土壤侵蚀预报模型研究进展

介绍了国内外土壤侵蚀预报模型的主要研究成果。所介绍的国外土壤侵蚀预报模型除众所周知的USL E/ RUSL E,WEPP,L ISEM和 EUROSEM外 ,还有浅沟侵蚀预报模型 (EGEM)和切沟侵蚀预报模型。国内的侵蚀预报模型主要有在 GIS支持下的陡坡地包括浅沟侵蚀的坡面侵蚀预报模型、有一定物理成因的坡面侵蚀预报模型和流域预报模型。在总结和评价国内外土壤侵蚀预报模型的基础上 ,提出了中国今后土壤侵蚀预报模型研究的设想。     

国内坡面土壤侵蚀预报模型述评

坡面侵蚀预报模型的研究可加深对土壤侵蚀过程及其机理的认识，为坡面水土保持措施配置提供科学支持。我国坡面侵蚀预报模型研究大体可分为三个阶段：(1)利用主要水蚀区径流小区观测资料，基于美国通用土壤流失方程USLE(Universal Soil Loss Equation)建立坡面侵蚀预报统计模型研究；(2)结合黄土高原侵蚀特点，考虑陡坡地浅沟侵蚀，建立坡面侵蚀预报经验模型研究；(3)基于物理成因的坡面侵蚀预报模型研究。根据我国坡面侵蚀产沙的特殊性及地形的复杂性，提出建立我国坡面侵蚀预报模型应加强的研究领域，即浅沟侵蚀过程及机理、坡面薄层水流、细沟水流以及浅沟水流的水流剥离方程、坡面水沙汇集传递关系和陡坡地侵蚀过程模拟等研究。     

水蚀预报模型研究

土壤侵蚀模型研究是土壤侵蚀学科的前沿领域和水土保持规划的有效手段。概述国外水蚀预报模型的研究进展,并详细述评了国外水蚀预报的经验模型、物理过程模型、基于地理信息系统的水蚀预报模型,细沟侵蚀模型、浅沟侵蚀模型、切沟侵蚀模型和区域侵蚀预报模型。介绍了中国在坡面预报模型和流域侵蚀产沙模型和全国水土流失宏观趋势预测的研究进展,提出了中国水蚀预报模型研究面临的挑战与任务。     

坡面水蚀预报模型研究

基于对我国坡面水蚀预报模型研究成果的述评和考虑坡面土壤侵蚀特征，提出了我国坡面水蚀预报模型的基本形式，给出了模型中各参数，如降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀因子的计算公式，并对土壤可蚀性、作物和水保措施等因子的提取方法进行了讨论。     

浅沟侵蚀过程及预报模型研究进展

浅沟是黄土丘陵沟壑区的重要产沙方式之一，是在径流冲刷和人类耕作共同作用下形成的。介绍了浅沟侵蚀发生发展过程、浅沟水流水力学特性、浅沟侵蚀影响因素、浅沟侵蚀预报模型等进展，提出了今后亟待加强的研究领域，包括浅沟发生的临界动力条件、浅沟发育过程的定量描述、浅沟水流的剥离方程及泥沙搬运能力、动态监测浅沟侵蚀过程的新方法、包括浅沟侵蚀的坡面土壤流失预报模型等。     

降雨和汇流条件下浅沟侵蚀过程试验研究

[目的]探究含沙水流汇入对含有浅沟微地形的裸土和草地坡面的侵蚀产沙过程的影响,为该地区浅沟侵蚀治理提供理论依据,并为坡沟系统的土壤侵蚀模型建立奠定基础。[方法]通过降雨和放水相结合的野外模拟试验和人工建筑的浅沟模型开展研究。[结果]含沙水流汇入裸土浅沟坡面的侵蚀量增加了15%～58%,而对草地浅沟坡面的侵蚀影响不显著,说明草地恢复对于减少由汇流作用的侵蚀具有显著效益。试验条件下裸坡和草地坡面泥沙浓度都在产流开始时达到最大然后逐渐降低,最后达到稳定,然而含沙水流汇入使得泥沙浓度达到稳定所需的时间延长。含沙水流汇入能够显著增加浅沟发育速度,特别是浅沟沟宽和下切深度增加明显,草地恢复可以显著减缓浅沟的下切侵蚀,进而减缓浅沟的发育速度。对于裸土和草地浅沟坡面,含沙水流汇入显著增加了浅沟部位流速,尤其是草地浅沟部位各坡段流速平均增幅达到了55%。[结论]增加含沙水流汇入会显著增加裸坡坡面上的浅沟侵蚀量和浅沟的发育速度,而对草地坡面上浅沟的侵蚀和发育影响不显著。     

黄土区不同空间尺度土壤侵蚀预报模型研究

土壤侵蚀预报模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个层次。坡面尺度主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度不但要考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙及泥沙输移的影响;区域尺度主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。     

晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀及预报研究

细沟间侵蚀是指坡面上细沟未形成之前或细沟形成之后细沟间的土壤侵蚀过程。细沟间侵蚀量预报是整个坡面水土流失预报的一个重要组成部分。本文以晋西黄土丘陵沟壑区的土壤侵蚀为背景,以野外及室内试验资料为基础,论述了降雨动能、土壤抗剪强度、坡度、植被、表土结皮对细沟间土壤侵蚀的影响,提出了坡面一次降雨细沟间侵蚀总量的预报模型。本模型与径流及细沟侵蚀量预报模型结合,可形成一个较为完整的坡面水蚀总量预报模型。     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀及其预报模型研究

在小流域内建立人工径流试验小区和自然坡面径流试验小区,观测天然降雨条件下的土壤侵蚀现象、土壤侵蚀量和小流域出口治沟骨干工程的淤积量,并对小流域土壤侵蚀进行了分类。在特别界定小流域"坡面侵蚀"、"沟道侵蚀"和沟道"重力侵蚀"词语含义的基础上,建立起坡面侵蚀模数和沟道侵蚀模数的预报模型。该侵蚀预报模型具有较高的精度,适用于年降雨量为430mm左右的黄土丘陵沟壑区。     

浅沟发育对土壤侵蚀作用的研究

浅沟是坡面细沟侵蚀发生与发展的产物。浅沟形成后,改变了原坡面形态,加速了侵蚀作用过程,增大了土壤侵蚀量。本文采用人工模拟降雨装置在黄土小区上进行试验,结合野外调查,对浅沟侵蚀进行了研究:坡面浅沟的分布密度变化于10～65km/km~2之间;深度变化于0.3～3m之间,并且以1～2m的为多;新倾斜面的倾角变化于10°～30”之间。在相同降雨条件下,浅沟发育坡面的产沙率比未发育浅沟坡面的产沙率要大,二者可相差3倍多。当雨强为1.31mm/min和2.4mm/min时,有浅沟发育坡面的侵蚀量分别增加0.66倍和0.386倍。据估算,由于浅沟的存在,黄土丘陵沟壑区沟间地坡面的侵蚀量将增加25％左右。     

切沟侵蚀研究现状与存在问题分析

切沟侵蚀在现代土壤侵蚀过程中中占据重要地位,其对流域侵蚀产沙有重要贡献。从切沟发展阶段划分、切沟发展过程的主要方式、切沟侵蚀影响因素、切沟侵蚀预报模型和切沟侵蚀测量技术等方面较全面叙述了切沟侵蚀研究现状,提出了切沟侵蚀研究亟待加强的研究领域有：切沟侵蚀发生演变过程、切沟侵蚀影响机理,切沟侵蚀预报模型,切沟侵蚀研究法与技术。     

国外水蚀预报模型述评

除对中国学者已熟悉的CSLE,RUSLE,WEPP,EROSEM,LISEM,GeoWEPP模型进行述评外,还介绍了近年来新研发的区域侵蚀预报模型(SEMMED)、细沟侵蚀预报模型(RILLGROW)、浅沟侵蚀预报模型(EGFM)以及切沟侵蚀预报模型(GULTEM,DIMGUL,STABGUL),讨论了这些水蚀预报模型在我国推广应用面临的问题。     

基于统计学模型的沟道侵蚀敏感性评估的研究进展与展望

侵蚀沟的发生通常会造成区域严重的环境破坏和经济损失。开展沟道侵蚀敏感性评估有助于相关部门采取合理有效的措施抑制并降低沟蚀的发生,对改善区域环境、维持粮食生产能力,保障经济健康发展具有重要意义。该文从沟道侵蚀敏感性评估流程、数据基础以及统计学模型的应用3个方面,系统地介绍了该方向的研究进程,列举了各分类下统计学模型的优缺点,分析了该方向的相关研究进展,对比了不同研究之间的应用条件,并指出,未来研究还需实现迁移学习和时间序列模型在沟道侵蚀敏感性评估中的应用,以及深度学习模型与侵蚀沟发育物理机制相互融合,从而为改进和加强统计学模型与沟道侵蚀敏感性评估之间交叉应用,推动土壤侵蚀学科发展,为区域发展规划奠定理论与技术基础。     

1991-2020年全球沟蚀研究进展

[目的] 分析1991—2020年国内外沟蚀领域不同时期的国际研究形势、研究现状以及研究热点的变化趋势,定量分析沟蚀测量技术和沟蚀模型的发展趋势,旨在促进沟蚀研究的深入发展并为相关领域学者提供参考信息。[方法] 采用Web of Science核心合集中1991—2020年的2 568篇沟蚀相关文献进行计量分析,使用VOSviewer软件对国家和机构研究形势以及沟蚀研究热点变化趋势进行可视化分析。[结果] 近30 a沟蚀的研究呈现上升趋势,且在2011—2020年迅猛上升。中国(23.7%)和美国(20.8%)为沟蚀研究的主要国家,发文量占全球的44.5%,且两国间合作更密切。全球沟蚀研究排名前10的机构中,中国的机构占3所(中国科学院、西北农林科技大学和北京师范大学)。沟蚀研究涉及多个学科领域,以地质学最多。沟蚀影响因子、沟蚀测量技术和沟蚀研究模型为沟蚀领域主要研究热点。径流、土地利用、植被、降雨和土壤等影响因子一直是沟蚀研究的重点。近些年气候变化特别是极端降雨对沟蚀的影响越来越受重视。高精度的3 D立体测量技术逐步替代2 D平面测量技术,并得到广泛应用。经验模型应用早,应用最广泛,2000年之后基于定量分析的估算模型开始建立,提高了沟蚀监测及预报的精度。[结论] 未来沟蚀研究应在植被恢复后极端降雨下沟蚀的形成、不同因素对于沟蚀过程的交互影响、沟蚀监测新方法的开发以及沟道侵蚀过程预测模型等方面加强工作。     

国内主要流域侵蚀产沙模型评述

流域侵蚀产沙模型是国际土壤侵蚀研究的重点领域之一,国内以往进行了较多研究,建立了许多模型。正确分析和评价这些模型对于合理地使用它们进行流域侵蚀产沙预报和水土保持规划等工作具有重要意义。从研究方法、模型结构、模型中各参数的确定等方面对我国主要流域侵蚀产沙经验模型和具有一定成因的模型进行了分析,并在此基础上对各模型进行了评价。     

切沟侵蚀监测与预报技术研究述评

切沟侵蚀作为一种常见的土壤侵蚀现象,不仅破坏土地资源,也是河流泥沙的主要来源之一;但是,由于切沟侵蚀机制复杂,研究手段欠缺,切沟侵蚀研究进展缓慢。切沟侵蚀监测技术是研究切沟不同发育阶段侵蚀速率和构建切沟预报模型的基础。近年来,高精度GPS、三维激光地形测量以及RS和GIS等切沟侵蚀监测技术取得了新进展,尤其是高分辨率遥感的应用为较大时空尺度的切沟侵蚀监测提供了可能性。世界范围的切沟侵蚀监测成果表明不同地区切沟侵蚀速率主要为0.16～15 m/a。切沟侵蚀预报技术进展缓慢,现阶段还没有广泛应用的切沟侵蚀预报模型。利用高分辨率航空和卫星影像及三维激光测量等新技术,开展较大尺度的切沟侵蚀监测是近期的研究热点和主要发展趋势,而从长远来看,发展切沟发育和侵蚀的经验和机制模型、进行不同时间尺度的切沟侵蚀预报是切沟研究领域的发展方向。     

我国水蚀预报模型研究的现状、挑战与任务

 土壤侵蚀模型研究,是土壤侵蚀学科的前沿领域和水土保持规划的有效手段。述评了我国在坡面预报模型和流域侵蚀产沙模型、区域水土流失评价模型和全国水土流失宏观趋势预测的研究进展,提出了中国水蚀预报模型研究面临的挑战与任务,指出了我国水蚀预报模型近期研究重点。     

Gully erosion modelling and landscape response in the Mbuluzi River catchment of Swaziland

In southern African countries soil erosion and the related problems, such as water quality issues or decreasing soil productivity, are the main topics affecting the inhabitants of both rural and urban areas. Therefore, the attention has been recently placed on those problems related to soil erosion. This can also be documented by an increasing number of studies carried out on erosion and by the development and application of erosion models. Nevertheless, gully erosion phenomena have been widely neglected in erosion modelling. This is because the development of erosion models was focused on those regions with an intense agriculture typical of developed countries on the one hand, and because of the spatial and temporal heterogeneity of gully erosion processes on the other hand. This study regards the identification of gully erosion forms and processes in the Mbuluzi River catchment (Kingdom of Swaziland) by using the Erosion Response Units (ERU) concept. The following modelling of gully erosion was done through the stable gully model [Catena 37 (1999) 401]. The input data were obtained through the application of remote sensing techniques (API method) and GIS-analyses. The example from Swaziland shows that the applied methods are able to identify areas affected by gully erosion. Furthermore, it is possible to estimate the amount of soil loss due to gully erosion, which, for example, is not taken into consideration by the USLE-type models.