基于GIS、RS和RUSLE的林区土壤侵蚀定量研究--以大兴安岭呼中地区为例

USLE是美国农业部(USDA)土壤保持局建立的以大量试验数据为基础的经验性方程,主要应用于农业区域的土壤侵蚀的监测,现已被广泛应用.RUSLE是USLE的改进方程,尽管它们的表达式相同,但RUSLE从技术性和确定因子的两方面进行了改进,具有更广泛的应用范围和更高的精度.以地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和修正的通用土壤流失方程(RUSLE)为核心,根据呼中地区1990年遥感影像解译数据、统计资料和实地考察得到地貌、植被、降雨量,林业采伐,火烧迹地等资料,确定方程中各因子,并介绍林区各因子确定的方法,对大兴安岭呼中地区土壤流失量进行了定量化分析,评价该区森林采伐和火烧对土壤流失的影响,进行水土流失的定量评价.结果表明呼中地区总水土流失量为427 537.5 t/a,大部分地区小于3.5 t/(hm2·a),低于水利部1984年颁布的允许流失量标准(2～10 t/hm2·a),总体水土保持良好.但是研究区内水土流失严重地区十分集中,主要分布在坡度较陡处和火烧、采伐迹地.在无人类和火烧干扰的情况下坡度对水土流失影响最显著.     

东北典型薄层黑土区土壤可蚀性模型适用性分析

土壤可蚀性是土壤侵蚀预报和环境效应评价模型的重要参数。该文选取东北典型薄层黑土区宾州河流域为研究区,通过校验极细砂粒含量转换式,分析侵蚀—生产力影响模型(erosion productivity impact calculator,EPIC)、通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)和修正土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE2)3种模型K值估算方法间的差异,以探讨各估算方法在东北典型薄层黑土区的适用性。结果表明:与实测值相比,RUSLE2模型整体"低估"极细砂粒含量,平均低估22.5%;建立的薄层黑土区极细砂粒含量转换方程可使估算精度提高95%以上。RUSLE2模型K值估算方法适用于薄层黑土区。EPIC与USLE模型K值估算方法均"高估"薄层黑土区的土壤可蚀性,但通过建立的修正方程进行校正,仍可用于中国东北薄层黑土区K值估算。该研究可为薄层黑土区及相似地区的土壤侵蚀定量评价和土壤质量危险性评价提供必要的科学依据。     

西南土石山区土壤流失方程坡度因子修正算法研究

坡度因子(S)是土壤流失方程(USLE)中最重要的因子之一。本研究收集、整理、分析了西南土石山区典型区域的径流小区资料,修正了西南土石山区土壤流失方程的S因子算法。新算法将坡度分为≤5°、5°~10°、10°~25°和25°四个范围,建立了分段的S因子计算公式。结果表明:增加10°~25°和25°两级,较好地解决了西南土石山区陡坡地S因子的计算问题,计算精度较USLE、RUSLE、刘宝元算法、杨子生算法有明显提高。该算法可应用于西南土石山区土壤流失预报工作,提高了土壤侵蚀评价精度。     

基于GIS和多流向算法的流域坡度与坡长估算

地形(LS,slope length factor and slope steepness factor)因子是通用土壤流失方程和修正通用土壤流失方程USLE/RUSLE(universal soil loss equation,revised universal soil loss equation)应用到流域或区域尺度时较难提取的因子。基于坡面水文学和土壤侵蚀学,对流域地形因子的原理、方法、流程进行了讨论。考虑了三维坡面水流发散和汇聚、泥沙沉积、沟道截断等条件,基于GIS技术,提出了基于多流向的地形因子估算方法,设计了LS_TOOL工具。该方法与已有AML(ARC Macro Language)和C++方法计算的坡度坡长结果在空间分布、运行效率等方面进行对比,结果表明:采用多流向方法,计算合理,符合地形因子计算的值域范围;空间结构比AML和C++方法好,与地形相关性较高;效率远高于AML方法,由于增加了沟道提取,其效率稍低于C++方法。该方法可方便的应用于流域和区域尺度下的地形因子估算。     

陕西省耕地土壤可蚀性因子

[目的]土壤可蚀性因子是计算土壤侵蚀的一个重要因子,对陕西省耕地土壤可蚀性因子展开研究,可为陕西地区的耕地土壤侵蚀计算及评价提供科学依据。[方法]以陕西省9个地区的耕地土壤实测数据为基础,利用通用土壤流失方程USLE(universal soil loss equation)、修订土壤流失方程RUSLE2(revised universal soil loss equation version 2)、侵蚀生产力影响模型EPIC(erosion productivity impact calculator)中可蚀性因子K值的计算公式以及几何平均粒径公式和几何平均粒径—有机质Dg-OM公式,计算不同耕地土壤质地条件下的土壤可蚀性因子。[结果]RUSLE2的极细砂粒转换公式在陕西黄土丘陵沟壑区平均低约14.53%,在陕南地区平均高约32.91%,使用修正公式后平均误差分别为7.81%和13.14%;对比分析K值的估算值与实测值,子洲县实测K值为0.002 69〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕,Dg-OM模拟计算均值为0.0297〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕;水蚀预报模型WEPP(water erosion prediction project)中的细沟间可蚀性(Ki)和细沟可蚀性(Kr),与USLE的K值相关系数分别为0.738 6和0.607 4。[结论]极细砂粒转换修正公式的计算误差小于RUSLE2模型;Dg-OM模型适合陕西黄土丘陵沟壑区及长武县、杨凌区和安康市典型耕地土壤;WEPP中Ki和Kr,当土壤砂粒含量小于30%,USLE的K值与WEPP的Ki和Kr值有强相关性。     

GIS技术在通用土壤流失方程中的应用研究

通用土壤流失方程(USLE)在我国应用,重要的是要对各相关因子值进行科学的确定。结合遥感与地理信息系统(GIS)技术,可以实现以USLE为平台的区域土壤流失遥感监测。本研究介绍了USLE中因子的GIS生成以及土壤流失量的GIS生成过程,其研究成果可作为水行政部门决策与执法的依据,也可作为研究区域基础地理信息资料进行储存备份与延伸应用。     

最新侵蚀模型的应用前景

本文介绍了USLE与RUSLE的主要区别,从分析比较可知,RUSLE比USLE有较大的改进,更符合模拟侵蚀过程的要求。目前推出RUSLE不是等待更完善的高级侵蚀预测模型(如WEPP)问世,而是基于USLE已有一定的侵蚀过程概念基础,其新的模型具有更复杂的结构和需要充分的试验数据的支持。RUSLE仍在发展中,它将以国际单位制出现,以便将使用的方法(RUSLE模型软件包)奉献于用户。对RUSLE模型的应用前景以及今后有希望应用的模型如WEPP,欧洲流失方程以及新近立项的MEDALUS模型的发展前景作了展望和比较分析。     

USLE在我国的应用和发展

美国的通用土壤流失方程USLE是当今世界上应用最为广泛的水蚀模型。 2 0世纪 70年代中期以来 ,我国在引进、消化、应用USLE方面取得了突破性的进展 ,统一了方程中R、K、S、L、C、P的算法 ,将六大因子的计算完全基于GIS和RS ,提高了监测预报的精度和速度 ,已成功地在国内一些地区得到应用。介绍了USLE的发展过程和在我国的应用与发展     

USLE与WEPP土壤可蚀性因子的关联性分析

通用土壤流失方程USLE与水蚀预测模型WEPP是当前常用的两种土壤侵蚀预测模型,而WEPP物理模型代表着土壤侵蚀预测预报的发展方向。对USLE中的K因子与WEPP中的Ki、Kr因子进行相关分析表明,USLE中的K因子与WEPP中的Ki、Kr因子之间几乎毫无相关性。即无法通过对USLE中可蚀性因子的分析来确定WEPP模型中可蚀性因子的大小。     

中国USLE/RUSLE因子研究

USLE/RUSLE是土壤侵蚀监测与预报的核心工具,方程中各因子赋值的合理性决定了方程应用结果的准确度。然而,由于我国地形条件的复杂性等原因,方程在我国范围内的应用受到限制。因此,为明晰土壤流失方程各因子计算中需把握的关键因素,以及当前我国研究中存在的主要问题,采用文献综合对比研究的方法,通过CNKI中国学术期刊全文数据库和Web of Science数据库,搜集了土壤流失方程因子相关文献共373篇。文献综合分析结果表明：各因子的研究普遍存在缺乏估算公式选用和估算结果的精度检验,坡长坡度因子存在公式误用的情况,作物覆盖与管理因子、水土保持措施因子缺少系统性定量计算的方法,土壤可蚀性因子计算的背景条件差异大,难以进行横向比较。为此,提出两条提高模型使用精度的建议,一是通过建设标准化的地面监测系统,系统观测和建立土壤侵蚀因子定量方法,二是明确此类模型应用边界,在较为适合的环境应用。     

基于GIS和RUSLE的小流域农地水土保持规划研究

通过遥感和野外调查进行信息采集，利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)和IDRISI地理信息系统进行数据分析，获取了王家桥小流域土壤侵蚀的时空分布信息。根据土壤经济容许流失量(T_EP)和水土保持规划原则，调整现有农地的利用方式或配置水土保持措施，即调整RUSLE中植被与经营管理因子(C)和水土保持措施因子(P)的值，完成流域农用地的水土保持规划。该研究提出的以RUSLE-GIS相耦合的水土保持规划工具比较简单实用。     

日本估算土壤流失量的应用模型

研究一个山区流域的产沙量和泥沙输移量,主要依据野外观测,结合野外小区模拟试验而求得。通用土壤流失方程(USLE)是目前世界上广泛应用的土壤流失计算方程式。在实践中,此方程常受到不同地域土壤、气候、覆盖和管理条件的限制。为此,2006年日本水土保持学者Amb ika DHAKAL等人在地理信息系统(G IS)的辅助下,应用通用土壤流失方程(USLE)和输沙率模型(SDR)估算日本山区小流域地表侵蚀和泥沙输移量,其结论是只存在细微的差别。来自Vanon i模型的结果更接近于实际泥沙沉积量。估算的输沙量表现出合理的精确性,但它是否适用于更大规模的流域和所有年份还不确定。因此,有必要对应用模型开展更广泛的研究。     

国外土壤侵蚀研究的新进展

我国土壤侵蚀及控制方面的研究 ,在理论上、实施上 ,已形成侵蚀研究学科的完整体系。近 10a ,国外在土壤侵蚀机理、土壤流失方程、土壤侵蚀与土地生产力关系的评价方法、小流域水土保持规划等 4方面也取得新进展。在土壤侵蚀机理方面充实了土壤密度、持水性、颗粒尺度、水力传导性、植物根系等方面的研究 ;土壤流失方程RUSLE对传统的USLE在理论上加强了计算因子的通用性 ,其应用范围由原二维扩展到三维 ;土壤侵蚀与土地生产力关系的 4种评价方法 ,各有其优缺点 ,“三步法”可客观地评价土壤侵蚀与土地生产力的关系 ;小流域水土保持规划手段最新使用USLE、GIS与计算机技术。     

三峡库区小流域修正通用土壤流失方程适用性分析

土壤侵蚀量的定量研究可为国家生态环境建设和水土保持宏观决策的制定提供重要的依据。修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)是开展土壤侵蚀定量评价的主要手段。该文在地理信息系统(geographic information system,GIS)的支持下,依据中国土壤流失方程各因子的算法确定RUSLE模型各因子值,估算了三峡库区黄冲子小流域不同时期的土壤侵蚀量,并与基于泥沙平衡原理计算的土壤侵蚀量比较后分析RUSLE模型在库区小流域的适用性。结果表明,基于RUSLE模型估算的小流域1963-2000年(农地小流域)和2001-2014年(林地小流域)的年均土壤侵蚀模数分别为2246.09和868.3 t/(km2·a),其结果与采用137Cs和210Pb技术的塘库沉积物定年结果基本吻合,表明210Pb定年结果可靠。依据泥沙平衡原理计算的小流域1963-2000年和2001-2014年的年均土壤侵蚀模数分别为942.48和811.47t/(km2·a)。RUSLE模型估算小流域1963-2000年和2001-2014年的土壤侵蚀模数相对误差分别为138.32%和7.00%。因此RUSLE模型适用于库区林地小流域,而不适用于库区农地小流域;但是基于地形因子(LS因子)修正的RUSLE模型估算结果相对误差减少至8.14%,其适用于库区农地小流域。     

岩溶生态系统水土流失敏感性关键指标和评估模型比较

为了能更合理地评价岩溶地区水土流失敏感性,以岩溶生态系统为研究对象,以修正通用土壤流失模型(RUSLE)为蓝本,通过引入石漠化因子,对RUSLE进行修正;通过计算土壤侵蚀量、划分土壤侵蚀强度、水土流失关键因子影响评估,构建广西岩溶生态系统水土流失敏感性评估指标体系;在此基础上,对比分析了空间叠加分析法、层次分析法、空间主成分分析法3种水土流失敏感性评价方法,利用遥感数据对多种评估结果进行验证与对比,选取最优评价方法对广西岩溶生态系统水土流失敏感性进行了评估。结果表明:引入石漠化因子后的修正通用土壤流失模型(RUSLE)可以较合理地评价广西岩溶生态系统土壤流失空间分布状况;广西岩溶生态系统水土流失敏感性因子作用大小顺序为:气象>石漠化>植被>土壤>地形>人类活动,土壤流失影响率与大多数敏感性因子和土壤侵蚀强度均呈一致变化趋势;3种水土流失敏感性评价方法对比以主成分分析法(PCAEI)评估结果最优,层次分析法和加权综合评价法(AHPEI)次之,因子叠加分析法(CMSEI)较差。广西岩溶生态系统水土流失敏感性以轻度、中度、高度敏感区为主,水土流失敏感性整体中度偏重,水土流失敏感性强度由东部向西部、由南部向北部逐渐增强,敏感区主要分布在河池市、百色市,不敏感区主要分布在桂林市、崇左市。     

美国水力侵蚀预测模型WEPP介绍

<正>美国水力侵蚀预测模型WEPP(the Water ErosionPrediction Project),是近年来开发研制出的一种新的土壤侵蚀预测技术.WEPP克服了美国通用土壤流失方程USLE及其修正版RUSLE在预测中的缺陷,其应用前景十分广阔,大有取代USLE和RUSLE之势.本文对WEPP作一简单介绍;1 USLE、RUSLE建模原理和应用现状土壤侵蚀预测在水土保持措施规划设计中有着广泛的应用;在实际生产中,由于不可能将所有气候条件下生态系统中每一种农业耕作和管理措施对土壤侵蚀的影响均进行实地监测,所以一般根据预测模型对影响侵蚀的因子进行排序,以此为依据来决定应采取的水土保持措施,制订相应的水土保持计划;     

GIS技术在通用土壤流失方程中的应用

通用土壤流失方程（USLE）传入我国后，国内各级研究机构加以深放研究与适用性探索。结合遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术，实现以USLE为构式的区域土壤流失遥感监测，已在我国多处地区进行了尝试应用与实际应用。基于泉州市1996年度水土流失遥感监测所采用的技术路线，阐述了USLE方程因子的GIS生成以及土壤流失量的GIS实现依据。     

RUSLE侵蚀模型的应用及进展

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。     

国外土壤侵蚀模型发展概述

 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。根据土壤侵蚀模型发展过程的特征,从时间上划分了土壤侵蚀模型发展的3个阶段,即通用土壤流失方程(USLE)建立以前的时期、USLE的建立及发展的时期和土壤侵蚀模型百家争鸣时期。介绍了世界上一些基本的土壤侵蚀模型,从而概述国外土壤侵蚀模型的发展过程。     

小流域土壤侵蚀预测信息系统设计与实现

以通用土壤流失方程(USLE)为基础,在VISUAL BASIC 6.0和ArcGIS Engine组件式地理信息系统开发环境下进行模型开发,编写小流域土壤侵蚀模型算法和程序代码,探索了基于地理信息系统GIS的土壤侵蚀预测模型开发,并验证了系统的准确性。