基于GIS的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以小流域为单元进行土壤侵蚀量的定量评价研究,是探索土壤流失规律和评价流域治理效益的一个重要途径和内容。根据修正通用土壤流失方程（RUSLE）,在ArcGIS软件平台下,以QuickBird遥感影像作为主要数据源,计算了黄土高原南小河沟小流域土壤侵蚀量并定量分析了土壤侵蚀量与坡度和土地利用的关系。结果表明:南小河沟小流域年土壤侵蚀量88 504.2 t/a,平均土壤侵蚀模数为2 438.98 t/（km²·a）,属于轻度接近于中度侵蚀强度,土壤侵蚀得到有效控制。随着坡度的增大土壤侵蚀量明显增加,>25°区域产生全流域80%以上的土壤侵蚀量。不同植被类型的土壤侵蚀模数依次为:天然草地>未成林地>疏林地>灌木林地>人工草地>乔木林地。改善疏林地、未成林地和天然草地的结构,加强难利用地和荒坡地的治理,提高植被覆盖度,是降低土壤侵蚀量的主要途径。     

修正的通用土壤流失方程中各因子单位的确定

[目的]明确和规范修正的通用土壤流失方程(RUSLE)中各因子的单位,使得RUSLE在中国具体应用过程中更加科学和便捷。[方法]通过对国内外RUSLE应用实践的总结和对比研究,并分析其科学合理性,找出最为普遍应用的、准确的RUSLE各因子的单位,明确不同单位类型之间的转化系数。[结果]国内RUSLE的应用,大部分是通过各地区建立的各因子统计模型转换成国际制单位系统,最后相乘得到的是以国际制单位表示的土壤侵蚀量,另一部分则是通过相应的各因子统计模型计算得到各个因子以美制单位系统表示的计算结果,最后再乘以224.2将土壤侵蚀量转换为国际制单位。国内主流侵蚀估计中使用的单位焦耳系统,单位面积有两种即km^2和hm^2。土壤流失量A常用的国际制单位为t/hm^2或t/km^2;降雨侵蚀力因子R常用的国际制单位为(MJ·mm)/(hm^2·h·a)或(MJ·mm)/(km^2·h·a);土壤可蚀性因子K的常用国际制单位为(t·hm^2·h)/(hm^2·MJ·mm)或(t·km^2·h)/(km^2·MJ·mm)。不同地区建立的计算方法通过相应的转换系数转换成国际制单位。最后,R和K因子的单位系统的一致性是RUSLE应用的关键步骤。[结论]R和K因子通过相应的单位转换系数转换为国际制单位以及两者的单位一致性是土壤侵蚀评估的重要基础。     

基于GIS和RUSLE的黄土高原小流域土壤侵蚀评估

对基于上坡汇流面积的坡长因子算法进行改进,提出考虑上坡土地利用/覆盖对汇流影响的坡长因子算法,运用GIS和RUSLE评估黄土高原四面窑沟流域的土壤侵蚀强度及其与环境因素的关系。结果表明,流域多年平均侵蚀强度 4 399.79 t/(km2·a),属中度侵蚀;侵蚀强度和侵蚀量均随坡度增加而显著增加,80.59%的侵蚀量来源于占流域总面积59.06%的25°以上坡度带;不同坡向的侵蚀强度表现为正阳坡＞半阳坡＞半阴坡＞正阴坡,其中,占总面积45.07%的阳坡产生56.50%的侵蚀量;不同土地利用类型中,占总面积57.07%的草地产生96.37%的侵蚀量,成为目前流域内主要侵蚀产沙源。研究为应用修正通用土壤流失方程在黄土高原进行侵蚀评估提供技术范例,为该区侵蚀防治和水土资源利用提供有益参考。     

基于GIS和RS的巢湖流域水土流失评估

基于地理信息系统(GIS)和遥感技术(RS),提取了巢湖流域地表覆盖、水土保持措施、坡度坡长、土壤可蚀性、降雨侵蚀力5个主要影响水土流失的因子,并运用修正的通用土壤侵蚀模型(revised univer-sal soil loss equation,RUSLE)估算土壤侵蚀量,生成水土流失等级分布图,从而完成对巢湖流域水土流失现状和空间分布特征的评估分析.结果表明,巢湖流域水土流失主要为微度侵蚀和轻度侵蚀,分别占流域总面积的93.87％和6.04％.此外,坡度和植被覆盖是影响流域土壤侵蚀的主要因素.研究结果可为巢湖流域水土流失治理及决策提供科学参考.     

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。     

基于RUSLE和景观安全格局的土壤侵蚀风险格局研究--以甘肃省甘南藏族自治州迭部县为例

土壤侵蚀是我国目前面临的重大生态问题之一。利用GIS技术和修正的水土流失方程（RUSLE）模型对降雨侵蚀造成的土壤流失进行预测估算是目前较为常用的一种土壤侵蚀研究方法。以RUSLE模型的基本构建方法为基础,结合景观生态安全格局理论,对甘肃省甘南州迭部县县域内的土壤侵蚀状况进行了估测性。分析了模型中各个作用因子在当地的分布及表现特点,并构建了该县的土壤侵蚀风险格局。提出在土壤侵蚀格局的关键点或地带,依靠坡改梯,增加护坡,种植等高植物篱,提高植被郁闭度等手法,提高流失斑块的破碎度,降低地表径流能量,弱化土壤侵蚀的规模化效应,以期起到解决或减弱当地土壤严重流失问题的作用。土壤流失风险格局也可以为土地利用格局的改造提供指导性依据。     

沿海滩涂土壤盐分空间分布的三维随机模拟与不确定性评价

为揭示滨海滩涂地区土壤盐分三维空间分布特点并提供相关技术方法与思路,以苏北海涂围垦区典型地块为例,综合采用三维克里格和随机模拟方法对土体盐分含量的三维空间分布进行估值、模拟与对比分析,并对土体盐分三维分布的空间不确定性进行评价。结果显示,由克里格法得到的土壤盐分空间分布具有明显平滑效应,减小了数据间的空间差异并改变了数据的空间结构;序贯高斯模拟结果整体分布相对离散,突出了原始数据分布的波动性;研究区土壤盐分随深度增加而升高,存在一定次生盐渍化风险;围垦后研究区土壤盐渍化的发生概率已有所降低,轻度盐化土和中     

京津水源区小流域土壤侵蚀及其空间分异

针对京津水源区生态环境脆弱,水土流失空间分异大,突发性强等问题,选择河北省滦平县西北沟小流域为研究对象,利用气候、土壤、地形、土地利用及植被盖度等数据,运用GIS和RUSLE的方法对小流域土壤侵蚀强度及其空间分异特征进行了研究。结果表明,流域多年平均侵蚀模数为3 816.835t/(km2.a),属中度侵蚀;潜在侵蚀模数为31 583.150t/(km2.a),是现实侵蚀模数的8.28倍;不同土地利用方式中,零星分布的大坡度坡耕地侵蚀强度最大,其次为高度风化,坡度较大的退化荒草地,退化荒草地面积占流域总面积的59.38%,侵蚀量占总量的88.48%,是最主要的泥沙来源地;不同坡度土壤侵蚀强度随坡度加大而显著增加,流域坡度>25°的面积约占流域总面积的1/3,侵蚀量约占2/3;不同坡向的土壤侵蚀空间分异也十分明显,表现为正阳坡>半阳坡>半阴坡>正阴坡>平地。     

基于RUSLE模型的长汀县水土流失评估

[目的]为中国南方红壤分布区RUSLE模型的本地化研究提供重要参考,同时为福建省长汀县水土流失防治及解决与此相关的其他问题提供科学的决策依据。[方法]以修正的通用水土流失方程RUSLE(revised universal soil loss equation)为评估基础,以长汀县为试验研究区,在地理信息系统和遥感技术的支持下,通过研究新方法计算降雨侵蚀力因子、参数调校或利用现有方法计算其余因子完成研究区水土流失评估。[结果]得到2013年长汀县水土流失等级分布图。2013年研究区水土流失已大有好转,但仍比较严重,主要为轻度和中度流失,其中河田镇、策武乡、濯田镇、三洲乡是重灾区。[结论]尽量减少不合理的人类活动,有效提高植被覆盖率,是研究区今后水土流失防治的基本措施。     

Soil loss estimation using rusle model to prioritize erosion control in KELANI river basin in Sri Lanka

Soil erosion contributes negatively to agricultural production, quality of source water for drinking, ecosystem health in land and aquatic environments, and aesthetic value of landscapes. Approaches to understand the spatial variability of erosion severity are important for improving landuse management. This study uses the Kelani river basin in Sri Lanka as the study area to assess erosion severity using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) model supported by a GIS system. Erosion severity across the river basin was estimated using RUSLE, a Digital Elevation Model (15 × 15 m), twenty years rainfall data at 14 rain gauge stations across the basin, landuse and land cover, and soil maps and cropping factors. The estimated average annual soil loss in Kelani river basin varied from zero to 103.7 t ha-1 yr⁻¹, with a mean annual soil loss estimated at 10.9 t ha⁻¹ yr⁻¹. About 70% of the river basin area was identified with low to moderate erosion severity (<12 t ha−1 yr⁻¹) indicating that erosion control measures are urgently needed to ensure a sustainable ecosystem in the Kelani river basin, which in turn, is connected with the quality of life of over 5 million people. Use of this severity information developed with RUSLE along with its individual parameters can help to design landuse management practices. This effort can be further refined by analyzing RUSLE results along with Kelani river sub-basins level real time erosion estimations as a monitoring measure for conservation practices.     

基于RUSLE模型的梅河口市土壤侵蚀动态分析

[目的]定量分析区域土壤侵蚀强度动态变化及其影响因素,为区域水土保持工作提供科学依据。[方法]基于3S技术,采用RUSLE模型计算吉林省梅河口市2010年和2017年的土壤侵蚀模数,并从土地利用类型、坡度和水土保持措施3个方面分析土壤侵蚀变化特征。[结果](1)梅河口市2010年、2017年的平均土壤侵蚀模数分别为698.75,678.25t/(km~2·a),土壤侵蚀状况有所改善。(2)梅河口市的土壤侵蚀与坡度和土地利用有关,95%的土壤侵蚀分布在坡度15°坡地,土地利用以耕地和林地为主的区域。(3)2010—2017年,水保项目实施区域的平均土壤侵蚀模数下降了154.08t/(km~2·a),土壤侵蚀量减少了2.65×10~4 t。[结论]水保项目的实施在改善水土保持功能上取得较大的成效,但治理后的区域仍存在一定强度的侵蚀,且土地利用的不利转变加重了区域土壤侵蚀。因此,区域水土流失治理工作需考虑多部门协同,从源头上遏制发生水土流失的不利因素。     

Simulating soil erodibility in southeastern China using a sequential Gaussian algorithm

Soil erodibility(K) is a key factor of soil erosion, and its appropriate quantification and interpolation are vitally important for soil and water conservation.The traditional point-represent-polygon approaches and common kriging method for the estimation of K, however, do not sufficiently represent the original data. The objectives of this study were to simulate the spatial distribution of K using a sequential Gaussian algorithm and analyze the uncertainty in evaluating the risk of soil erodibility in southeastern China. We determined 101 sampling points in the area and collected disturbed soil samples from the 0–20 cm layer at each point. Soil properties were determined, and K was calculated using five common models: the EPIC(Erosion/Productivity Impact Calculator),approximate nomograph, Torri, Shirazi, and Wang models. Among the chosen models, the EPIC model performed the best at estimating K(KEPIC), which ranged from 0.019 to 0.060 t ha h(ha MJ mm)~(-1), with a mean of 0.043 t ha h(ha MJ mm)~(-1). The KEPICwas moderately spatially variable and had a limited spatial structure, increasing from south to north in our study area, and all spatial simulations using the cooperative kriging(CK) interpolation and the sequential Gaussian simulation(SGS) with 10, 25, 50, 100, 200, and 500 realizations had acceptable accuracies. The CK interpolation narrowed the range,and the SGS maintained the original characteristics of the calculated data. The proportions of the risk area were 38.0% and 10.1%, when the risk probability for K was 60% and 80%, respectively, and high risk areas were mostly located in the north. The results provide scientific guidance for managing the risk of soil erodibility in southeastern China.     

流域侵蚀控制度的概念与计算方法——以王茂沟流域为例

文章将流域最小可能土壤侵蚀模数与实际土壤侵蚀模数的比值定义为流域侵蚀控制度,并以王茂沟流域为例说明计算方法。结果表明：王茂沟流域水土保持措施容量下的流域最小可能土壤侵蚀模数为2573t／（km^2·a）;使用王茂沟流域2004年土地利用图,计算得出王茂沟流域实际土壤侵蚀模数为7413t／（km^2·a）,王茂沟流域侵蚀控制度为0．35,造成王茂沟流域2004年流域侵蚀控制度较低的原因是王茂沟流域还存在一定数量的坡耕地以及林地面积较少。建议将流域停饨榨制摩作为评价流域水土保持现状的指标。     

不同空间尺度下的土壤侵蚀元胞自动机建模评述

土壤侵蚀系统是一个典型的非线性动力系统,系统内部的侵蚀发育演化过程十分复杂,为了对该过程进行精确的模拟和预测,需要发展有效的技术和方法.元胞自动机( cellular automata,CA)是一种具有时空特征的离散动力学模型,采用“自下而上”的构模方式,对于模拟和分析具有空间特征的土壤侵蚀系统具有先天优势.由于空间尺度变化所引起的土壤侵蚀因子对侵蚀产沙过程的影响不同,CA模型在坡面尺度下主要针对细沟侵蚀和土壤颗粒的变化,在小流域尺度下涉及到更多的元胞状态和更加完整的侵蚀过程,在大区域尺度下重点研究气候和地貌之间的相互作用.不同空间尺度建立的CA模型没有确定的转换规则,模型通用性较低,今后需要在三维可视化、智能化等方面深入研究CA模型在土壤侵蚀领域的应用.     

岷江上游景观格局与土壤侵蚀变化——以杂古脑流域为例

[目的]探索不同景观格局对流域土壤侵蚀过程的影响及动态变化,为岷江上游的生态保护和恢复工作提供依据。[方法]应用景观生态学理论与通用土壤流失方程(USLE)分析岷江上游杂古脑流域1990年和2015年的景观格局变化与土壤侵蚀变化。[结果]杂谷脑流域景观类型动态主要表现为草地面积由70 125hm~2增加到82 568hm~2,林地和耕地面积少量增加,未利用的其他地类面积减少了12 542hm~2。该区域25a来植被覆盖度显著提高,土壤侵蚀程度显著下降;2015年中度侵蚀强度以上的土壤侵蚀发生面积均出现下降,极强度侵蚀活动的发生面积下降了36 102.69hm~2。[结论]25a间杂古脑流域以草地为主的植被恢复和景观格局变化,有效降低了该区域的土壤侵蚀强度,减少了水土流失。     

GIS/RS集成技术在叙利亚滨海土壤侵蚀评价和模拟研究上的应用

An integrated remote sensing(RS) and geographic informtion system(GIS) technique was employed to characterize the spatial distribution of the risk of soil erosion by water on Lakaia district ,Syria,The universal soil loss equation(USLE)was used to calculate the annual soil loss rates for Latakia soils ,Mainly,remote sensing data soil survey,land use inventory,elevation data and climatic atlases are used as resource data sets to generate USLE facto values ,The results revealed that integration of GIS/RS with USLE was a practical and effective approach for monitoring soil erosion over large areas.     

Using sequential Gaussian simulation to assess the field-scale spatial uncertainty of soil water content

Soil water content (SWC) has a vital role in a variety of hydrological processes such as infiltration, runoff and erosion. Mapping the spatial pattern of SWC is then essential for appropriate addressing of these processes. Geostatistics is often used to characterize the spatial variability of SWC. This information may be used for estimating SWC e.g., by ordinary kriging (OK) or modeling location-specific uncertainty (local uncertainty) of the estimates by indicator kriging (IK). Kriging-based algorithms however smooth out the details and are incapable of detecting multi-location uncertainty (spatial uncertainty) of SWC estimates. Sequential Gaussian simulation (sGs) can model the spatial uncertainty through generation of several equally probable stochastic realizations. In this study sGs is used to map SWC spatial distribution and to provide a quantitative measure of its spatial uncertainty in particular. The SWC measurements were performed on 157 soil samples taken from an 18 ha erosion experiment field in Lower Austria. The results show that the spatial pattern of SWC is well recognized using the sGs as the simulated models reproduce the sample statistics including histogram and semivariogram model reasonably well. The difference among realizations is used to provide a quantitative measure of spatial uncertainty of SWC estimates. Knowledge of spatial uncertainty is helpful to evaluate the delineation of vulnerable areas to erosion.     

汾河源头地区土壤侵蚀时空变化及其空间自相关分析

[目的]汾河源头地区是山西省重要的水源涵养地和供水区,土壤流失严重。研究该区域土壤侵蚀时空变化的目的在于为该流域的水土保持工作提出科学依据。[方法]采用2004和2009年9月的SPOT影像作为数据源,将GIS和USLE结合对汾河源头地区土壤侵蚀的时空变化进行研究,并借助GeoDa软件分析了研究区2009年土壤侵蚀的空间自相关性。[结果](1)从时间变化来看,2009年汾河源头地区土壤侵蚀模数较2004年有所增加,中度以上侵蚀的面积占总侵蚀面积的比例也相应增大,且以极强度侵蚀和剧烈侵蚀增加为主;(2)从空间上看,土壤侵蚀程度高的区域分布在流域的东南部,土壤侵蚀程度低的区域分布在流域的西北部;(3)降雨和植被覆盖是影响汾河源头地区土壤侵蚀的2个主要因子;(4)除了微度侵蚀和剧烈侵蚀外,其他侵蚀强度类型向更高程度的侵蚀强度类型转移的面积都远大于向低程度的侵蚀强度类型转移的面积;(5)空间自相关分析表明,研究区土壤侵蚀存在一定的正相关和空间集聚,主要表现为高值与高值集聚,低值与低值集聚。[结论]研究区内土壤侵蚀现象不断加剧,应加强土壤侵蚀治理力度。     

广西岩溶地区土壤侵蚀变化遥感监测——以“珠治”工程广西项目区河池片区为例

采用RS、GIS技术,以通用土壤流失方程为基础,对"珠治"工程广西项目区河池片区进行了土壤侵蚀遥感监测,定量研究了治理措施实施后岩溶地区的土壤侵蚀变化规律。结果表明:治理后土壤侵蚀得到了遏制,土壤侵蚀总量从治理前的311 848 t减少到治理后的284 877 t,减少了8.65%,其中剧烈侵蚀的侵蚀量和侵蚀面积减少最为明显;土地利用方式对土壤侵蚀影响明显,其中未利用地、耕地的土壤侵蚀最为严重,林地、草地对土壤侵蚀的发生具有减弱作用。     

南水北调中线水源地土壤侵蚀经济损失估算

在GIS的支持下,通过气象数据分析、实地调查、野外采样及室内分析、DEM计算、遥感解译等,构建了南水北调中线水源地丹江口水库库区流域地理信息数据库,并利用USLE估算了研究区的土壤侵蚀量。以1990年的价格为基准,利用市场价格法、机会成本法和影子工程法估算了水源区年均土壤侵蚀带来的经济损失。结果表明,水源区的年均土壤侵蚀模数为2394 t/(km²·a)。研究区表土流失造成的全氮、全磷、全钾和有机质损失量在分别换算成标准化肥磷酸二铵、氯化钾及薪柴后的经济损失分别为1.64×10⁸,7.25×10⁷,1.17×10⁹和2.97×10⁷元;年均侵蚀的土壤相当于61.94 km²的土地被废弃,经济损失为3.71×10⁷元。土壤侵蚀导致的涵养水分、泥沙淤积和泥沙滞留方面的经济损失分别为3.22×10⁵,1.88×10⁷和1.95×10⁶元。水源区年均土壤侵蚀总经济损失达1.50×10⁹元,其中养分损失占96.11%。