基于风蚀模型的河北省土壤风蚀风险评价

[目的]对河北省空间范围开展土壤风蚀风险评价研究,以期为研究区基于土壤风蚀的土地退化和大气污染防治提供科学依据。[方法]在遥感和地理信息系统技术的支持下,采用第一次全国水力普查中推荐的风蚀模型,对研究区2009年的土壤风蚀风险进行评价。[结果]河北省土壤微度侵蚀面积所占比例最大,约占河北省总面积的65.36%,主要分布在河北平原、太行山地和冀北山地;其次为轻度侵蚀,约占河北省总面积的12.46%,主要分布在坝上高原和冀西北间山盆地;中强度侵蚀的风蚀面积最小,合计不足河北省总面积的0.1%,主要为分布在研究区北部的沙地类型;极强侵蚀和剧烈侵蚀没有分布。[结论]河北省土壤风蚀强度呈现出明显的空间差异性,干燥,风速大,植被覆盖度低的冀西北地区风蚀强度最大,湿润、风速小、植被覆盖度高的冀东北地区风蚀强度最小,南部平原和太行山区风蚀强度中等。     

基于GIS的土壤风蚀模型软件构建

针对当前土壤风蚀监测的实际需求,提出基于GIS技术构建土壤风蚀模型软件的思路和方法。该软件基于DTGIS核心服务平台,以C#为主开发语言,Silverlight为界面开发工具,采用轻型数据库SQLite进行数据存储;该软件可为用户提供GIS查询功能、站点数据管理、风力因子计算、土壤侵蚀模数计算、土壤侵蚀强度分级、时间分析、空间分析等功能服务,支持远程客户端连接和多点同时上传数据;同时,该软件将风蚀模型与GIS系统有机地集成到一起,不仅支持风蚀运算过程的交互,而且可以直接将模型运行结果显示在软件中;软件亦可以制作土壤侵蚀模数专题图、土壤侵蚀强度分级专题图、时空分析图,实现土壤风蚀数据系统化管理和数据可视化管理,为评价土壤风蚀的危害提供科学依据。     

基于风蚀模型的宁夏土壤风蚀特征及影响因素

为了阐明宁夏土壤风蚀情况,基于第一次全国水力普查中推荐的风蚀经验模型,通过野外土壤采样及风洞试验修正模型参数,运用遥感、地理信息系统技术,对2000—2015年土壤风蚀强度时空变化特征进行分析,运用变异系数法确定各影响因子权重,明确影响风蚀的主要因子。结果表明:空间分布上,微度、轻度风蚀的区域分布在石嘴山市西部,银川市西部和东部,吴忠市中北部,中卫市中部,固原大部分地区,中度及以上风蚀的区域分布在沙坡头区、灵武市、盐池县、平罗县、兴庆区、贺兰县、金凤区的沙地、荒漠地区;时间序列上,研究期间风蚀发生总面积和风蚀强度整体呈下降趋势;按风蚀地类分,风蚀强度排序为:沙地>耕地>裸地>草地>林地,平均风蚀强度分别为:47.39t/(hm2·a),5.77t/(hm2·a),1.82t/(hm2·a),1.48t/(hm2·a),1.00t/(hm2·a);银川、吴忠、固原、中卫的风蚀强度的主要影响因子为土壤湿度,次要影响因子为植被覆盖度,石嘴山风蚀强度的主要影响因子为超过起沙风速累积时间。     

基于土壤粒度和大风日数的风蚀风险预报

为寻求一种较为简便、广泛适用的土壤潜在风蚀风险评价方法体系,选取内蒙古中西部的吉兰太戈壁、乌兰布和半固定沙地、毛乌素沙地、武川农田和希拉穆仁草原5种典型风蚀试验区,基于数字图像技术,获取地表不可蚀颗粒含量,结合地区大风日数资料,建立土壤潜在风蚀风险指数方程,并进行实地验证。结果表明:吉兰太戈壁、灌丛地表已经处于粗化过程后期,抗风蚀能力较强,平均抗风蚀指数分别为91.40%和81.40%。由于灌丛群落的存在,乌兰布和沙漠半固定沙地土壤颗粒空间分布差异明显,导致土壤抗风蚀能力呈现不同程度的差异。毛乌素沙地风成沙物质颗粒较细,抗风蚀指数仅为13.40%,极易起沙。应用土壤潜在风蚀风险方程实地表征所得结果与实际情况吻合,与人类活动关系最为密切的农田、草原土壤潜在风蚀风险最高。研究结果可实现科学、有效地预测地表潜在风蚀风险,为干旱、半干旱地区风蚀荒漠化监测提供理论依据和技术支撑。     

SH抑尘剂固化建设场地类型土的抗风蚀性能

[目的]评价SH固化建设场地类型土的抑尘效果及其在建设场地中的适用性,为合理有效控制建设场地扬尘问题提供方法依据。[方法]以高分子材料——SH抑尘剂为研究对象,考虑建设场地扬尘来源(即建设场地类型土)、喷洒量、坡度、坡面形态、固化时间及堆土密度等因素,借助PM10及PM2.5指标评价SH抑尘剂在仅固化建设场地类型土表层条件下的抗风蚀性能及其在建设场地的适用性。[结果]SH抑尘剂可在土样颗粒间发挥联接作用,维持土体表面的完整性,有效解决洒水抑尘措施存在的缩裂问题;SH对于建设场地类型土(粉土、粉煤灰、黏性土、碎石土)均具有很好的抑尘效果,喷洒SH抑尘剂后,固化土在九级风力的吹蚀作用下不会造成PM10和PM2.5污染物;SH抑尘剂对于建筑堆土、建筑弃土及裸露地表均具有适用性,坡度、堆土密度、坡面形态不影响SH抑尘剂的渗透固化效果。从抑尘效果和施工经济角度考虑,建议施工时选取SH抑尘剂喷量1.2kg/m2,固化时间3d。[结论]SH抑尘剂可在土体表层形成抗风蚀性保护膜,实现从源头控制建设场地扬尘。     

基于不同风蚀模型的区域土壤风蚀变化及影响因素研究——以内蒙古自治区为例

基于遥感数据、气象数据等,利用RWEQ模型和风蚀预报模型对内蒙古自治区2000—2017年土壤风蚀进行评估并分析其驱动因素。结果表明：（1） RWEQ模型（R²=0.85,P<0.01）和风蚀预报模型（R²=0.43,P<0.01）的预测值与¹³⁷Cs示踪技术风蚀的值具有较好的相关性,其中RWEQ模型预测精度更好。（2）时间上,RWEQ和风蚀预报模型模拟的结果均表明2000—2017年内蒙古自治区土壤风蚀呈下降的趋势,下降趋势分别为0.73,1.18 t/（hm²·a）,2个模型模拟的土壤风蚀模数在2011年均达到最低值。空间上,2000—2017年,2个模型的模拟结果均表明内蒙古自治区土壤风蚀以微度和轻度侵蚀为主,其中剧烈侵蚀在整个研究区的占比较小（RWEQ 1.79%,风蚀预报模型5.45%）,主要分布于北方风沙区的西南部。趋势上,89.74%（RWEQ）和72.05%（风蚀预报模型）的土壤风蚀模数呈下降趋势,其中显著降低的区域主要分布于北方风沙区的巴丹吉林沙漠和乌兰布和沙漠。（3）大风天数对土壤风蚀具有显著影响,随着大风天数的增多,土壤风蚀呈显著上升趋势,植被覆盖度和降水量的增长在一定程度上可抑制土壤风蚀的进程。     

基于土壤物理基本参数的土壤导热率模型

土壤物理基本参数是影响土壤导热率的重要因素,为了获取土壤的颗粒组成、有机质含量与土壤导热率计算模型中参数之间的关系,该文分析了陕西省9个地区的土壤质地对土壤导热率的影响,对不同土壤导热率估算模型的准确性进行评价,并在C?té-Konrad模型和Lu-Ren模型的基础上,建立了基于土壤物理基本参数的改进模型,结果表明:改进的C?té-Konrad模型与改进的Lu-Ren模型可以用来拟合不同质地的土壤导热率,且具有较好的拟合精度,决定系数R2均在0.92以上,相对误差(relative error,Re)均低于9.6%;对于砂粒含量或粉粒含量较高的土壤导热率,改进的C?té-Konrad模型模拟结果的均方根误差(root-mean-square error,RMSE)≤0.1183、R2≥0.9259以及Re≤9.55%,均优于C?té-Konrad模型、Lu-Ren模型和改进Lu-Ren模型;对于砂粒和粉粒含量均较低的土壤导热率,改进Lu-Ren模型模拟结果的RMSE≤0.0815、R2≥0.9326,Re≤8.21%,均明显优于其他3种模型。两种改进的模型分别建立了模型参数与颗粒组成、有机质含量之间的关系,能够更加详细描述土壤物理基本参数与导热率之间的关系,并且针对不同的土壤质地,选取合适的改进模型能够更加准确地计算土壤导热率。     

基于RWEQ模型的青海省土壤风蚀模数估算

土壤风蚀是许多国家和地区的主要环境问题之一,定量分析是风蚀研究的热点和难点。本研究基于修正风蚀模型(RWEQ),运用遥感和地理信息技术对青海省年均风蚀模数进行了估算。结果表明:青海省风蚀发生总面积为3 870万hm2,占全省面积的53.6%,年均风蚀总量约17.8亿t,平均风蚀模数为45.99t/(hm2·a)。青海省风蚀等级在大部分地区以轻度风蚀为主,整体风蚀危害不大,但在中度以上风蚀等级较为集中的柴达木盆地则风蚀危害相对严重。模型估算结果与137 Cs推算结果具有较高的拟合性(R2=0.912),表明RWEQ模型在国内区域尺度运用上具有一定可行性。     

基于SIMDualKc模型估算西北旱区冬小麦蒸散量及土壤蒸发量

为研究西北旱区冬小麦蒸散和土壤蒸发规律,以及土壤蒸发比例与其影响因子的关系,利用2 a冬小麦小区控水试验实测数据,对SIMDual Kc模型进行了参数校正和验证,对比大型称重式蒸渗仪的实测蒸散量值(或水量平衡法计算值)与模型模拟值。用建立的模型模拟精度评价标准对模拟值和实测值的误差进行评价。用经参数校验的模型模拟冬小麦农田土壤蒸发,并与微型蒸渗仪的实测值进行对比。基于通径分析方法研究气象因子(最低气温、最高气温、平均相对湿度、2 m处风速、太阳辐射量)和作物因子(地面覆盖度)与土壤蒸发比例的关系。结果表明,该研究建立的模型模拟精度评价标准能够较为全面地评价模型精度;SIMDual Kc模型可以较好地模拟西北旱区不同灌溉制度下冬小麦蒸散量和土壤蒸发量的变化过程,且在模拟长时段累积值时具有较高精度;拔节-灌浆期是冬小麦的需水关键期,冬小麦全生育期土壤蒸发比例呈现出生长中期生长后期快速生长后期生长初期的规律;灌水仅在短时间内影响土壤蒸发,地面覆盖度是影响土壤蒸发的最主要因子;在实测数据不充足的情况下,可以将地面覆盖度和蒸散量作为输入变量,用该研究确定的土壤蒸发比例与地面覆盖度的回归模型计算土壤蒸发量,该模型在计算不同水分条件下冬小麦农田土壤蒸发量时表现出较高的计算精度,决定系数在0.721~0.902之间,可以作为计算土壤蒸发量的简便方法。研究可为西北旱区冬小麦农田节水和灌溉决策提供理论依据。     

基于CA模型的土壤盐渍化时空演变模拟与预测

土壤盐渍化是干旱半干旱区土地退化的主要形式之一，其发生发展是一个复杂的非线性动力学过程。该文通过对吉林省长岭县土壤盐渍化成因及特征分析，确定土壤盐渍化影响因子及动态机制，并利用地理元胞自动机对复杂系统时空动态演化过程具有较强的计算及模拟能力特点，在GIS与RS支持下，建立土壤盐渍化CA动态模型，即土壤盐渍化地理元胞自动机模型(GeoCA-Salinization)，并结合相关属性数据和空间数据，模拟长岭县土壤盐渍化发生发展的时空动态规律，并对今后的可能发展做出预测。结果表明：基于GeoCA-Salinization模型对长岭县土壤盐渍化时空演变进行的模拟与实际情况基本吻合，同时基于该模型的土壤盐渍化时空演变预测符合当前的发展态势。与其他方法相比，该方法能更好地实现任意有效离散时间距与瞬时动态可视化表达的结合，是土壤盐渍化时空演变模拟与预测较为有效的方法。     

塔克拉玛干沙漠土壤粒度分布特征及其对粉尘释放的影响

塔克拉玛干沙漠是中国西北的重要粉尘源区,研究区域粒度分布特征及粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应。基于此,按照空间分布特征及下垫面类型(农田、沙丘、荒漠)环塔克拉玛干沙漠采集地表土壤样品138个,利用Mastersizer2000激光粒度仪分析土壤粒度组成,利用DPM模型计算粉尘释放通量,以期揭示塔克拉玛干沙漠地表土壤微团粒粒度分布特征及其对粉尘释放通量的影响,研究结果表明:1)138个样品中流动沙丘和沙垄的粉砂和黏粒含量累计之和最少,约占10%～18%左右,属于砂质土和砂壤质土。农田(绿洲、林带区)样品多为草甸土,粉砂和黏粒累计含量约占50%～80%,戈壁(荒漠区)样品中粉砂和黏粒的含量差异较大,砂质土和砂壤土的粉砂和黏粒的含量累计之和约占20%～30%。2)地表土壤微团粒中粒径较小的是细砂和粉细砂,可用3个对数正态分布群体表示,即:粉细砂群体、细砂群体、粗砂群体,中值粒径依次为90、225、500μm,标准偏差分别为1.02、1.53、1.08,各占比例约为30%、49%、21%。3)塔克拉玛干沙漠粉细砂和细砂的粉尘释放量最大,中砂粗砂次之,极粗砂最少,其最大差值的数...     

基于USLE模型的滇池流域土壤侵蚀时空演变分析

掌握滇池流域土壤侵蚀的空间分布规律和演变趋势对优化水土保持措施、开展滇池水污染治理和保障流域可持续发展具有重要意义。该文以降雨量、土壤、DEM和遥感影像为数据源,运用RS、GIS技术,结合土壤侵蚀模型计算滇池流域1999—2014年每隔3 a的土壤侵蚀量,分析流域土壤侵蚀强度的时空演变特征。结果表明,无明显侵蚀区域面积在15 a间呈上升趋势,占比从1999年的70%上升为2014年的82%,说明流域土壤侵蚀状况逐渐好转;1999—2014年期间滇池流域土壤侵蚀面积呈逐年下降趋势,1999年侵蚀面积最大,为776 km2,到2014年下降到为468 km2;土壤侵蚀强度等级转移矩阵显示15 a间近75%区域侵蚀强度保持不变,其中以微度侵蚀为主,有18.23%的区域侵蚀强度降低,8.36%的区域强度上升;空间变化上,侵蚀强度降低的区域主要集中于环滇池的入湖河流一带,侵蚀强度上升区域主要为流域东、南、北端海拔较高的山区。该研究有助于分析滇池流域土壤侵蚀在空间上的演变过程,为提出精准的侵蚀防治措施提供决策依据,为流域生态环境保护提供参考。     

工程开挖面土壤侵蚀模型的构建

工程开挖面是生产建设项目水土流失的主要来源之一,但工程开挖面土壤侵蚀定量研究非常有限,势必影响开挖面土壤侵蚀量及危害的准确评估。该研究通过理论分析与野外观测试验相结合,一方面借鉴RUSLE建模思路,理论推导开挖面次降雨土壤侵蚀模型,并对模型参数进行了详细分析,另一方面通过野外小区现场观测,探讨开挖面土壤侵蚀关键影响因素,将实测数据应用于模型及参数的率定和验证。结果显示,坡度、坡长、质地、以及降雨因子各参数均与单位面积土壤流失量呈显著相关,建立的开挖面次降雨土壤侵蚀模型,经实测数据率定与验证,模型预测效果较好。该模型针对性强,不仅原理简单,各参数均具有一定的物理意义,而且参数易获取,具有很好的实用性和可操作性,可为有效防治开挖面水土流失、落实水土流失防治责任及开展水土保持监督执法等提供科学依据。     

概念性土壤侵蚀模型的建立及在紫色土小流域的应用

概念性土壤侵蚀模型在描述流域基本过程的同时对参数要求较低,现有概念性模型中计算产沙所需参数主要靠律定或借鉴经验值。该文介绍了1个无需流域出口产沙量长序列观测资料来律定且能适用于研究流域的概念性土壤侵蚀模型。模型中引入了分布式水文模型WetSpa Extension作为水文模块,结合流域内试验小区上建立的流量—产沙量经验关系计算侵蚀量,再结合泥沙输移比构建起产沙模块。通过在紫色土地区小流域的应用表明,模型能够得到较合理的流域出口产流量、产沙量以及侵蚀率的空间分布等模拟结果,在没有试验小区的邻近流域地区也具有推广性,且能作为评价水保措施效益的有力工具。该概念性模型对于流域出口泥沙资料稀少的地区具有很高的应用价值和协助流域管理的 潜力。     

改进粒度对比法估算单次农田风蚀量

为了定量估算单次大风蚀事件的土壤风蚀量,该研究采用改进的粒度对比法对2014年春季一次大风蚀事件的农田风蚀量进行了估算。结果表明,在这次风蚀事件中,研究区农田风蚀量在0.35×106~4.11×106 kg/km2之间,平均为1.30×106 kg/km2,平均风蚀厚度0.9 mm。各采样点的风蚀量存在较大差距,翻耕耙平地的风蚀量显著大于莜麦留茬地,是莜麦留茬地风蚀量的2.85倍。这次风蚀事件使研究区2014年农田风蚀量增加了1倍,可见大风蚀事件对农田风蚀量的影响较大,一次风蚀事件产生的风蚀量可能超过多次小风蚀事件的总和。改进后的粒度对比法具有多方面的优势,取样厚度稍有变化,不可风蚀颗粒物的粒径取值范围稍有变化,都不会对公式计算结果造成显著影响。该方法方便快捷,操作简单,适用于地面平坦、不可风蚀物含量较高的农田上大风蚀事件风蚀量的估算。该研究在区域农田土壤风蚀评价和风蚀模型验证方面具有较好的应用前景。     

基于粒度对比法的坝上农田风蚀与粉尘释放量估算

为了计算当前年内的农田风蚀量,该研究利用农田耕作层土壤粒度组成较均一,风蚀使表层可蚀性颗粒减少,不可蚀颗粒含量相对增加这一特点,通过比较一个风蚀季结束后,农田耕作层表层与下层可蚀性颗粒与不可蚀颗粒相对含量的变化,提出了一种估算当前年内土壤风蚀量和粉尘释放量的方法,并给出了风蚀量与粉尘释放量的计算公式。利用此方法对河北坝上地区主要农田类型土壤风蚀量和粉尘释放量进行计算。计算结果表明,2013年研究区农田风蚀量为960～5700 g/(m2·a),平均为2852.14 g/(m2·a),平均风蚀深度为0.21 cm/a,从强度上划分属于重度风蚀。农田平均粉尘释放量为768.16 g/(m2·a),约占农田平均风蚀量的29.00%。粉尘释放量与风蚀量之间有显著的线性相关关系,翻耕耙平地的风蚀量和粉尘释放量显著大于留茬地。该方法的估算结果与前人采用其他方法得到的结果以及实地观测得到的结果基本吻合。     

宁夏农田土壤粉尘释放过程试验研究

为揭示农田土壤风蚀引起的粉尘释放特征,以宁夏4种农田土壤为研究对象,通过室内风洞模拟试验的方式,对试验中粉尘释放进入气流的PM10进行实时监测,以PM10浓度和PM10通量为指标分析了风速对粉尘释放的影响,对比了不同土壤的粉尘释放能力。结果表明:农田土壤风蚀中的粉尘释放具有瞬时性特征;各土样的累积最大PM10通量随风速的变化趋势差异较大,土样PL在风速6~9m/s时引起的最大PM10通量变化最大,土样TX和YC在风速15~18m/s时引起最大PM10通量变化最大;各土样的累积平均PM10通量随着风速的变化趋势一致,呈二次函数增大;平均粉尘通量和风蚀量之间呈对数函数关系;在研究所选4种宁夏农田土壤中,粉尘释放能力在风速达到9m/s后表现出一致且明显的差异,从大到小依次为PLTXYCYN。     

基于LUCC的冀北土石山区东北沟流域土壤侵蚀时空变化分析

 在GIS技术的支持下,利用气候、土壤、植被盖度、DEM、土地利用现状调查和影像等数据,揭示东北沟流域土地利用和土壤侵蚀变化特点,明确土地利用类型与土壤侵蚀的关系。结果表明：1）近20年来流域土地利用变化剧烈,林地增加,草地、耕地和难利用土地减少,林地和草地之间及其内部转化较为明显;2）土壤侵蚀模数由1990年的5136.13t/(km2·a)减小到2009年的1823.30t/(km2·a),土壤侵蚀强度明显减弱,土壤侵蚀由轻度侵蚀(32.78%)和中度侵蚀(28.49%)为主减弱到以微度侵蚀(42.16%)和轻度侵蚀(33.25%)为主;3）不同土地利用类型的平均土壤侵蚀模数均有大幅度的下降,其差异也比较明显,林地、居住建筑用地的侵蚀强度较小,难利用土地土壤侵蚀强度较大。难利用土地是今后水土流失治理的重点区域。