的经验侵蚀模型。
江忠善[3](1996)以沟间地裸露地基准状态坡面土壤侵蚀模型基础,将浅沟侵蚀影响以修正系数的方式进行处理,建立了计算沟间地次降雨侵蚀产沙量的方程式:A=aKP0.999I2.63730S0.88L0.286GVC式中:A为次降雨侵蚀量;a为系数、无量纲;K为士壤因子系数;P为降雨量;I30为次降雨过程中30分钟最大降雨强度;S为坡度;L为坡长;G为浅沟侵蚀影响系数,当坡面无浅沟侵蚀时,G=1;V为植被影响系数;C为水土保持措施影响系数。
对于裸露坡面、V和C皆为1。
该模型同以往模型相比,一是模型结构符合黄土丘陵区地貌特点,考虑了黄土坡面特有的浅沟侵蚀类型。
二是应用地理信息系统软件建立空间水土流失数据库,实现了侵蚀预报模型与GIS相结合。
由于模型模拟面积有限,因此在模型的推广应用时,需要一系列参数体系的修正,才能保证模型在外延时的正确性。
刘宝元[4](2001)建立了中国土壤流失方程(CSLE——Chinese Soil Loss Equation),可以用于计算坡面上多年平均年土壤流失量,此模型确立了一个中国土壤侵蚀预报模型的基本形式,形式简单实用。
容易在不同地区推广应用,其基本形式为:A=RKLSBETA是坡面上多年平均年土壤流失量(吨(公顷-1·年-1);R是降雨侵蚀力(兆焦耳(毫米(公顷-1·小时-1·年-1);K是土壤可蚀性(吨(公顷(小时(公顷-1·兆焦耳-1·毫米-1);L是地形的坡长因子(无量纲单位);S是地形的坡度因子(无量纲单位);B是水土保持的生物措施因子(无量纲单位);E是水土保持的工程措施因子(无量纲单位);T是水土保持的耕作措施因子(无量纲单位)。
全国性CSLE模型建立和应用的关键在于以下四个方面:资料标准的统一、修正;不同区域各因子的修正体系的确立;模型在不同区域流域内的验证;新技术RS、GIS在实际预测中的应用等。
但此模型也只能适用于缓坡地,对浅沟、切沟侵蚀等一些侵蚀方式没有考虑;同时,由于一些因子的标准在不同地区的差异,模型的推广也受到一定的限制。
1.2流域侵蚀产沙经验模型流域侵蚀产沙经验统计模型中,由于试验观测资料的差异,模型中所考虑的影响土壤侵蚀的影响因素也有所不同,但主要从水文、气象、下垫面因素考虑。
水文气象因子包括降雨量、径流量等;下垫面因子包括流域几何特征、地貌特征、土壤特征、植被与土地利用、水土保持措施等。
比较有代表性的流域侵蚀产沙经验模型主要有以下4个:江忠善[5](1980)根据黄土高原羊道沟、团山沟、吕二沟等10个小流域(集水面积0.18～187km2)资料,得到次暴雨流域产沙公式,主要参数有流域坡降、土壤可蚀性因子、植被作用系数,建立了产沙与径流的非线性关系式;此模型最大的不足是在不同集水面积的流域侵蚀产沙计算中,缺乏对泥沙输移过程的考虑,同时将侵蚀产沙关系式采用从坡面到流域之间的简单外延,忽略了流域侵蚀产沙的空间尺度变异规律。
范瑞瑜[6](1985)建立了黄河中游地区小流域土壤侵蚀预报模型,此模型探讨了不同地区小流域自然及人为因素间影响流失量的有关参变数,经统计分析,选取了下列有关因子:1)降雨影响侵蚀因子(R); 2)土壤可蚀性指标(K); 3)流域平均坡度(J); 4)植被影响侵蚀系数(C); 5)工程措施影响侵蚀系数(P)。
模型结构简单明了,实用性强。
但此模型在以下几个方面存在不足:在针对黄河中游地区小流域土壤侵蚀预报计算中,采用平均雨强及降雨年侵蚀力的方法概化了黄河中游地区高强度短历时暴雨在年侵蚀产沙中的重要作用,在实际预测中精度会受到影响。
采用流域平均坡度作为地形因子的测算依据,在黄土高原复杂的地貌条件下仍存在较多问题,不能很好反映流域的沟壑密度,这一点将直接影响模型的预测效果。
金争平[7](1991)通过对影响小流域侵蚀产沙的17个因子进行统计分析,找出影响皇甫川区小流域土壤侵蚀的主导因子,以主导因子建立适用于不同条件的若干泥沙预报方程。
此预报方程综合考虑了影响小流域侵蚀产沙的各个因子,但其适用范围只能在皇甫川流域,对泥沙侵蚀规律和定量预报方面还不够理想。
模型对于近年来在黄土高原地区进行的大规模水土流失治理的工程措施缺少考虑,使得模型较难实际推广应用。
李钜章[8](1999)利用黄河中游不同区域具有大量淤地坝的条件,再通过侵蚀影响因素机理的分析、在侵蚀形态类型区的划分等基础上探讨侵蚀变权模型。
首先选择了155个“闷葫芦”淤地坝,采集每个坝的平均淤积量,以及相应流域的侵蚀产沙影响因素:植被盖度、降雨量、沟谷密度、切割深度、地表组成物质、>15°的坡耕地面积比等资料,采用变权形式,建立侵蚀强度宏观估算模型。
最后用年降水量与年输沙量的关系对模型进行改进,得到了适用于多沙区粗沙区的侵蚀量计算模型。
此模型采用的是淤地坝资料,仅能反映多年平均状态,不能反映年际侵蚀与降雨的变化对侵蚀的影响,更不能反映单次暴雨对侵蚀的影响。
除了上述经验模型外,孙立达[9],杨艳生[10],周伏建[11],陈法扬[12],周佩华[13]等人也提出了相应的经验侵蚀产沙模型。
这些模型都是对分析影响侵蚀产沙的因素,结合当地的条件,采用数理统计的方法分析得到的。
如在江忠善的侵蚀模型里,将浅沟侵蚀影响以修正系数的方式代到USLE方程中;而刘宝元则将USLE中的作物和水土保持措施两大因子变为三大措施因子,即生物、工程和水土保持耕作措施三大因子。