喀斯特地区小流域地下水土流失观测研究

以2009年9月—2010年8月为一个水文年,以小流域为水土流失研究尺度,通过对王家寨喀斯特小流域地下河出口断面的连续定位监测,获取每次降雨中地下河水流流量及含沙量。结果表明,只有当降雨量达到一定值后,地下河涨水、产沙才与降雨有着显著响应。根据含沙量计算出此水文年小流域随地下河流失的土壤为519.29 kg,初步估算地下土壤侵蚀模数为0.42 t/(km2.a),仅占地表、地下土壤流失总量的0.81%。喀斯特地区地下土壤流失量占流域总土壤流失量的比例,需在更多地貌类型区长期监测数据的基础上来确定。     

川中丘陵区小流域土壤侵蚀空间分异评价研究

将地理信息系统(GIS)技术Arc/Info与通用土壤流失方程(USLE)相结合进行了小流域土壤侵蚀量的估算。以盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站内的截流村小流域(简称截流村小流域)为研究对象,依据实地调查资料及地形、土地利用、土壤和植被等数据,建立了小流域空间数据库,利用GIS的栅格数据空间分析功能,将小流域空间离散化为10 m×10 m的栅格,在栅格内根据合适的USLE因子算法进行了土壤侵蚀量估算,进而对小流域内土壤侵蚀强度空间分异和小流域内侵蚀量进行了统计分析。结果表明,截流村小流域年均输沙模数为1244.7 t/(km2.a),侵蚀强度属轻度;坡耕地占流域面积的44.17%,年均土壤侵蚀模数为2195.0 t/(km2.a),其侵蚀总量占流域总侵蚀量77.93%,表明坡耕地是该小流域水土流失的策源地,小流域水土流失治理的关键是实现流域内坡耕地的合理利用。同时对于林地和小于10°坡耕地的侵蚀模数结果与相关研究仅相差19.8%和4.4%,证实了该模型的准确性和可靠性。     

海河流域种植业非点源污染负荷量估算

建立种植业输出系数模型,从省级行政区和水资源三级区两个层面分别估算了2007年海河流域地表径流和地下淋溶两种方式总氮和总磷的流失量及流失比例。2007年,全流域地表径流总氮流失量为51 966 t,总磷为7 976 t。从各省来看,河北省所占比例最大,总氮流失量占57%,总磷占58%;从三级区来看,徒骇马颊河平原和黑龙港及运东平原所占比例最大,分别占总氮流失量的20%和15%,总磷流失量的20%和16%。全流域地下淋溶总氮流失量为195 875 t,总磷为140 t。从各省来看,河北省所占比例也是最大,总氮流失量占55%,总磷占53%;从三级区来看,徒骇马颊河平原和黑龙港及运东平原所占比例也是最大,分别占总氮流失量的19%和13%。     

GIS支持下三峡库区典型小流域土壤养分流失量预测

土壤养分流失是农田非点源污染的主要形式。以长江三峡库区典型小流域为研究区域 ,根据土壤养分流失规律与土壤侵蚀量预测结果 ,以及表土中养分含量 ,像元土壤侵蚀量和泥沙对养分的富集比 ,建立了可与 GIS结合的侵蚀泥沙携带养分量预测模式。运算结果显示 ,小流域有机质、氮、磷、钾流失总量分别为 5 0 9.8,47.1,14.6 ,1137.4t,平均 30 .5 ,2 .8,0 .9,6 8.1t/ km2。根据正常施肥水平及有机质累积率草拟的土壤养分流失分级标准来判断 ,三峡库区小流域养分流失量 ,以严重流失占的比例较大。     

湖北省三峡库区不同种植模式下农田地表径流氮磷流失特征

为了识别湖北省三峡库区氮磷流失的高风险种植模式和高风险区,以种植模式为单元研究区域农田地表径流氮磷流失特征,采用流失系数法,分析了湖北省三峡库区4个县(区)18种主要种植模式农田地表径流途径土壤本底、肥料氮磷流失情况。结果表明:库区农田氮磷流失量分别为2 035.0 t和213.2 t,其中夷陵区最高,分别占库区总量的53.8%和50.5%,该区氮磷流失强度也最高。当季施肥造成的氮磷流失量分别占农田流失总量29.6%和26.3%。18种模式中,平地-露地蔬菜和平地-园地是氮流失量最大的两种种植模式,占库区农田总流失量53.2%;平地-露地蔬菜是磷流失量最大的种植模式,占库区农田总流失量的43.3%。平地、缓坡地、陡坡地三类坡度农田中,平地农业集约程度高,氮磷流失量最高,分别占库区氮磷流失量56.1%和57.1%,缓坡地次之,陡坡地的种植强度低,氮磷流失量最低。几种土地利用方式中,平原旱地利用方式氮磷流失量分别占库区氮磷流失量的38.5%和48.5%,流失强度为17.1、2.3 kg·hm~(-2),远高于园地、坡耕地、水田。研究表明,夷陵区是氮磷流失高风险区,平地-露地蔬菜和平地-园地是氮磷流失的高风险种植模式。     

珠海正坑小流域土壤与氮、磷养分流失估算

土壤及土壤养分流失是农业非点源污染的主要形式。选择珠江三角洲地区典型小流域——正坑小流域为研究区,在GIS技术支持下,建立流域数字高程模型并获取下垫面相关参数,采用通用土壤流失方程、固态污染物负荷方程,进行小流域农业非点源污染负荷估算与分析。结果表明,正坑小流域年土壤流失量为455061.60kg,旱坡地和果园两类土地利用景观类型具有相对较高的侵蚀模数;土壤N、P养分流失年负荷量分别为6335.32,1150.35kg,不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率不同,水田中氮、磷流失对非点源污染负荷有重要影响。     

黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型研究

以侵蚀动力学、地貌学、水文学、泥沙运动力学的理论为基础,以黄河多沙粗沙区岔巴沟流域为研究区域,以地理信息系统为平台,构建了黄河多沙粗沙区小流域分布式土壤流失数学模型,可用于计算小流域梁峁坡、沟坡和沟槽三部分的土壤流失量,并达到了产汇流模型与产输沙模型的紧密耦合;提出了当量糙率系数的概念,初步解决了定量表达水土保持工程对产汇流的影响,使模型具备了预测评价不同水土保持治理方案效益的功能;利用3S技术实现了土壤流失预测模拟信息系统的自动提取。通过对岔巴沟流域和杏子河流域土壤流失实测资料的验证表明,本模型能基本正确反映黄河多沙粗沙区流域土壤流失规律。     

兰成渝输油管道工程甘陕段土壤流失预测

兰成渝输油管道工程甘陕段全长 5 3 8km ,建设中损坏原地貌和地表植被 ,产生大量的弃土弃渣。经分析计算 ,新增土壤流失量为 3 3 5 5万t,其中弃土弃渣流失量 2 3 19万t ,占流失总量的 69% ;损坏原地貌和植被新增土壤流失量 10 3 6万t。弃土弃渣是土壤流失防治的重点。     

丹江口库区西河小流域水土流失定量遥感监测研究

研究选用中国科学院南京土壤研究所卜兆宏水土流失定量监测模型QRSM,应用"3S"技术,选用高分辨率1∶1万地形图和ALOS遥感数据,将影响水土流失的各因子值可精确计算到每个像元,以丹江口库区西河小流域为重点试验研究区在长江上游地区进行了研究。对模型各因子计算进行了误差处理和参数调整,并对QRSM模型中雨量预报PI算法与USLE模型经典算法EI两种不同算法得出的R值进行了精度对比,结果表明PI算法雨量预报准确率达到86.2%。监测结果得出,西河小流域水土流失面积1 901.00hm2,占总面积的48.4%,其中轻度流失面积685.64hm2,中度流失面积253.86hm2,强度流失面积428.16hm2,极强度流失面积450.04hm2,剧烈流失面积83.30hm2,分别占流失总面积的36.1%,13.4%,22.5%,23.7%,4.3%。流域内年土壤侵蚀总量为10 350t,侵蚀模数为2 633t/(km2·a),属中度水土流失类型区。流域的北部是治理区,南部是对照区,北部治理区水土流失面积降低到了15%以下。选择侵蚀程度严重的马槽沟子流域,通过模型监测水土流失量与实测泥沙量数据比较,模型水土流失预报精度高达89.6%。该研究将监测模型推广应用到长江流域上游地区,对逐步实现对长江流域水土流失的监测预报具有前瞻性,并对其它小流域也有一定的理论参考和实践推广示范及技术支撑等价值。     

基于GIS和USLE的土壤侵蚀预测研究——以云南新平大红山铁矿为例

将地理信息系统(GIS)与通用土壤流失方程(USLE)相结合对云南新平大红山铁矿区进行土壤侵蚀量的预测和估算.结果表明:全区土壤流失面积为5.54 km2,占矿区总面积的65.17%,年土壤流失量为4.855万t.矿区50 a之后,土壤流失面积变化不大,年流失量下降为2.736万t,减少了43.65%.完成土地生物复垦后的土壤流失变化趋势是强度及其以上级别的土壤侵蚀量降低,中度及其以下的侵蚀量增加.     

丹江鹦鹉沟小流域土壤侵蚀和养分损失定量分析

小流域土壤侵蚀量和养分损失量的定量研究可为南水北调水源区的生态保护、水土保持和生态补偿提供重要的依据.该文在地理信息技术(geographic information system,GIS)的支持下,应用修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)估算了丹江鹦鹉沟流域的土壤侵蚀量和养分损失量,并进行了土壤侵蚀强度分级.结果表明,流域的年均土壤侵蚀模数为3140 t/km2,侵蚀强度为中度.其中强度侵蚀以上的土地面积占流域总面积的24.1%,侵蚀量为4573.0 t,却占年侵蚀总量的84.8%,其主要是坡度较大的坡耕地,是流域需要重点治理的区域.不同土地利用类型的土壤侵蚀量差异较大,林地、草地和农地的年均土壤侵蚀模数分别为509.7、1511.8和4606.5 t/km2.林草地年侵蚀量较小,农地土壤侵蚀量占流域总侵蚀量的95.3%.坡度每增加5°,不同土地利用的土壤侵蚀模数增加量比坡长每增加5 m的增加量要大1~2倍.研究区表土流失造成的全氮、全磷和有机质损失量分别为3.81、3.52和101.45 t,其中农地的养分损失量最为严重.流域泥沙中全氮、全磷和有机质的年均流失模数分别为1.01、0.75和38.43 t/(km2×a).该研究可为水源区水土流失和非点源污染治理以及清洁小流域建设提供科学依据.     

Surface runoff and soil erosion estimation using the SWAT model in the Keleta Watershed,Ethiopia

This study evaluates surface runoff generation and soil erosion rates for a small watershed (the Keleta Watershed) in the Awash River basin of Ethiopia by using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. Calibration and validation of the model was performed on monthly basis, and it could simulate surface runoff and soil erosion to a good level of accuracy. The simulated surface runoff closely matched with observed data (derived by hydrograph separation). Surface runoff generation was generally high in parts of the watershed characterized by heavy clay soils with low infiltration capacity, agricultural land use and slope gradients of over 25 per cent. The estimated soil loss rates were also realistic compared to what can be observed in the field and results from previous studies. The long‐term average soil loss was estimated at 4·3 t ha⁻¹ y⁻¹; most of the area of the watershed (∼80 per cent) was predicted to suffer from a low or moderate erosion risk (<8 t ha⁻¹ y⁻¹), and only in ∼1·2 per cent of the watershed was soil erosion estimated to exceed 12 t ha⁻¹ y⁻¹. Expectedly, estimated soil loss was significantly correlated with measured rainfall and simulated surface runoff. Based on the estimated soil loss rates, the watershed was divided into four priority categories for conservation intervention. The study demonstrates that the SWAT model provides a useful tool for soil erosion assessment from watersheds and facilitates planning for a sustainable land management in Ethiopia. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征

为进一步优化和合理配置水土保持措施,以黄土丘陵沟壑区3个不同土地利用方式下的坝控小流域为例,基于人工探槽取样、淤积层次甄别及与产流降雨事件的对应关系,结合1∶10 000早期地形图与全站仪测量,拟合库容曲线来估算淤地坝泥沙淤积量,进而反演坝控流域的产沙模数变化特征。结果表明:(1)延河马家沟3个不同土地利用方式下的洞儿沟、阎桥和芦渠坝控小流域,自建坝至2016年的多年平均淤积量分别为2 748.80,4 634.31,3 141.17 t;(2)洞儿沟、阎桥和芦渠流域多年平均产沙模数分别为2 432.56,3 131.29,1 794.95 t/(km~2·a),依次属于轻度、中度和轻度侵蚀;不同土地利用方式下坝控小流域的最小产沙降雨量均20 mm以上;(3)不同的土地利用方式对小流域侵蚀产沙影响显著,人类活动明显的阎桥流域多年平均产沙模数大于以林草地为主的洞儿沟流域,而以林地和梯田为主的芦渠流域多年平均产沙模数最小。由此可见,在黄土丘陵沟壑区合理配置不同的水土保持措施,是减少小流域侵蚀产沙的有效途径。     

小流域水土流失治理优先度的评价与应用

中国水土流失防治任务仍然繁重,有计划分批次实施水土流失治理是现阶段条件下的必然选择,优先治理小流域识别是其首要解决的一项基础工作,然而目前相关成果较为缺乏,难以支撑小流域水土流失治理智能决策和精准施策。在当前大力推进智慧水土保持背景下,积极探索优先治理小流域识别方法非常迫切,对于科学、合理、高效促进水土流失治理工作具有重要意义。该研究立足于小流域自然禀赋条件,以中国水土流失重点区域——三峡库区秭归县为例,坚持科学性和可操作性相结合原则,以水土流失“减量和降级”双重目标和治理效益最大化需求为导向,综合水土流失面积和土壤侵蚀强度两个维度,提出小流域水土流失治理优先度定义及定量评价方法,为识别优先治理小流域提供科学依据和技术支撑。结果显示,秭归县2021年现状水土保持率为69.12%,远期（2050年）水土保持率为81.74%,总体提升12.62个百分点。秭归县2021年全域土壤侵蚀模数现状为758.50 t/(km²·a),最小可能土壤侵蚀模数为408.71 t/(km²·a),总体下降比例达46%。秭归县大部分区域均具有较大的水土保持率提升潜力和土壤侵蚀控制度,可完全治理和可降级的水土流失地块分布较为广泛,尤其在县域中西部的小流域存在较大的水土流失面积消减和土壤侵蚀强度降级空间。秭归县各小流域水土流失治理优先度的空间分布总体呈现中部高,东部和南部相对较低的分布格局,全县治理优先度大于0.6的小流域占总全县小流域的11.76%。通过典型县应用,该研究提出的小流域治理优先度涵盖了水土流失面积和土壤侵蚀强度两个维度,能更为全面满足小流域水土流失“减量和降级”双重目标和和治理效益最大化需求,直观反映了水土流失面积消减空间和土壤侵蚀强度降级空间的目标和相对大小,对支撑小流域治理决策更加准确、科学,治理优先度评价方法不仅可行,且易操作。     

三峡库区水土流失综合治理优先小流域识别方法

三峡库区水土流失严重,开展水土流失综合治理是减少入库泥沙和提高三峡工程综合效益的关键,而如何高效识别优先小流域,则是提高治理资金效益和科学决策的基础。以重庆市合川区为例,在区域土壤侵蚀评价的基础上,提出了水土流失面积法、土地利用-水土流失面积法和坡度-水土流失面积法3种优先小流域识别方法,并对其进行了比较分析。结果表明,坡度-水土流失面积法识别的优先小流域水土流失面积占比接近于水土流失面积法,同时又将坡度较大以及耕地、园地和采矿用地面积占比较大的小流域识别出来,纳入优先小流域中,是3种方法中最优的识别方法。研究结果可为三峡库区或同类型地区小流域水土流失治理规划与实施顺序决策提供借鉴和参考。     

西北沟流域土壤侵蚀经济损失分析

以京津水源区的西北沟流域为研究对象,应用环境经济学原理选取土地损失、土壤肥力损失、泥沙淤积损失、富营养化损失作为衡量土壤侵蚀经济损失的指标,估算出该流域每年流失土壤3.37万t,损失耕地8.64 hm2,每年因土壤侵蚀造成的经济损失为56.67万元,其中N、P、K养分损失20.72万元,占土壤侵蚀总损失量的36.56%。     

西藏茶巴朗流域的土壤侵蚀及防治对策

为探讨西藏地区水土流失特点及防治途径,以茶巴朗小流域为研究对象,对其遥感影像进行了解译和信息提取。结果表明:与西藏地区主要侵蚀类型为冻融侵蚀不同,水力侵蚀是茶巴朗小流域水土流失的主要类型,面积为51.80km2,占流域面积的66.05%;其次是冻融侵蚀、风力侵蚀,分别占流域面积的5.74%、3.66%,且侵蚀强度以中度为主,并依海拔梯度呈现出条带状分布特征。茶巴朗小流域土壤侵蚀模数为4 087 t/(km2.a),主要分布在流域内的中山区和河谷区。针对该流域水土流失特点,提出了"开展生态移民,控制牲畜规模"、"调整土地利用结构,实施退耕还林还草"、"科学布局小水电站开发项目,构建以电代柴生态补偿机制"、"加强土壤侵蚀动态监测研究,完善工程项目水土保持管理"的防治对策。     

植被格局特征对大理河流域侵蚀产沙的响应

为了进一步研究植被覆盖FBM(fractional brownian motion)分形维数在不同流域中对植被覆盖特征的综合效果及作为固定参数代替现有的植被量化指标在实际的水文、土壤侵蚀等预测模型中的应用,该文通过对大理河流域上中下游青阳岔、李家河和曹坪3个水文站控制流域的降雨、径流和产沙等资料的全面综合分析,以次降雨径流侵蚀功率作为侵蚀外营力输入,通过对站控流域地貌特征FBM分形维数、植被景观格局FBM分形维数和NDVI植被指数作为描述下垫面特征,以地理信息系统(GIS)为平台,利用GIS和RS技术,构建大理河流域侵蚀产沙量多元线性回归模型,并通过2组不同参数预测结果对比,结果表明:以植被格局分形维数为植被量化参数的模型输沙模数模拟值与实测值之间的相对误差和绝对误差比以NDVI为植被量化参数的小;在38场次暴雨洪水中,基于植被格局分形维数为植被量化参数的模型次暴雨输沙模数模拟值与实测值之间的相对误差小于10%、20%、50%的分别占总场次的34.21%、55.26%、86.85%;38场次暴雨输沙模数的模拟值和实测值之间的平均相对误差为25.19%,其中模拟值与实测值绝对误差小于300 t/km2有31场,植被格局FBM分形维数可以更好反映植被覆盖与水土流失之间的关系,并且分析得到植被格局分形维数与土壤侵蚀强度之间呈负相关关系,决定系数为0.5066,即土壤侵蚀强度随着植被格局FBM分析维数的增大呈减小趋势,说明植被格局FBM分形维数对土壤侵蚀强度的影响较大.     

砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。