基于GIS和RUSLE的高山峡谷区土壤侵蚀研究——以云南省泸水县为例

[目的]研究区域土壤侵蚀,揭示水土流失的空间分异规律,为区域水土保持和生态农业建设提供理论指导依据。[方法]应用GIS和RUSLE模型对云南省泸水县的土壤侵蚀进行研究。RUSLE模型中的因子包括降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长因子、植被覆盖和水土保持措施因子,运用GIS空间分析模块,获取泸水县土壤侵蚀模数空间分布图,根据SL 190-2007的分级标准进行土壤侵蚀强度分级,并分析该区土壤侵蚀强度空间分布格局。[结果](1)从各强度侵蚀面积上看,泸水县2014年土壤侵蚀以微度侵蚀为主,占总面积的86.86%,但从平均土壤侵蚀模数看,土壤侵蚀量为4.24×10~6 t,平均侵蚀模数为1 373.1t/(km~2·a),土壤侵蚀强度属于轻度侵蚀;(2)土壤侵蚀较严重区与未利用地、耕地空间分布基本一致,在坡度25°~50°的范围内,侵蚀面积占总侵蚀面积的75%,并且在该坡度段上的耕地面积占总耕地的63%,剧烈侵蚀集中分布在未利用地上,中度以上剧烈以下强度侵蚀集中分布在该坡度段上的耕地上,说明该坡耕地、未利用地对土壤侵蚀的贡献最大,要加强对未利用地的生态治理。[结论]坡度大,陡坡垦殖和未利用地的不合理利用是该区土壤侵蚀加重的主要原因,坡度在25°以上的地区不适宜耕种,应优化农业产业结构如实施退耕还林还草等措施,才能有效的保持水土。     

基于USLE模型的重庆生态涵养发展区土壤侵蚀量估算

利用USLE模型估算渝东北生态涵养发展区土壤侵蚀量,并对研究区土壤侵蚀强度进行分级,以此为基础进一步分析不同降雨侵蚀力、坡度、土壤类型下的土壤侵蚀强度分布特征。结果表明:本研究区土壤侵蚀量大致呈东北向西南递减的趋势,东部山地土壤受侵蚀最严重,西部山间丘陵地带土壤侵蚀量相对较小,研究区平均土壤侵蚀模数为30.15t/(hm~2·a),土壤侵蚀量为10 220.85万t/a。研究区各区县土壤侵蚀分布情况可划分为三类:(1)重点预防保护区。土壤侵蚀以微度和轻度侵蚀为主,林草覆盖度较高,但有水土流失加剧的危险,代表区县是忠县、梁平、垫江;(2)重点监督区。土壤侵蚀以中度和强度侵蚀为主,土壤侵蚀相对严重,代表区县为云阳、万州、巫山、奉节、丰都;(3)重点治理区。土壤侵蚀以极强度和剧烈侵蚀为主,土壤侵蚀最严重,代表区县为巫溪、开县、城口。降雨侵蚀力为3 000~4 000(MJ·mm)/(hm~2·h·a),坡度在25°以上,土壤为石灰土、紫色土或黄褐土的地区,土壤侵蚀以强度、极强度和剧烈侵蚀为主,是水土流失治理的重点。     

水电站建设项目弃渣场岩土侵蚀研究

弃渣场是水电站建设项目水土流失最敏感的部位之一,弃渣堆积过程破环了原有岩土结构、地形和植被,且堆积坡度大,稳定性差,岩土侵蚀程度剧烈,岩土侵蚀类型多样。以金沙江上游金安桥大型水电站工程弃渣场为例,通过定位观测和调查,对其土壤侵蚀形式及成因进行了分析,测算了弃渣场不同部位的土壤侵蚀模数。结果显示,弃渣场不同部位存在溅蚀、面蚀、沟蚀、沉陷、陷穴、岩土泻溜、滑塌、滑坡等侵蚀形式;弃渣场不同部位无截排水措施的开挖边坡细沟侵蚀带、弃渣堆积平台和运渣道路不均匀面蚀带、有截排水措施和无截排水措施的弃渣堆积边坡水力-重力侵蚀带,其岩土侵蚀模数是原地貌平均侵蚀模数的73、124、186和887倍,而修建截排水措施后弃渣堆积坡面的侵蚀模数是无措施的弃渣堆积坡面的1/7.2倍。     

治理项目公示制,治理质量全达标

2006年1月,复州河流域纳入东北黑土区水土流失综合防治第一期工程。项目区水土流失面积112.04km2,占项目区总土地面积的45.31%。土壤侵蚀模数加权平均值为2 500 t/(km2.a)。水土流失形式主要为水力侵蚀,水力侵蚀主要表现为面蚀、线状侵蚀和沟状侵蚀。5 a规划治理水土流失面积109.8 km2,治理程度达98%。具体实施办法是:项目内容公示,激发出群众的能动作用;用工承诺公示,确保工程如期进行;产权管理公示,确保工程质量效益发挥。     

黄土丘陵区县域土壤侵蚀定量研究

为了探讨黄土丘陵区彭阳县的土壤侵蚀状况,以彭阳县为研究区,2015年ZY-3遥感影像、NDVI、降雨量、DEM(25 m)、宁夏土壤普查数据等为数据源,结合GIS和RS,采用中国土壤侵蚀模型(CSLE)对彭阳县土壤侵蚀进行定量研究,从坡度、土地利用类型、植被盖度3个方面分析了研究区土壤侵蚀的空间分布特征。研究结果表明:(1)彭阳县年均侵蚀模数为1027.21 t/(km^2·a),年侵蚀总量为2.6×10^6 t,各侵蚀等级面积占比随侵蚀强度等级的增强而递减;(2)彭阳县土壤侵蚀与坡度密切相关,随着坡度的增加,土壤侵蚀加剧,且在坡度为15°~35°的区域侵蚀总量最大;(3)不同土地利用类型的水土保持效益为:耕地>林地>园地>草地>建设用地>其它用地>未利用地;(4)植被覆盖对土壤侵蚀的抑制作用显著。研究结果表明,定量研究彭阳县的土壤侵蚀状况,可为县域水土流失治理提供科学依据。     

福贡县土壤侵蚀时空变化及其影响因素分析

开展福贡县土壤侵蚀时空动态变化分析,对当地的水土流失防治和国土空间规划具有重要意义。研究基于降雨、土地利用、土壤和植被覆盖度等数据,采用GIS技术和RUSLE模型分析了福贡县2002年、2010年和2018年的土壤侵蚀时空变化和影响因素。结果表明:(1)福贡县土壤侵蚀强度主要以微度侵蚀和轻度侵蚀为主; 2002—2010—2018年平均土壤侵蚀模数不断下降,微度侵蚀面积不断增加,福贡县土壤侵蚀状况呈现改善趋势;(2)福贡县土壤侵蚀严重区主要分布在怒江两岸,近16 a福贡县74.73%以上的区域土壤侵蚀强度未发生改变,整体好转,表明退耕还林等工程实施对抑制土壤侵蚀强度有一定效果;(3)土地利用类型是福贡县土壤侵蚀的主要影响因子; 各因子解释力的大小依次为:土地利用类型、植被覆盖度、年均降雨量、海拔、坡度。海拔1 005～1 523 m、坡度>35°、年均降雨量1 482～1 671 mm、植被覆盖度<0.3、土地利用类型为未利用地的区域被识别为高风险侵蚀区。结合福贡县实际,坡耕地应为福贡县土壤侵蚀治理的重点区域。     

花岗岩矿区水力岩土侵蚀研究初探——以福建省安溪县铁峰山花岗岩矿区为例

以安溪县铁峰山花岗岩矿区为例,以集水区为单元,选取具有代表性的矿点作为研究对象,采用调查分析法、标桩法和侵蚀沟体积量算转换法进行矿区水力岩土侵蚀的研究。结果表明:1花岗岩矿区由于其自身的特点,水力岩土侵蚀以溅蚀、面蚀、沟蚀等形式体现,其土壤侵蚀强度多达到强烈甚至极强烈以上。2由于矿渣的阻滞作用,降雨后土壤多呈泥浆状溅散。雨滴的溅蚀使得土壤多呈现鳞片状侵蚀,降雨过后部分地表土层产生板结。3从研究区面蚀和沟蚀情况看,水力岩土侵蚀多达到极强烈以上侵蚀,且受坡长、坡度、堆体颗粒组成、有无植被覆盖、堆倒年限等因素的综合影响。     

基于USLE的敖汉旗土壤侵蚀空间分异特征研究

基于DEM、降雨、土壤调查等基础数据,在GIS和RS技术的支持下,运用USLE模型估算敖汉旗的土壤侵蚀量,探讨了不同土地利用、坡度和坡向下的土壤侵蚀强度空间分布差异性。结果表明:敖汉旗土壤侵蚀面积占研究区总面积的31.86%,年土壤侵蚀量达183万t,土壤侵蚀模数为697 t/(km~2·a),属轻度侵蚀区。耕地土壤侵蚀模数最大,为820 t/(km~2·a),占侵蚀总面积83.00%的耕地对侵蚀总量的贡献率高达97.61%,是水土流失防治的重点;土壤侵蚀模数和侵蚀量随坡度的增大均呈现先增大后减小的趋势,二者最大值均出现在8°~15°;占研究区侵蚀总面积38.62%的坡度范围(5°~25°)对土壤侵蚀总量贡献率高达65.39%,是土壤侵蚀发生的主要坡度区域;阳坡土壤侵蚀较阴坡严重,二者对侵蚀量的贡献率分别为47.36%和45.59%,与土地利用、坡度相比,坡向对土壤侵蚀空间差异性的影响不显著。     

黄土和红壤丘陵区输变电线路工程水土流失影响因素及特征

为顺应国家电网公司高质量绿色发展的内在需求,防治输电线工程施工过程中造成的严重水土流失。以黄土丘陵区和红壤丘陵区为研究对象,通过野外调查和文献查阅,选取区域内两条典型线路,就气候、地形、土壤和植被等自然因素对输电线路工程水土流失特征的影响进行研究。结果表明:(1)黄土丘陵区相较于红壤丘陵区侵蚀营力除水力之外还有风力。(2)黄土丘陵区土壤渗透性强、土层深厚,而红壤丘陵区质地粘重、遇水易板结、入渗能力差。(3)黄土丘陵区植被自我恢复能力较差,施工过程中需要随时进行补植,而红壤区植被遭受破坏后恢复能力强,即使施工中植被遭受破坏,在短期内也可自然恢复。(4)黄土丘陵区输电线路工程在施工期土壤侵蚀模数是自然恢复期的1～10倍。黄土丘陵区输电线路各区域的土壤侵蚀模数是红壤丘陵区的2.5～31.25倍。(5)黄土丘陵区侵蚀模数在换流站站区、电机电缆区和榆林市线路工程塔基区的侵蚀模数取最大值,换流站站区和线路工程塔基区新增水土流失量最大; 而红壤丘陵区输电线路工程侵蚀模数在宜昌市线路工程塔基区取最大值,塔基区的新增水土流失量亦为最大。塔基区是水土流失防治和监测的重点区域。因此,根据当地自然因素差异,分区域设计工程措施,有利于减少水土流失。     

基于CSLE模型的天山北坡西白杨沟流域土壤侵蚀定量评价

[目的]定量评价天山北坡西白杨沟流域水土流失土壤侵蚀状况,分析其分布特征,为区域水土保持以及生态环境建设提供科学依据。[方法]以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐县西白杨沟流域为研究区,采用样地调查与地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术相结合方法和CSLE模型,对西白杨沟流域进行土壤水力侵蚀评价及侵蚀强度空间分布分析。[结果]天山北坡西白杨沟流域平均土壤侵蚀模数748.91 t/(km~2·a)。地形对土壤侵蚀强度影响明显,在坡度20°～40°区域,土壤侵蚀模数最高,为1 127.22～1 229.62 t/(km~2·a)。缓坡(20°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈正效应,而在陡坡(40°～70°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈负效应。土壤侵蚀主要发生在南坡、东南坡和东坡;不同土地利用方式对土壤水力侵蚀程度影响不同,表现为:呈灌木林地[1 709.80 t/(km~2·a)]有林地[1 389.40 t/(km~2·a)]天然牧草地[605.20 t/(km~2·a)]人工牧草地[334.71 t/(km~2·a)]水浇地[113.69 t/(km~2·a)]的趋势。[结论]土壤侵蚀强度总体以微度和轻度为主,强烈侵蚀、极强烈侵蚀、剧烈侵蚀主要分布在流域的中下游和下游;天山北坡西白杨沟流域侵蚀强度的空间分布与地形、土地利用、土壤性质联系紧密。     

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。     

广东大宝山矿区土壤侵蚀强度判别方法研究

大宝山矿区土壤侵蚀主要由露天采矿及排弃的废渣土引起。通过对大宝山矿区范围内40个典型坡面及其中11个特征坡面的调查分析,认为坡长、坡高、侵蚀沟密度可以用来表征矿区不同坡面的土壤侵蚀特性及其差异。采用聚类分析、判别分析方法,构建了矿区土壤侵蚀强度判别模型,模型平均误判概率为0.07,具有较高的可信度。经判别,大宝山矿区现有水土流失面积324.48 hm2,占矿区总面积的48.8%,土壤侵蚀严重,由此引发了一系列环境问题,必须尽快进行整治。由本研究方法得到的侵蚀模数虽只是一个范围值,需要内插后才能得到确定值,但这对于编制水土保持方案、布置水土保持措施来讲,已完全能够满足要求。     

山丘区输变电工程侵蚀环境及水土流失特征

输变电工程在施工过程中扰动地面,造成土壤侵蚀,而山丘区自然条件复杂水土流失尤为严重。为明确山丘区水土流失特征,以山丘区输变电工程为研究对象,通过资料收集整理与实地勘测,探讨了其侵蚀环境、不同建设阶段、不同侵蚀单元水土流失特征及其影响因素。结果表明:在侵蚀动力系统中,输变电工程以人为扰动为主,塔基区和站区、施工道路及弃土(渣)场是输变电工程的主要侵蚀单元; 施工期的水土流失量可达自然恢复期的1.3～16.1倍,施工期的侵蚀模数是自然恢复期的1.5～25.3倍; 站区和塔基区施工期的水土流失量占比均高于其他侵蚀单元,山丘区土壤侵蚀模数均大于平原区域,是平原区的1.2～1.9倍; 在众多建设区域中以变电站建设、塔基开挖、线路施工临时道路为重点,着重山丘区输变电工程水土流失的防治。山丘区输变电工程不同建设期、不同侵蚀单元水土流失特征差异显著,进行水土保持措施配置时应工程措施、植物措施、临时措施有机结合。     

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.     

黄土丘陵沟壑区梯田暴雨侵蚀状况及规律分析

针对2013年延安百年不遇暴雨造成的黄土丘陵沟壑区梯田侵蚀灾害严重、水土资源利用率低等问题。选取安塞县马家沟流域曹新庄梯田作为典型研究对象,在进行野外监测的基础上,分析了梯田在百年不遇暴雨条件下的梯级侵蚀灾害发生规律。结果表明:按高程最上级梯田侵蚀轻微,依次往下梯田侵蚀面积所占百分比逐渐增大并且增加明显,上部梯田主要以面蚀为主,仅发生轻微沟蚀,下部梯田面蚀、沟蚀都比较严重。梯田侵蚀量与梯田汇水面积、地表径流量等条件有关,影响梯田侵蚀灾害发生的主要因素是地表径流量。该区2013年6—9月延安百年不遇暴雨梯田平均侵蚀模数为20 659.7 t/hm²,超过该区平均年侵蚀模数的47.6%,6—9月月降雨量侵蚀的临界值为118.8 mm。布置水沙调控措施层层拦蓄径流是保证梯田安全的重要措施。     

水蚀区生产建设项目土壤侵蚀模数动态计算——以北海原油商业储备基地项目为例

水蚀区生产建设项目开发活动加速了水力侵蚀进程。在“水利工程补短板、水利行业强监管”背景下,应以季度为单位进行土壤侵蚀模数动态计算,以直观反映项目实施过程中人为活动影响下的土壤侵蚀强度动态变化情况。以水蚀区生产建设项目为例,基于监测数据,引入季度侵蚀时长参数,以季度为侵蚀时长单位对土壤侵蚀模数进行动态计算,结果表明:水蚀区生产建设项目土壤侵蚀强度受人为扰动剧烈程度和扰动形式影响显著;工程施工期,人为活动剧烈时,项目建设区平均土壤侵蚀模数显著增大,施工期末及自然恢复期人为活动大幅减少或消失后,土壤侵蚀模数迅速回落,实施水土保持措施后,工程水土流失得到有效治理,土壤侵蚀模数降低至微度侵蚀区间;不同地表扰动形式下的土壤侵蚀模数值及其变幅差异明显,研究项目施工过程中各“人工下垫面”土壤侵蚀模数及其变幅按大小排序为松散坡地>松散平地>压实平地>绿化平地。引入季度侵蚀时长后,可实现以季度为单位进行生产建设项目土壤侵蚀模数动态计算,计算结果可用于评价生产建设项目实施过程中人为活动影响下的土壤侵蚀强度动态变化情况。     

东北漫岗黑土区防护林带分布对浅沟侵蚀的影响

东北漫岗黑土区坡耕地浅沟侵蚀非常严重,防护林带体系作为坡耕地的重要组成部分,势必会对浅沟侵蚀过程产生影响。本文以漫岗黑土区黑龙江鹤山农场典型小流域为研究对象,基于Quickbird高精度遥感影像和数字高程模型,结合实地调查结果,对小流域内防护林带的分布规律和浅沟侵蚀规律进行了分析,并探讨了防护林带布局对坡面浅沟侵蚀的影响。结果表明:在横坡耕作的坡面上,临界汇水区范围内林带的个数与临界坡长、临界汇水面积呈显著正相关,即增加林带个数、减小林带间距可以增大临界坡长和临界汇水面积,而研究区防护林带间距过大,大于该区浅沟发生的临界坡长,并且防护林带间断有利于浅沟的发育;同时,坡耕地垄向由于受到防护林带影响而与其走向一致,使垄沟笔直穿过低洼水线,形成局部顺坡垄,间接诱发浅沟侵蚀。因此,通过增加横坡耕作坡面上防护林带个数、缩小林带间距、加强林带的管护和更新,同时对不合理的防护林带进行必要的调整,才能有效防治坡面浅沟侵蚀。     

三峡库区野外模拟降雨条件下弃渣场土壤侵蚀特性

[目的]揭示三峡库区弃渣场土壤侵蚀规律,为该地区弃渣场的土壤侵蚀治理提供依据。[方法]通过现场搭建径流小区并采用人工模拟降雨的方法进行研究。[结果]降雨量同侵蚀量存在极显著的线性关系;降雨强度同渣场产流时间呈极显著的幂函数关系,同径流含沙率呈极显著的指数函数关系;渣场表层较高的细砾石含量,一定程度上可以减少溅蚀与面蚀量,但在强降雨或持续降雨条件下会促进坡面沟蚀的发育;渣场侵蚀具有一定季节分布,非雨季时,渣场侵蚀以面蚀与轻微沟蚀为主,坡面主要发育为细沟与浅沟,侵蚀量较少;雨季时,渣场坡面浅沟迅速转化为切沟,泥沙流失严重。[结论]研究区渣场侵蚀具有一定的季节性,渣场施工时应根据气候特征适当调配,主动避开雨季,并在雨季前完成渣场的水土保护设置;采取相应防护措施抑制或减缓雨季沟蚀的发育是研究区渣场水土保持防护的重点。     

基于RUSLE的2010年商南县土壤侵蚀特征分析

[目的]以长江源头陕西省商南县为例,分析县域土壤侵蚀空间分布,为正确认识与防治长江上游水土流失和做好水土保持防治工作提供科学依据。[方法]基于Landsat TM7和ETM+影像,获取商南县2010年土地利用信息,采用修正通用土壤流失方程(RUSLE)确定方程中各影响因子,对商南县土壤侵蚀现状进行定量评价。[结果]林地是商南县主要土地利用类型,占县域总面积的87.05%,其次是耕地(9.43%)、居民地(2.82%)、水体(0.64%)、未利用地和草地(0.06%)。受坡耕地和低覆盖林草地的影响,商南县2010年土壤侵蚀较严重,平均侵蚀模数4 953.76t/(km2·a)。受侵蚀(轻度以上)面积1 319.3km2,占总面积的57.03%。强度和极强度侵蚀级别面积所占比例为24.10%,其次为轻度侵蚀级别,面积为14.31%,中度和剧烈侵蚀级别面积分别为6.23%,12.39%。剧烈和强度侵蚀主要分布在北部、中部及东南部的山区地段的坡耕地。虽然强度和剧烈侵蚀级别面积比例不是很高,但对该县总侵蚀量的贡献最大,达到52.29%。[结论]不适宜的土地利用是引起严重土壤侵蚀的主要原因;应将县域北部、中部及东南部山区的坡耕地作为防治的重点。