7 通用土壤流失方程的计算
浅谈通用土壤流失方程(A=RKLSCP)在水保施工工程的应用
浅谈通用土壤流失方程（A=RKLSCP）在水保施工工程的应用通过浅谈通用土壤流失方程（A=RKLSCP）分析，应用这个方程，可以预报在一定的土地利用和经营条件下一定坡度的耕地上单位面积年平均土壤侵蚀量，也可有反向应用，先确定的允许侵蚀量设计合适的水土保持措施。
标签：土壤流失方程；水保；应用目前世界通用的土壤流失方程是A=RKLSCP，这个通用土壤流失方程就是目前美国和其他一些国家应用最广泛的估算土壤水蚀量的通用数学模式，这个经验公式是由维希迈尔在总结四十多年的实验资料的基础上，于1961年提出的，只要把六个因子值连乘就可以得出指定地块的土壤流失量。
可谓相当简单，然而十分重要的是它吧土壤侵蚀过程定量化了，通用土壤流失方程数学表达式是A=RKLSCP，式中：A——单位面积多年平均土壤流失量（吨/公顷）R——降水侵蚀力指数（或称降水因子），等于单位降水侵蚀指标值，以100焦耳-厘米/平方米—小时计，一般是用最大30分钟降水强度与降水总能量的乘积表示的；K——土壤可蚀性因子，对于一定土壤，等于小区上单位降雨侵蚀指标的土壤流失率。
标准小区是人为选的，在美国，选用22.21米（72.6英尺）坡长、5.16（9%）均匀坡度的连续休闲地作为标准小区；L——坡长因子，；S——坡度因子，在实际计算中常将L和S合成一个地形因子，以LS表示C——植被与经营管理因子，P——水土保持措施因子。
根据黑龙江省水保所研究成果，土壤侵蚀模数运用“黑龙江省土壤流失方程”进行计算（公式A=RKLSCP）。
以地理信息平台ArcGIS为集成环境，逐地块提取侵蚀图斑背景要素（面积、坡度、植被、土地利用、土壤），纳入黑龙江省土壤流失方程对侵蚀模数进行数学推导。
本文以牡丹江阳明区磨刀石镇红林小流域为例，来全面预报在一定的土地利用和经营条件下一定坡度的耕地上单位面积年平均土壤侵蚀量经计算，全工程区土壤侵蚀模数为2900 t/km2·a，依据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）的规定，全区水土流失强度属强度侵蚀典型地块情况[1] 示范地块：172号坡度8°。
7 通用土壤流失方程的计算
实验18 基于栅格建模的通用土壤流失方程的建立一、实验目的1.了解通用土壤流失公式的物理含义；2.熟悉栅格数据多层面叠合分析的基本原理；3.掌握使用ArcGIS叠置分析功能建立通用土壤流失公式模拟土壤侵蚀过程的方法。
二、实验背景土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。
土壤侵蚀的过程实际和水分同时流失的过程，即水土流失过程，二者基本上是一致的。
它是自然和人为因素综合作用的结果。
如今，土壤侵蚀已成为世界普遍关注的重大环境问题之一,它加剧淤积、干旱、洪涝等自然灾害,引起土地生产力下降,严重地威胁着人类的生存和发展。
因此，土壤侵蚀预测是进行有效水土保持工作的前提。
在这样的背景下，通用土壤流失方程应运而生。
通用土壤流失方程USLE (Universal Soil Loss Equation，USLE) 是美国研制的用于定量预报农地或草地坡面多年平均年土壤流失量的一个经验性土壤侵蚀预报模型,其数学表达式是一系列变量相乘的方程形式。
其基本形式为：A=R·K·LS·C·P式中：A——单位面积上的土壤流失量，主要指降雨及其径流使坡面上出现细沟或细沟间侵蚀所形成的多年平均土壤流失量, 单位为：tons/acre/year)；R——降雨侵蚀力因子（rainfall-runoff erosivity factor），用多年平均年降雨侵蚀力指数表示，单位为；MJ·mm·hm-2·h-1·a-1K——土壤可蚀性因子（soil erodility factor）；LS——地形因子（topological factor）；C——植被与作物管理因子（cover-management factor）；P——土壤保持措施因子（supporting practices factor）。
通用土壤流失方程可以帮助人们认识不同的自然条件、农业活动和水土保持措施下的土壤流失量平均有多大, 从而指导决策者制定可行的土地利用政策,以尽可能减少土壤流失。
通用土壤流失方程
通用土壤流失方程通用土壤流失方程是用来描述土壤流失过程的方程，它可以帮助我们理解和预测土壤流失的情况。
土壤流失是指土壤中的有机质、养分和微生物通过水流或风力的作用从土壤表层被带走的现象。
土壤流失对农业生产和环境保护都有重要影响，因此研究土壤流失方程对于保护土壤资源和可持续发展具有重要意义。
通用土壤流失方程是基于流体力学原理和土壤力学原理建立的，它包含了土壤流失的各种影响因素和作用机制。
通常情况下，土壤流失可以分为水流侵蚀和风蚀两种类型。
水流侵蚀是指土壤被水流冲刷带走的过程，而风蚀则是指土壤被风力吹拂带走的过程。
通用土壤流失方程可以分别描述这两种类型的土壤流失情况。
对于水流侵蚀，通用土壤流失方程可以表示为：So = R * K * LS * C * P其中，So是土壤流失量，单位为吨/公顷；R是降雨量，单位为毫米；K是水动力侵蚀因子，反映了水流对土壤侵蚀的能力；LS是坡长坡度因子，反映了坡度和坡长对土壤流失的影响；C是土壤侵蚀因子，反映了土壤的抗侵蚀性能；P是土壤保持措施因子，反映了采取不同土壤保持措施对土壤流失的影响。
对于风蚀，通用土壤流失方程可以表示为：So = R * K * LS * C * V其中，So是土壤流失量，单位为吨/公顷；R是风速，单位为米/秒；K是土壤侵蚀因子，反映了风力对土壤侵蚀的能力；LS是坡长坡度因子，反映了坡度和坡长对土壤流失的影响；C是土壤侵蚀因子，反映了土壤的抗侵蚀性能；V是植被覆盖度因子，反映了植被覆盖对土壤流失的影响。
通用土壤流失方程可以帮助我们预测不同条件下土壤流失的情况，从而指导我们采取相应的土壤保护措施。
例如，在农田水土保持中，可以通过调整农田的坡度和坡长来减少土壤流失的发生，同时可以选择适当的土壤保持措施来提高土壤的抗侵蚀性能。
在草地建设中，可以通过增加植被覆盖度来减少土壤流失的发生。
通过应用通用土壤流失方程，我们可以更好地保护土壤资源，维护生态平衡。
美国农业部通用土壤流失方程式
美国农业部通用土壤流失方程式（USLE ）其表达式为： A ＝0.224RKLSCP式中：A — 土壤流失量（kg/m 2·年）； R — 降雨侵蚀力因子； K — 土壤可蚀性因子； L — 坡长因子S — 坡度因子：C — 植被覆盖因子； P — 土壤侵蚀控制因子； 上式各因子的物理定义为：降雨侵蚀力因子R 等于在预测期内全部降雨侵蚀指数的总和，R 值计算采用Wi shmeier 的EIx 指数法。
其对单次降雨R 值的计算公式为：① R ：对于一次暴雨来说，其计算公式为： R=I ·[(2.29+1.15lgx)·Di]式中：I ——降雨过程中的时间历时（h ）； Di ——时间历时I 的降雨量（cm ）；I ——此次暴雨强度中强度最大的30分钟的降雨强度（cm/h ）；X ——为降雨强度降雨强度（cm/h ）。
②对于一年的降雨，若缺乏降雨强度和降雨历时资料，可根据当地的气象资料：当地多年平均年降雨量及各月平均降雨量，采用Wischmeiet 经验公式计算：()[]∑=-⨯=1218188.0/5.1210735.1i p piLg R式中：P ——年降雨量（mm）；P i ——月平均降雨量（mm）。
②K：是指一种土壤对侵蚀的敏感性，土壤最准确的K值应在标准径流小区直接测得。
但许多研究表明，土壤K值和土壤本身固有的性质具有密切关系，主要与土壤质地、有机质含量、土壤结构和土壤渗透级别等因素有关，可通过采用分析土壤质地、有机质含量两项因素、并参照有关土壤可蚀因子统计参数和工程情况确定（见表7-1）。
在工程土壤松散，结构破坏的情况下，土壤可蚀性变化大，上述K值应以相应的工程系数进行调整。
③LS：地形因子主要包括坡度和坡长因子。
坡度和坡长是同时共同对土壤侵蚀和流失产生影响，因而统称为地形因子。
地形因子是地表径流长度与坡度的函数，其计算公式如下：LS=（L/22.13）m·（0.065+0.045S+0.0065S2）式中：L：侵蚀坡面的坡长（米）；S：坡度（%）；m：指数；指数m现行推荐值为:m =0.5 坡度≥5% ；m =0.4 5% > 坡度> 3%；m =0.3 3% > 坡度≥1%；m =0.2 坡度< 1%；表7-1 不同土壤质地有机质含量（%）的K值④C：植被因子C是地表覆盖情况对土壤侵蚀的影响。
(完整版)第四章通用水土流失方程
I30=(2.2mm/30min)×2=0.44cm/h 乘，得将该该次次降降雨雨的总R量值E=如σ下���������:���=150.65(J/m²)和I30=0.44cn/h相
R=E总×I30×1/100=150.65×0.44×1/100=0.663 若将某一时期内的所有降雨侵蚀力R值相加，即可得
R=EI30=σ ������������������30 式中R——降雨侵蚀力(J∙cm/m²∙h)
E——一次暴雨的总动能(J/m²)
I30——该次降雨中，连续30min最大降雨强度(cm/h) Ei——一次降雨过程中某时段降雨量产生的功能。
为数字上处理方便，实际应用中常把EI30缩小100倍。即 R= EI30× 1
二、与通用土壤流失方程有关的几个问题
通用土壤流失方程介绍到我国的时间不长，国内对它 的研究和应用时间更短。加之它又是一个以实验数据为基 础的经验性方程，而我国与美国在作物种植管理、降雨类 型等因子上存在着一些差异，因此，有必要就有关问题做 一阐述。 1.通用土壤流失方程的适用范围
通用土壤流失方程主要用于农地上由水所引起的土壤 侵蚀(片蚀和细沟侵蚀)，计算结果只表示多年平均土壤流 失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土 壤流失量。因为降雨本身年际变幅很大，而由此引起的土 壤流失量在年际上的变化也就相当可观了。近年来随着研 究的深入，通用土壤流失方程逐渐被推广应用于计算林地 和牧草地由水引起的土壤侵蚀量。
第二节 通用土壤流失方程中诸因子 值的确定
通用土壤流失方程中各因子参数的确定均要求 对监测区的相关地理要素进行详尽分析，所以引用 RUSLE的关键在于对各相关因子的科学计算或测试。 现将方程式中各因子值的确定方法分述如下：
一、降雨侵蚀力因子(R)
土壤侵蚀量估算
1 土壤侵蚀量计算模型关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。
由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。
“通用土壤流失方程式”的形式如下：⨯⨯⨯A⨯⨯=1-1SPCLRK式中：A——土壤流失量（吨∕公顷·年）R——降雨侵蚀力指标；K——土壤可蚀性因子。
它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。
其单位是，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量；L——坡长因子。
当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值；S——坡度因子。
当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值；C——作物经营因子。
为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值；P——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。
当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。
2 模型中各参数确定依据降雨侵蚀力指标R值的确定R值的确定有以下三种途径：（1）R值的经典算法：美国学者威斯奇迈尔和史密斯（1985年）利用美国35个土壤保持试验站8250个休闲小区的降雨侵蚀资料统计得出R指标与降雨动能E及最大30分钟降雨强度I 30的经验关系，计算式如下：∑•=30I E R 1-2（2）R 值的简易计算：上式在实际应用中，计算降雨动能E 需要降雨过程，其计算是件繁杂的事情，故R 值简易计算的关键在于寻求一个通过常规降雨资料就可得到的参数，并建立它与R 值的经典算法的关系，省去动能E 的计算。
土壤侵蚀量估算
C 值等于 1.0； C 值按表 2 求
地面覆盖度（ %） 草地 灌木
乔灌混交 茂密森林
表 2 作物经营因子 C 值表
不同植被覆盖的 C值
0
20
40
0.450
0.240
0.150
0.400 0.390
0.220 0.200
0.140 0.110
0.100
0.080
0.060
60 0.090 0.085 0.060 0.020
中国不同措施 P 值
坡度（ｏ)
等高带状耕作草田带状间作水平来自田水平沟等高垄作
<5
0.3
0.1
0.01
0.1
5— 10
0.5
0.1
0.03
0.05
0.1
>10
0.6
0.2
0.1
0.3
3 土壤多年平均侵蚀量估算
算例：利用上述计算模型，选取鄂东—安徽段几个典型水毁在灾害点，估算其多年平 均土壤侵蚀量，并对管道安全风险作评价。
其单位是，
L ——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（ 流失量的比值；
22.1 米）土壤
S——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（ 失量的比值；
9%）上土壤流
C——作物经营因子。 为土壤流失量与标准处理地块 （经过犁翻而没有遮蔽的休 闲地）上土壤流失量之比值；
P——土壤保持措施因子， 有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持 措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
0.36
5.41
0.31
1
0.3
1
184
655.9
0.36
土壤流失量计算公式
土壤流失量计算公式土壤流失可是个大问题，它不仅会影响土地的肥力，还可能引发一系列的环境问题。
而要搞清楚土壤流失的情况，咱们就得依靠一些计算公式。
先来说说通用土壤流失方程（USLE），这在研究土壤流失量时经常被用到。
它的公式是：A = R×K×LS×C×P 。
这里的 A 代表的是土壤流失量，R 是降雨侵蚀力因子，K 是土壤可蚀性因子，LS 是坡长坡度因子，C 是作物管理因子，P 是水土保持措施因子。
比如说，我之前去一个小山村调研，那里的山坡地种满了庄稼。
我发现，同样的降雨条件下，坡长较长、坡度较陡的地块，土壤流失明显更严重。
这就很直观地体现了坡长坡度因子（LS）的作用。
再来讲讲修正通用土壤流失方程（RUSLE），它在通用土壤流失方程的基础上进行了改进。
公式变成了：A = R×K×LS×C×P×E 。
这里多出来的 E 是侵蚀控制实践因子。
给您举个例子，在一个果园里，果农采用了不同的管理方式。
有的果农定期除草、整土，还修了一些小的挡土墙，他们果园的土壤流失量就相对较少。
而那些管理比较粗放的果园，土壤流失就严重一些。
这就说明了作物管理因子（C）和水土保持措施因子（P）的重要性。
还有一些其他的计算公式，比如风蚀方程等等。
但不管是哪种公式，都是为了帮助我们更准确地了解土壤流失的情况，从而采取有效的措施来保护土壤。
总之，这些土壤流失量计算公式就像是我们了解土壤“健康状况”的工具。
通过它们，我们能更好地制定保护土壤的策略，让土地更肥沃，为咱们的农业生产和生态环境保驾护航！。
通用土壤流失公式UniversalSoilLossEquationUSLE
前言
文獻回顧
材料與方法
預期成果
典型表土之土壤沖蝕指數概略值
土壤質地 粘土、粘壤土、壤土、坋質壤土 細砂壤土、壤質極細砂土、砂壤土 壤質細砂土、壤質砂土 砂土 坋質壤土、坋質粘壤土、極細砂壤土
Km值(公制) 0.042 0.032 0.022 0.020 0.04
(資料來源：SCS，1978)
前言
前言
文獻回顧
材料與方法
預期成果
研究地區
本研究以石門水庫上游集水 區為試區。石門水庫位於桃 園縣境淡水河最大支流大漢 溪上，而其行政區跨桃園縣 大溪鎮、龍潭鄉、復興鄉， 新竹縣關西鎮、尖石鄉、五 峰鄉及宜蘭縣大同鄉。石門 水庫上游集水區由石門水庫 庫區、三光溪集水區、玉峰 集水區、白石集水區及泰崗 集水區五大子集水區組成。
文獻回顧
材料與方法
預期成果
萬鑫森，黃俊義(1981,1983)，估算台பைடு நூலகம்西北部及南 部坡地土壤沖蝕指數和土壤流失量，將K值分成三 個等級：低蝕性土壤(K<0.2)、中蝕性土壤 (K=0.20.4)及高蝕性土壤(K>0.4)。
黃俊義(1986)，研究台灣坡地土壤沖蝕及流失量之 推估，亦將K值分為三級；在台灣各地137處取樣地 點發現土壤流失嚴重，共有87處高於其土壤容許流 失量。
國內目前最常使用的沖蝕預估模式為通用土壤流失 公式(USLE, Universal Soil Loss Equation) 。
前言
文獻回顧
材料與方法
預期成果
土壤沖蝕性指數（soil erodibility factor）Km為土壤 抵抗沖蝕之分離及搬運作用能力高低的一種量化指 標，在研究上，田間實驗使用自然降雨或人工降雨 在標準試區下（水平投影坡長22.13m、坡度9％且連 續休耕兩年或兩年以上的均勻坡地）實驗所得之單 位降雨沖蝕指數的土壤流失量，稱為土壤的沖蝕性 指數（吳嘉俊等，1996）。
第四章 通用水土流失方程
(4)土壤渗透性根据浸透速度的大小，分为快、中快、 中、中慢、慢、特慢等六级，由田间或实验室测定到。 根据诺谟图查K值的步骤是： 从左边粉粒+粘粒的坐标值查起，然后找相应的 表示砂粒、有机质百分数线，以及土壤结构和渗透性 的线，依次内插各曲线。例如：粉粒+粘粒的含量为 65%，砂粒含量为5%，有机质含量2.8%，土壤结构为2， 渗透性为4。由此而查得k=0.41。我国的黄土性质与美 国相差不多，K值一般在0.35～0.45之间，平均为0.40， 可参照以上方法求得。 在没有大量外业本区观测资料的情况下，要很精 确地计算出不同土壤的可蚀性K值是不可能的。因此， 目前国内外正在对这方面做进一步的研究。 目前，美国根据外业观察资料通过整理计算和比 较，将常见土壤类型可蚀性因子K值制成表(表4-2)，供 实际中应用。
二、与通用土壤流失方程有关的几个问题
通用土壤流失方程介绍到我国的时间不长，国内对它 的研究和应用时间更短。加之它又是一个以实验数据为基 础的经验性方程，而我国与美国在作物种植管理、降雨类 型等因子上存在着一些差异，因此，有必要就有关问题做 一阐述。 1.通用土壤流失方程的适用范围 通用土壤流失方程主要用于农地上由水所引起的土壤 侵蚀(片蚀和细沟侵蚀)，计算结果只表示多年平均土壤流 失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土 壤流失量。因为降雨本身年际变幅很大，而由此引起的土 壤流失量在年际上的变化也就相当可观了。近年来随着研 究的深入，通用土壤流失方程逐渐被推广应用于计算林地 和牧草地由水引起的土壤侵蚀量。
• S——坡度因子，当其他条件相同时，实际坡度与标 准小区坡度上土壤流失量的比值。实际计算中常将L 和S合成一个地形因子，以LS表示， • C——作物经营因子，为种植作物地块上的土壤流失 量与标准处理地块(经过犁翻而没有遮蔽的休闲地) 上土壤流失量的比值 • P——水土保持措施因子，有水土保持措施地块上的 土壤流失量与没有水土保持措施小区(顺坡犁耕的坡 地)上土壤流失量的比值。 应该指出，通用土壤流失方程是以大量实验数据 为基础的经验性方程。因此只有根据本地区具体条件 和情况，通过长期观察的资料，推导出方程式中各因 子值和其变动范围，以及它们之间的相关关系，才能 应用到本地的实践中去。
水土保持措施
沟垄耕作
概念
在坡耕地上沿等高线开沟起 垄并种植作物，以蓄水、保 土的农业耕作方法。
作用
➢沟垄耕作改变了坡地小地形，增加了地面粗糙度； ➢使地面受雨面积增大，减少了单位面积上的受雨量； ➢使土壤贮存水分的容量增加，减少了径流量和冲刷量，减少 了土壤养分的流失，有较好的保水、保土保肥和增产的效果。
区田
（二） 沟道治理工程
谷坊类型 土谷坊
用土料筑成的小土坝。
石谷坊
用石料筑成的小石坝。
柳谷坊
生物谷坊，把植物措施和工程措施结合在一起的
谷坊。
（二） 沟道治理工程
2 小型水库
按国家规定标准，库容100
万-1000万立方米的叫小Ⅰ 型水库，库容10万-100万 立方米的叫小Ⅱ型水库。
小型水库的组成 挡水坝 溢洪道 放水建筑物
短带与均匀分布的灌木丛结合 沿等高线短带状配置 配置护牧林 营造放牧林
复合林牧护坡林
树种特点
适应性强，耐干旱、瘠薄。 适口性好 营养价值高 生长迅速 萌蘖力强 除作为饲料树种外，同时具有其他经济效益如
薪材、蜜源、编制等。
梯田埂坎防护林
配置特点
梯田地坎上栽植灌木 梯田地坎上栽植乔木或果树 梯田地坎可采用乔灌行内混交
1 谷坊
又称防冲坝、沙土坝，是水土流失地区沟道治理山洪与泥
石流的一种工程措施。坝高3-5米，拦沙量<1000立方米， 以节流固床、护坡为主。
谷坊的作用 抬高沟底侵蚀基点，防止沟底下切和沟岸扩张，并使沟
道坡度变缓。
拦蓄泥沙，减少输入河川的固体径流量。 减缓沟道水流速度，减轻下游山洪危害。 坚固的永久性谷坊群有防治泥石流的作用。 使沟道逐段淤平，形成可利用的坝阶地。
第四章 通用水土流失方程PPT课件
一、降雨侵蚀力因子(R)••源自•自记雨量计•
R值是根据降雨资料推求的，所以据此可 以编绘出全国各地区(有降雨资料的地方)侵蚀 力R的等值线图。我们国家也做了这方面的工
作，中国科学院、水利部采用分析雨量分布 的方法，以一次降雨最大30min降雨强度(I30) 作为强度指标，绘制了全国R值等值线图(图42)。
A=R×K×L×S×C×P
式中A——单位面积多年平均土壤流失量 (t/hm2);
•R——降雨侵蚀力指数(或称降雨因子)，以 100J·cm/m²·h计
•S——坡度因子，当其他条件相同时，实际坡 度与标准小区坡度上土壤流失量的比值。实 际计算中常将L和S合成一个地形因子，以LS表 示，
•C——作物经营因子，为种植作物地块上的土 壤流失量与标准处理地块(经过犁翻而没有遮 蔽的休闲地)上土壤流失量的比值
(2)利用土壤流失方程制定水土保持规划
水土保持的重要任务是预防和治理水土 流失，制定最佳的水土保持措施。土壤流失 方程能较科学地提出防与治的有效措施。对 于任何一块作物地，知道了R、K、L、S、C、
3.允许侵蚀极限(Acceptable Limits of Erosion)
在土壤侵蚀中，侵蚀的标准是什么?也 就是说，哪些侵蚀是可为人们所接受的?哪 些侵蚀是人们不允许的?土壤保持工作的目 的就是使土地永续的利用下去，而不致发 生退化。当土壤的流失速度不超过其形成 速度时就能够达到这一目的。
1.通用土壤流失方程的适用范围 通用土壤流失方程主要用于农地上由水
所引起的土壤侵蚀(片蚀和细沟侵蚀)，计算结 果只表示多年平均土壤流失量，而不能够代
2.通用土壤流失方程的主要用途
(1)预报单位面积上多年平均土壤流失数量
若方程右边的6个因子值都已确定，即地 块内的降雨侵蚀力、土壤类型、坡长、坡度、 作物管理情况、地块内的土壤保持措施都已 知，它们相乘后，就得出在此特定条件下所 预报的平均土壤流失量。
通用土壤流失方程(USLE)
K-----土壤课蚀性因子，标准小区上单位降雨侵蚀指标的土壤流失率
L----- 坡长因子；
S ----坡度因子，等于其它条件相同时实际坡度与9%坡度相比土壤流失比值；由于L和S因子经常影响土壤流失，因此，称LS为地形因子，以示其综合效应；
C---- 植被覆盖和经营管理因子，等于其它条件相同时，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之比；
P---- 水土保持措施因子，等于其它条件相同时实行等高耕作，等高带状种植或修地埂、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之比。
通用土壤流失方程(USLE)
是表示坡地土壤流失量与其主要影响因子间的定量关系的侵蚀数学模型。通用土壤流失方程用于计算在一定耕作方式和经营管理制度下，因面蚀产生的年平均土壤流失量。其表达式为：
A=R*K*L*S*C*P
式中：A-----任一坡耕地在特定的降雨、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/ha
土壤流失方程
土壤分散率：土壤在水浸泡下分散难易程度。 其越大，土壤越容易被侵蚀。
水散粉沙粒含量 水散粘粒含量 分散率＝ × 100％ 粉沙粒含量 粘粒含量
其值在5.2％～15％之间的为耐侵蚀的土壤， 在15％～66％之间的为易侵蚀土壤。
土壤侵蚀率：反映土壤的耐侵蚀性程度。米 德尔顿（Middleton，1930）
RUSLE是在USLE基础上发展起来的，模型的基本 形式未变，只是对参数的取值方法作了修订。 RUSLE通过对土壤侵蚀有关的降雨侵蚀力、土壤 可蚀性、地形和土地利用4项因子的量化，由式 A=RKLSCP估算平均年土壤侵蚀量。美国农业部 自然资源保持局（the SUDA Natural Resource Conservation Service）已经模型软件化，目前 的软件名称称为Rusle2.0，该模型用C++语言编 写而成，运行环境为Windows操作系统。模型中 自带数据库包括美国各地的降雨、土壤和作物数据， 美国的使用者只需做适当的选择，输入当地的地形 资料即可及时得到侵蚀预测结果。外国用户在使用 时，则需输入气候、土壤、植被和地形等资料。
WEPP的输入文件主要有气象数据文件、坡 面数据文件、土壤数据文件和作物与管理数 据文件。 可以输出整个流域以及流域的每一个单元的 泥沙输移比、泥沙沉积量、不同地表状况指 标和泥沙颗粒粒径的分布等流域径流和侵蚀 的主要信息。WEPP模型还可以输出与降雨 过程相关的图表和曲线，并输出土壤、植被、 水分平衡、作物及冬季过程等相关数据。
总之（唐克丽），美国的通用土壤流失方程 （USLE），或其修正方程（RUSLE），即是反映 美国坡耕地水土流失实际情况下的各项参数及侵蚀 量的预报。美国的科学家曾希望在中国推行该方程 的应用，但当他们通过在中国实地考察后，不再提 USLE在中国的推广应用，却热衷于收集中国大量 径流小区的实测数据，用以丰富和补充他们正在研 究的WEPP模型。自20世纪80年代以来，我国不 少学者曾企图以USLE为模式，应用于中国坡耕地 水土流失的预报，就建立各项参数进行了大量的研 究，但至今尚未正式建立适用于我国坡耕地的水土 流失预报模型。
土壤流失方程
土壤流失方程是用来计算土壤流失量的数学公式，常用于土地资源管理和水土保持规划。
其中，美国农业部（USDA）所提出的通用土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation, USLE）是最为广泛使用的一种土壤流失方程。
USLE方程如下：
A = R* K * LS * C * P
其中，
A表示土壤流失量（单位：吨/公顷/年）；
R表示降雨侵蚀力因子，即单位时间内的降雨能够冲刷掉的土壤量，其大小与降雨强度、降雨量、地形等因素有关；
K表示抗侵蚀力因子，即土壤的抗冲蚀能力，其大小与土壤类型、植被覆盖度、土地利用方式等因素有关；
LS表示坡面长度和坡度因子，即坡面长度和坡度对土壤流失的影响因子；
C表示覆盖和管理因子，即土地利用方式、耕作方式、植被覆盖度等因素对土壤流失的影响因子；
P表示支持措施因子，即采取的水土保持措施对土壤流失的影响因子。
通过计算USLE方程，可以估算出不同场地、不同土地利用方式下的土壤流失量，从而为制定水土保持措施提供科学依据。
最新土壤侵蚀量计算模型
土壤侵蚀量计算模型关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。
由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。
“通用土壤流失方程式”的形式如下：⨯⨯⨯A⨯⨯=1-1SPCLRK式中：A——土壤流失量（吨∕公顷·年）R——降雨侵蚀力指标；K——土壤可蚀性因子。
它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。
其单位是，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量；L——坡长因子。
当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值；S——坡度因子。
当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值；C——作物经营因子。
为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值；P——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。
当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。
1、《论语》十则 (七上)子曰：“学而时习之，不亦说乎？有朋自远方来，不亦乐乎？人不知而不愠，不亦君子乎？”曾子曰：“吾日三省吾身：为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？”子曰：“温故而知新，可以为师矣。
”子曰：“学而不思则罔，思而不学则殆。
通用土壤流失方程
通用土壤流失方程[z]LE方程A=R·K·L·S·C·P通常将L、S合并为LS考虑。
2.降雨侵蚀力因子R(1)Wischmeier经验公式R=Σ 1.735×10**[1.5·lg(Pi/P)－0.8188]式中：R－降雨侵蚀力，100ft·t·in／(ac·h)；Pi－各月平均降雨量(mm)；P－年平均降雨量(mm)。
(2)年R值的估算（王万忠、焦菊英，1996）R=0.207(P·I60/100)**1.205式中：R－年降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－年最大60min降雨量(mm)。
(3)多年平均R值的估算（王万忠、焦菊英，1995—1996）R=0.009 P**0.564· I60**1.155· I144**00.560式中：R－多年平均降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm**2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－平均年最大60min降雨量(mm)；I1440－平均年最大1440min降雨量(mm)。
注1：王万忠、焦菊英、陈法扬等已绘制了全国降雨侵蚀力R等值线图（《水土保持学报》1995、《土壤侵蚀与水土保持学报》1996）。
上述降雨侵蚀力因子R计算式是王万忠、焦菊英、陈法扬等在绘制全国降雨侵蚀力R 等值线图时，全国协作，综合了南方南昌水专研究的广东、福建、江西等省、西北水保所研究的陕西、甘肃、东北黑龙江水保部门研究的黑龙江省等地区的综合成果，得出的，当在全国各水蚀区适用。
3.土壤可蚀性因子KWischmeier等的方法根据土壤质地、土壤有机质百分含量、土壤结构、土壤透水性等几个主要因子，查土壤可蚀性因子诺谟图。
4.坡长因子L经典计算公式（Wischmeier和Smith，1978）L=(λ/22.13)**m式中：L－坡长因子；m－坡长指数，可采用计算式（Fostre等，1977）m=β/(1+β)其中，β可采用计算式（McCool等，1989）β=(sinθ/0.0896)/[3.0(sinθ)**0.8+0.56]式中：θ－坡度。
浅谈水土流失预测的常用计算方法
学 术 论 坛
浅谈水土流失预测的常用计算方法
张敏亨 〔 浙江省乐清市雁荡镇农业技术服务站
浙江乐清
325613 )
摘 要: 水土流失预测方法常用的有通用土壤流失方程法、类比法、分类分级法、流失系数法等。我省由于各地方自然条件、地 这将直接影响到水土流 理环境等存在很大差异， 采用各种预测方法对水土流失进行预测时， 必须确定该方法是最符合本地区实际情况的， 失量数据的精确性， 因此对预测方法和计算公式的选择至关重要。 关键词: 水土流失 预测 计算公式 侵蚀模数 文章编号: 1672一 1(2007) 12(b 卜0244 一 1 379 0 文 献标 识码 : A 中图分类号: X 6 5
06 一0 . 6 。
(6 土壤保持措施因子 P ) 主要反映地表的处理状况， 如压平、压 实及其它构筑物对土壤侵蚀的影响。施工场 地地表被破坏无防护措施时， = 1 . 0 ; 完工 P
244
(1 使用通用土壤流失方程式时， ) 必须具备 相应的试验资料。由于我市没有实验观测资 料， 在水土流失观测、实验、研究方法和代 表性方面还难以满足土壤侵蚀预报方程的运 段( a ) 。 用， 特别是大范围的运用， 方程中所需参数缺 当A > 1 时， 与开挖、扰动、破坏地表 因此预测结果的准确性还 的具体情况有关， 在无实测或试验资料的情况 乏扎实的科学基础 ， 经不起推敲， 操作性比较差。 下， 可用类比法参考确定。当A= 1 时， 上式 (2)新增的水土流失一般包括两部分: 第 计算出的W等于原地貌的水土流失量。在预 测时段内的不同期间， 加速侵蚀系数A 可以不 一， 施工过程中扰动地表引起的水土流失; 第二， 工程建设过程中， 目区的临时堆土及 项 同， A 应) 1 ， 但 不能< 1 。 渣场弃土造成的水土流失。 1. 3 分类分级法 扰动地表流失量， 根据土地类型分区分类 其计算有两条公式(1一 2)和(1一 ， 3) 环一 1 F ix(油1一 )‘ (卜 进行预测， 艺( 喃1 Ti) 3) 1留 由千加速侵蚀系数比较难确定， 我市的方案编 式中: W 一 扰动地表新增水土流失量，; t 制中通常选择公式(1一 来进行水土流失量的 ) 3 Fi 一 扰动地表面积， mZ; k 计算， 该公式操作性比较强， 简单实用， 是一种 Ms 一 i 不同预测单元扰动后的土壤侵蚀模 值得推广的计算方法。 数，/ k m’ a ; t 弃渣流失量， 必须对各弃渣场分别进行预 Mo 一 i 不同预测单元原生土壤侵蚀模数， 测。在渣场的流失系数确定后， 可以按每年 t / kmZ a ， 的弃渣量直接计算出其流失量， 也可以按弃渣 Ti 一 预测时段 ， 。 a 体流失趋干稳定的年限， 将流失系数合理分配 这个公式中因注意的是Ms 和Mo 取值， 在流失年限的各年中， i i 然后对每年的弃渣量按 Ms 指的是预测单元的年土壤侵蚀模数， i 反映 流失年限与分配的流失系数逐年计出流失 水土流失的动态变化及发展趋势， 是一个动态 量。特别注意的是当渣场渣体流失年限与流 变量指标; 而 M叭 为原生土壤侵蚀模数， 指 失系数的分配值确定后， 无论一年的弃渣， 都 的是预测单元的多年平均侵蚀模数， 是一个相 必须计出流失年限各年的弃渣流失量。弃渣 对恒定的常数， 一般作为侵蚀区土壤侵蚀状况 流失量的计算一般用公式( 1一 ， 4) 采用该式计 的背景值用于反映区域水土流失的严重程 算水土流失量， 能够满足相应的精度要求。 度 。 上述(1一 、1一 、1一 )公式中， 2) ( 3) ( 4 参数 1.4 流失系数法 Ai 、Ms 和a 可采用类比法确定， i 选取地形地 一般用于计算弃渣流失量的预测 ， 计算公 势条件大致相似， 造成新增水土流失影响因子 式 : 基本相同的工程作为类比工程， 且类比工程最 好有较为准确的水土流失监测资料。也可以 用同类地区已有的水土流失资料推算项目 建 1= 1 设前后的水土流失量， 确定年土壤侵蚀模数或 式中: W 一弃堆土流失量(t ; ) 加速侵蚀系数。 51 一 弃土量或临时堆土量(t ); T i 一堆土时间(a ; ) 3 预测时段的选取 1 一工程最终弃土和临时堆土 ; (1)一次性建设项目， 预测时段一般是基本 a 一 流失系 (%)， 即在不采取任何防护措
第二节土壤流失通用方程式一、土壤流失通用方程式二、土壤
不同坡度上水平梯田的田面宽度与田坎高度 （中国水土保持概论）
地面坡度
5
10
15
20
25
田面宽度（米） 20—30 15—20 15—20 10—15 10 左右 田坎高度（米） 2—3 3— 4 4— 6 5— 7 7— 8
确定田坎坡度的一般原则是：
不宜太陡也不宜太缓，太陡了不稳定，容 易坍塌；太缓了田坎占地太多。一般规律是： 土壤含粘粒多的田坎坡度可陡一些，含沙粒 多的田坎坡度则缓一些；田坎上土壤压实程 度好的田坎坡度可陡一些，压实程度差的田 坎坡度则缓上些；土壤含水量较少的田坎坡 度可陡一些，含水量较多的则田坎坡度缓一 些。修梯田时，应尽可能提高田坎的压实程 度，修成后让田边比田面稍高，形成一点倒 坡，经常保持田坎干燥，以保持田坎的稳定 和巩固。西北黄土区常见的两种土壤田坎高 度下的稳定坡度（见下表）。
不同坡度、坡长的LS值
坡度 % 0.5 1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 15 0.08 0.10 0.16 0.23 0.30 0.37 0.47 0.69 0.96 1.27 1.62 2.02 2.46 2.94 25 0.09 0.12 0.19 0.27 0.37 0.48 0.60 0.89 1.24 1.64 2.09 2.60 3.17 3.79 50 0.10 0.15 0.23 0.33 0.48 0.68 0.86 1.26 1.75 2.23 2.96 3.68 4.48 5.36
0.25 0.60 0.35 0.63
0.35 0.28
0.35 0.40
0.08 0.14
0.25 0.26
0.20 0.20
0.45 0.30
通用土壤流失方程USLE简介
通用土壤流失方程USLE简介通用土壤流失方程USLE简介1965 年,W.H.Wischmeier 和D.Smith对美国30个州近30年的观测资料进行了系统分析,根据近万个径流小区的试验资料,提出著名的经验模型—通用土壤流失方程(USLE),作为预测面蚀和沟蚀引起的年平均土壤流失量的方法,它考虑了降雨、土壤可蚀性、作物管理、坡度坡长和水土保持措施5大因子,方程式如下:A = R?K?LS?C?P。
式中:A 为年平均土壤流失量, t/ hm2 ；R 为降雨和径流侵蚀因子；K 为土壤可蚀性因子；LS 为地形因子,其中L 为坡长因子, S 为坡度因子；C 为作物管理因子；P 为治理措施因子。
USLE 可用来计算年平均土壤流失量,从而指导人们进行正确的耕作、经营管理,采取适当的保护措施来保持土壤。
它所依据的资料丰富、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。
1978 年, W.H.Wischmeier 和D.Smith针对应用中存在的问题,对USLE 进行了修正,使USLE 更具普遍性。
其不足之处：以年侵蚀资料建立起来的USLE，无法进行次降雨土壤侵蚀的预报。
同时，实践证明,USLE 不太适用于垄作、等高耕作,以及那些使泥沙就地沉积的带状耕作措施等。
WEPP（Water Erosion Prediction Project）WEPP(Water Erosion Prediction Project) WEPP 实际是USDA 推出的用以替代USLE 的新一代土壤侵蚀预测模型。
从1985 年开始研究，1989 年基本完成，后经过多次改进和完善，于1995年向外公布。
它属于一种连续的物理模型。
模型可模拟的流域物理过程有：日土壤水分平衡，不同植被条件下(农作物、林地和草地等) 的日蒸发散，年作物产量、畜牧产量，径流、灌溉时的侵蚀，林地侵蚀，细沟和沟间侵蚀，农业管理措施对侵蚀及水文过程的影响等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验18 基于栅格建模的通用土壤流失方程的建立
一、实验目的
1.了解通用土壤流失公式的物理含义；
2.熟悉栅格数据多层面叠合分析的基本原理；
3.掌握使用ArcGIS叠置分析功能建立通用土壤流失公式模拟土壤侵蚀过程的
方法。
二、实验背景
土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。
土壤侵蚀的过程实际和水分同时流失的过程，即水土流失过程，二者基本上是一致的。
它是自然和人为因素综合作用的结果。
如今，土壤侵蚀已成为世界普遍关注的重大环境问题之一,它加剧淤积、干旱、洪涝等自然灾害,引起土地生产力下降,严重地威胁着人类的生存和发展。
因此，土壤侵蚀预测是进行有效水土保持工作的前提。
在这样的背景下，通用土壤流失方程应运而生。
通用土壤流失方程USLE (Universal Soil Loss Equation，USLE) 是美国研制的用于定量预报农地或草地坡面多年平均年土壤流失量的一个经验性土壤侵蚀预报模型,其数学表达式是一系列变量相乘的方程形式。
其基本形式为：
A=R·K·LS·C·P
式中：
A——单位面积上的土壤流失量，主要指降雨及其径流使坡面上出现细沟或细沟间侵蚀所形成的多年平均土壤流失量, 单位为：tons/acre/year)；
R——降雨侵蚀力因子（rainfall-runoff erosivity factor），用多年平均年降雨侵蚀力指数表示，单位为；MJ·mm·hm-2·h-1·a-1
K——土壤可蚀性因子（soil erodility factor）；
LS——地形因子（topological factor）；
C——植被与作物管理因子（cover-management factor）；
P——土壤保持措施因子（supporting practices factor）。
通用土壤流失方程可以帮助人们认识不同的自然条件、农业活动和水土保持措施下的土壤流失量平均有多大, 从而指导决策者制定可行的土地利用政策,以尽可能减少土壤流失。
该方程结构简单，所需输入数据量少，计算结果可满足一定精度下土壤侵蚀预测的要求。
三、实验内容
1.ArcGIS栅格叠置分析功能计算地形因子；
2.根据通用土壤流失方程来计算生成土壤流失状况图层。
四、实验数据
五、实验步骤
1.空间分析环境设置
在ArcMap中，点击主菜单上的Tools\Extensions，打开Extensions 对话框，点击Spatial Analyst模块前的复选框，开启Spatial Analyst模块。
2.查看降雨侵蚀力因子
在ArcMap中，加载侵蚀力因子图层Rfactor，如图18-1所示。
年平均降雨侵蚀力因子（R）为常数300。
图18-1
3.查看土壤可蚀性因子
在ArcMap中，加载土壤可蚀性因子图层Kfactor，如图18-2所示。
土壤可蚀性因子（K）可以查土壤可蚀性因子诺谟图，4个K值被分配到土壤现状图上，如图18-2所示。
图18-2
4.计算地形因子
(1)在ArcMap中，加载汇水面积图层Flowacc和坡度图层slop。
(2)点击Spatial Analyst 工具条上的Spatial Analyst\Raster Calculator，打开
Raster Calculator对话框。
(3)利用下面的公式来计算地形因子LS，在Raster Calculator对话框中编辑
计算语句，如图18-3所示。
m
n
=18（1）
(sinβ
A
LS)
其中，A是上游汇水面积（FlowAcc），β是坡度（slope，单位为角度），m=1.6，n=1.3。
图8-3
(4)计算后的地形因子图层会自动加载到ArcMap中显示，将其重新命名为
ls，如图18-4所示。
图18-4
5.查看植被与作物管理因子
植被与作物管理因子（C）反映了土壤被不同的土壤覆盖类型保护的程度，这是USLE模型中唯一的组分因子，它受人类活动（如开垦，建筑，采矿，伐木，修路等）或其它事件（如林火，洪水）的影响很大。
一般对于连续休闲裸地，
C=1.0。
在ArcMap中，加载植被与作物管理因子图层Cfactor，如图18-5所示。
图18-5
6.查看土壤保持措施因子
在ArcMap中，加载土壤保持措施因子图层Pfactor，如图18-6所示。
未采取土壤保持措施时的土壤保持措施因子（P）的值赋为1。
图18-6
7.通用土壤流失方程的计算
(1)点击Spatial Analyst 工具条上的Spatial Analyst/Raster Calculator,打开
Raster Calculator对话框。
(2)根据通用土壤流失方程来计算生成土壤流失状况图层，在Raster
Calculator对话框中编辑计算语句，如图18-7 所示。
图18-7
(3)点击【Evaluate】按钮，计算后的图层会自动加载到ArcMap中显示。
根
据得到的结果，回答：图上最大的年土壤流失量是多少？最大的年土壤
流失量发生在哪？尝试分析其原因。
8.拓展练习
分组根据提供的北京和江西地区的降水、数字高程数据、影像数据、土壤类型、统计数据等数据尝试建立北京山区和江西地区的通用土壤流失
方程。