土壤水蚀预报模型研究进展-地理学报
水蚀预报模型的分析
水蚀预报模型的分析土壤侵蚀预报是土壤侵蚀研究的核心内容，同时也是进行水土流失监测、评价水土保持效益、合理布设水土保持措施的工具。
目前，国内外水蚀预报模型按照不同的分类依据，主要可以分为以下几种类型：(1)根据研究区范围大小，主要可以分为坡面模型(HillslopeModel)、流域模型(WatershedModel)和区域模型(RegionModel)。
坡面模型如USLE，小流域模型如LISEM，区域模型如SEMMED。
(2)根据模型建立的方法和对水蚀过程的模拟，可以分为经验预报模型(EmpiricalModel)、物理过程预报模型(Physically－basedModel)。
经验预报模型依据实际观测资料，采用数理统计分析的方法，建立坡面、流域或区域侵蚀产沙量与其主要影响因素之间的经验关系式，例如美国建立的通用水土流失方程USLE(U-niversalSoilLossEquation)、RUSLE(RevisedUniversalSoilLossEquation)［1-2］，我国建立的刘善建模型、江忠善模型、CSLE(ChineseSoilLossEquation)等［3-5］;物理过程预报模型是对整个事件或系统过程的模拟，以侵蚀产沙的基本物理过程为基础，利用水文学、水力学、土壤学、泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理，根据降雨、下垫面状况等来描述土壤侵蚀产沙过程，通过对复杂的侵蚀产沙现象和过程的概化，建立模型的整体结构和微观结构，并用实际观测资料来优选和决定模型中的参数，如美国建立的WEPP(WaterErosionPredictionProject)［6］、澳大利亚建立的GUEST(GriffithUniversityErosionSystemTemplate)等［7］。
(3)根据是否反映时空差异，区分为集总式模型和分布式模型。
集总式模型以整个流域为预报对象，不反映其内部差异，而分布式模型则按照一定的方法将流域划分成一个个相对均质的网格，按照一定的数学法则来计算每个网格单元的侵蚀量，并将计算结果推演到流域出口，得到整个流域土壤侵蚀量。
SWAT模型研究进展
SWAT模型研究进展SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）是一种流域水文模型，广泛应用于水资源管理和水环境保护领域。
该模型能够模拟流域内的水文过程、气象过程、土壤侵蚀、农田管理等，并提供决策支持工具，用于评估不同土地利用和水资源管理方案对流域水资源的影响。
SWAT模型的开发始于上世纪80年代末，目前已经发展成为全球范围内应用最广泛的流域水文模型之一。
通过模拟流域内的水量平衡、水质变化、土壤侵蚀等过程，SWAT模型能够为大规模的流域提供全面的水资源管理和保护方案。
在模拟水文过程方面，SWAT模型主要基于水文循环模拟流域内的水量变化。
模型通过计算降水、蒸发蒸腾、径流、地下水流等各个过程的变化，得出流域内水量的平衡。
在模拟农田管理方面，SWAT模型可以模拟不同土地利用类型以及不同农田管理措施对流域水文过程的影响。
通过对农田水文过程的模拟，可以评价不同农田管理措施对流域水资源利用和保护的效果，为农业可持续发展提供决策支持。
在模拟土壤侵蚀方面，SWAT模型基于RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）模型，可以模拟流域内土壤侵蚀的过程。
流域内不同土地利用类型、坡度、土壤类型等因素对土壤侵蚀的影响，可以通过SWAT模型进行模拟分析。
1. 模型参数优化：SWAT模型需要估计大量的参数，包括土壤参数、植被参数、水文参数等。
为了提高模型的模拟精度，研究者们通过观测数据和模拟结果的比较，不断优化模型参数，提高模型的模拟能力。
2. 模型应用扩展：SWAT模型最初是用于农田和小流域的研究，但后来研究者们将其应用于大流域和全球范围的研究。
通过扩展模型的空间尺度和时间尺度，可以更好地理解和管理大规模流域的水资源。
3. 多模型集成：SWAT模型通常与其他模型相结合，进行综合模拟。
将SWAT模型与气象模型、水质模型、生态模型等进行集成，可以更全面地模拟流域的水资源和生态系统。
干旱半干旱地区农田土壤水热及Hydrus模型模拟研究进展
干旱半干旱地区农田土壤水热及Hydrus模型模拟研究进展摘要：土壤水热情况是影响干旱半干旱地区农业生产得到重要指标，大量研究认为水热运移连续动态过程的缺失是制约水热调控的重要因素，目前普遍认为土壤表层土壤对于作物生长具有重要意义，而深层土壤研究相对较少，但是它可以直接影响上层土壤水热，从而影响作物生长。
Hydrus模型是一种应用十分广泛的模型，它在水热模拟方面具有较高的灵敏度和准确度，可以精准模拟和预测土壤水热变化，因此在未来农业生产中，利用该模型可以有效提高农业生产效率。
关键词：土壤、干旱半干旱地区、水热、Hydrus模型一、研究意义干旱缺水是制约干旱半干旱地区农业发展的主要因素[1]。
以黄土高原为例，该地区降雨不仅少而且集中，7-9月期间降雨量可达全年的60%-70%，强降雨事件突出，季节性变化明显，年际变化十分显著。
因此研究和解决干旱半干旱地区土壤水热问题一直以来是关注的热点。
水热利用效率是衡量作物可利用水分的重要指标，在降雨非常有限的旱作农业区，如何提高水分有效性显得非常重要。
因此大量研究就如何提高作物水分利用效率与作物产量的耕作措施与栽培模式进行了深入研究。
二、研究现状覆膜下由于地表条件的改变势必会同时引起土壤水分和温度的显著变化，特别是土壤水汽扩散会影响土壤温度的变化[2]，而土壤之中不同部分的温度与水分各不相同使得能量与水分产生了迁移的条件，使得高热量部分热量向低热量部分传递热量，高水分含量部分水量向着低含水量部分传递；同时由于土壤内部颗粒组成不同，各部分土壤的粒级组成也大不相同，导致不同部分土壤水势的表面张力与土壤导水率的粘性系数各不相同，由此使得各部分土壤水分由水势高的部分向水势低的部分运移，同时产生了热量的运移，因而土壤水热变化过程必然相互耦合。
而以往的研究往往关注覆膜对产量的影响，而旱地覆膜栽培下土壤水热耦合的特征研究还比较缺乏。
干旱和半干旱地区，作物通过对土壤水热的吸收和传输利用对农田生态系统能量平衡具有重要影响作用。
土壤侵蚀预报模型是定量评价土壤侵蚀过程与强度
C因子在1965年版的USLE方程中被称为耕作管理因(cropping management factor)，自1978年版的USLE后，改称为覆盖与管理因子(cover and management factor))3(。
植被覆盖和土地管理措施是土壤侵蚀的主要抑制因素之一．通用土壤流失方程(USLE)中的植被覆盖与田间管理因子(C)是评价这种抑制作用的有效指标，并被广泛采用和深入研究。
虽然C 因子名称发生了改变，但其本质并未发生任何变化，均是指一定条件下有植被覆盖或实施田问管理的土地土壤流失总量与同等条件下实施清耕的连续休闲地土壤流失总量的比值，完全没有植被保护的裸露地面C 值取最大值1, 地面得到良好保护时, C 值取0～001, C 值介于0.001～1)12(。
研究表明, C 因子要受到诸如植被、作物种植顺序、生产力水平、生长季长短、栽培措施、作物残余管理、降雨时间分布等众多因素的控制,这使得对C 因子值的直接计算往往难以进行)3(。
C 因子主要体现了覆盖和管理因子对土壤侵蚀的综合作用, 其值大小最主要还是取决于具体的植被覆盖、耕作管理措施, 因此C 因子值主要和土地利用类型有关)11(。
早在1936年，植物覆盖就被列为土壤侵蚀的1个影响因素1940年Zingg第1次给出土壤侵蚀量(X)的定量表达式XoCSL，其中S为坡度，L为坡长。
次年，Smith 把种植制度(C)和水土保持措施(P)2个因子第1次引入土壤流失估算方程：A =S57L3P在1947年，Browning加入了田间管理因子。
同年Musgrave将植物覆盖、田间管理和水土保持措施3个因素综合考虑，作为1个因子计算，并给出定量评价表格。
并在美国玉米带成功地应用了上述方法估算土壤流失量, 称为“坡面应用方程”。
这一成功, 导致“Musgrave 方程”)2(的出现,即Musgrave 在总结上述方程应用的基础上, 力求拓宽方程的应用区域, 重新估价了以往方程中使用的变量, 并增加了降雨因子, 给出方程形式为：A = I75.1S35.1L35.0CK式中, I 是2年一遇30min降雨量。
土壤风蚀可蚀性研究进展
土壤风蚀可蚀性研究进展土壤风蚀是指风力对土壤表面颗粒的扬起和移动作用。
土壤风蚀是一种自然界常见的地表侵蚀过程，具有广泛的地理分布和极大的环境影响。
随着全球气候变化的加剧和人类活动的扩张，土壤风蚀问题日益凸显，对土地资源和生态环境的破坏日益加剧。
因此，土壤风蚀的可蚀性研究对于合理利用土地资源，保护生态环境具有重要意义。
土壤风蚀的可蚀性研究从传统的灌溉与排灌工程、土壤物理学研究方法逐渐发展到综合分析模型、遥感技术和数值模拟研究等多领域交叉应用的研究方法。
可蚀性的研究主要包括了土壤侵蚀类型、土壤可蚀性指标、土壤保持措施和土壤侵蚀模型等方面。
首先，土壤侵蚀类型是可蚀性研究的基础。
根据土壤移动的形式和特点，土壤侵蚀可以分为风蚀、水蚀和冻蚀等几种类型。
风蚀是其中的一种重要类型，是指风力对土壤表面颗粒的扬起和移动作用。
了解不同类型的土壤侵蚀对于制定相应的土壤保持措施和进行可蚀性评价具有重要意义。
其次，土壤可蚀性指标是研究可蚀性的重要内容之一、土壤可蚀性指标是根据土壤的物理性质和环境条件量化评价土壤抗风蚀能力的指标体系。
主要包括了土壤颗粒分析、土壤质地、孔隙度、含沙量、风蚀易损性指数等。
通过对这些指标的研究，可以定量评估土壤的抗风蚀能力，并制定相应的土壤保持措施。
再次，土壤保持措施是可蚀性研究的重要内容之一、针对不同地区和土地利用类型，不同的土壤保持措施应运而生。
例如，在农业地区，可以采用合理的耕作措施、植被恢复和建立防风林等来防治土壤风蚀。
在工业区和城市区域，可以采用封闭措施、遮挡措施和确保坡面覆盖等措施来防治土壤风蚀。
通过对土壤保持措施的研究，可以减少土壤风蚀的发生和影响，保护土地资源和生态环境。
最后，土壤侵蚀模型是可蚀性研究的新的发展方向。
传统的土壤侵蚀模型主要是基于实验数据和经验公式，具有一定的局限性。
而近年来，随着计算机技术和遥感技术的迅速发展，基于物理学原理的数值模拟模型在土壤侵蚀研究中得到了广泛应用。
土壤水分运移模拟研究进展
土壤水分运移模拟研究进展随着气候变化和环境污染日益严重，土壤水分运移模拟研究备受关注。
土壤水分运移对于农业、生态环境和水资源管理具有重要意义。
通过深入研究土壤水分运移规律，可以为农作物的生长发育、地下水资源的管理和环境保护提供科学依据。
土壤水分运移模拟研究是利用模型模拟和分析土壤中水分的运移过程，以研究土壤水分的分布和变化规律。
土壤水分运移模拟研究主要包括土壤水分运移模型的建立和参数优化、模拟方法及技术的改进和应用等方面。
目前，土壤水分运移模拟研究已经取得了许多进展。
一、土壤水分运移模型的建立和参数优化经验模型是利用实验数据建立的经验公式来描述土壤水分运移规律，具有简单、易于应用的特点。
近年来，随着计算机技术的发展，人工神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）等机器学习方法在土壤水分运移模型中的应用也得到了广泛关注。
物理模型是基于土壤水分运移规律的数学方程，考虑土壤水分传导、蒸发、蓄水等物理过程，具有较强的物理机理基础。
目前，Richards方程是描述土壤水分运移的最基本的物理模型之一，该模型考虑了土壤孔隙度、湿度和水分势等因素，可较准确地描述土壤水分运移规律。
土壤水分运移模型的参数优化是指通过采集实验数据和现场观测资料，利用参数反演方法来获得模型参数的具体数值，以提高模型的精度和适用性。
参数优化方法包括了常规的试验参数法、优化算法、贝叶斯方法等。
通过参数优化，可以提高模型对土壤水分运移的描述能力，为模拟土壤水分的实际情况提供有力的支持。
二、模拟方法及技术的改进模拟方法及技术的改进是土壤水分运移模拟研究的关键环节。
在土壤水分运移模拟研究中，常用的模拟方法包括数值模拟和实时监测模拟。
数值模拟是利用计算机模拟土壤水分的运移规律，可以对土壤水分在时间和空间上的变化进行较为准确的模拟。
目前，有限元法、有限差分法和有限体积法等数值模拟方法已经广泛应用于土壤水分运移模拟研究中，有效地提高了模拟的精度和可靠性。
土壤水蚀分布式预报模型研究述评
１ 国外主要分布式土壤侵蚀预报模型
１ １ Ｓ Ｅ模型 ． Ｈ
Ｔ Ｐ Ｄ Ｌ（ ｏｏｒｐ ｙｂ ｓ ｙｒｌ ｉａ Ｍ ｄ１ Ｏ ＭＯ Ｅ Ｔ ｐｇａｈ ａｅ ｈｄｏ ｇｃｌ ｏ ｅ）模 型是 ｄ ｏ
１７ 年 由 Ｂｖｎ Ｋｒ ｙ ９９ ｅｅ 和 ｉｂ 提出 的以变动 产流面 积概念 为基础 ｋ
的一个半分 布式小 流域 土壤水 蚀预 报模 型＿ 。该 模 型 以地形 ２ Ｊ
空间变化为主要结构 ， 用地形信 息 ［ 如地形 指数 Ｉ（ ／ ｎ ） ｎ ａ ｔ ／ 或 ａ３
土壤地形指数 ｉ（／ ｏａ ） ｎ ｒ ｔ 描述水流趋势和由于重力排水作
用 径流沿坡 向的运动 。其基本方程为
土壤面蚀计算模 型为 Ｄ ＝Ｋ（ 一１ ） （） ２
在水土流失规律 研究 中 ， 立土壤 侵蚀 预报 模 型 ， 建 可有 效 地指导水土保持 规划编 制与开 展综合 治理 。随着 科研 工作 者 对 土壤侵蚀机理研究的不断深入 ， 土壤侵蚀 预报模 型存传统 的 集 总式概念模型与物理过程模型 的摹础 上 ， 已逐步 向分布式 模
式 中 ： 流域 内任一点 处的饱 和缺水 量 ， Ｓ为流域 平均 Ｓ为 ｍ； 饱和缺水量 ， ｍ为土壤 空 隙率 尺度参 数 ， Ａ为地 形指 数 ｌ ｍ； ｍ； ｎ （ ／ａ／ 的流域分布平均值 ； 为通 过单位 等高线 长度 累计 的 ａｔ ３ ｎ） 汇水面积 ， 口为 网格平均坡度 ，。 。 ｍ； （ ） 式 （） ３ 表明 ， 流域 内任何点 处 的饱 和 缺水量 由流域 平均
［ 关键词］土壤侵蚀 ； 水力侵蚀 ； 预报模型 ； 布式模型 分 ［ 摘 要 ］随着对 土壤水蚀形成过程及其模拟研 究的深入 ， 侵蚀预报 模型 已 由经验模 型、 物理过 程模 型向分布 式模 型发
SWAT模型研究进展
SWAT模型研究进展SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）是一种广泛应用于流域水文学研究和水资源管理领域的数学模型。
该模型能够模拟流域内的水循环过程，包括降雨、蒸发、径流以及土壤水分平衡等，并可以评估人类活动对水资源的影响。
以下是SWAT模型在近年来的研究进展。
1. 模型参数优化：SWAT模型具有大量的参数，不同的参数设置会对模拟结果产生显著的影响。
近年来，研究者们通过使用多准则优化算法和敏感性分析方法来优化模型参数，提高了模型的模拟能力和精度。
2. 模型应用扩展：SWAT模型在不同流域的应用得到了广泛地扩展。
研究者们不仅将该模型应用于农业管理和水资源规划方面，还将其用于水质模拟、河流蓄积湖规划和气候变化研究等领域，提高了模型的适用性和可靠性。
3. 模型耦合和集成：SWAT模型已被广泛用于与其他模型的耦合和集成，以进一步提高对流域水文过程和水资源管理的理解。
研究者们将SWAT模型与水动力学模型、生态模型和全球气候模型等相结合，以探讨流域的水文生态系统响应和全球气候变化的影响。
4. 模型不确定性分析：SWAT模型的应用需要对各种不确定性进行分析，以提高模拟结果的可靠性和准确性。
研究者们使用蒙特卡洛模拟、贝叶斯统计和基于信息熵的方法等，来评估模型结果的不确定性，并找出模型输入数据和参数的主要驱动因素。
5. 模型改进和发展：SWAT模型的改进和发展仍然是当前研究的热点之一。
研究者们不断研究和改进模型的各个方面，如改进蒸发和蒸腾机制的模拟、增加水质过程模块、考虑不同土地利用类型的动态变化等，以提高模型的准确性和适用性。
SWAT模型在流域水文学研究和水资源管理方面具有广泛的应用前景。
随着不断的研究和改进，该模型将能够更好地模拟流域内的水循环过程，并为流域的水资源管理提供更准确的科学依据。
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文章编号:1000-0585(2001)03-0274-08收稿日期:2001-01-05;修订日期:2001-05-15基金项目:国家自然科学青年基金(40001014);国家重点基础研究发展规划项目(G2000018602)作者简介:张光辉(1969-),男,甘肃静宁人,博士,现为北京师范大学资环系博士后,主要从事土壤侵蚀水动力学机理方面的研究工作。
土壤水蚀预报模型研究进展张光辉(北京师范大学资源与环境科学系,北京 100875)摘要:对土壤侵蚀进行准确预报,是指导水土保持措施优化配置、水土资源保护与持续利用的有效工具,对于退化生态系统的重建具有重要的意义。
在对国外土壤侵蚀模型发展过程进行简单回顾的基础上,重点对我国土壤水蚀预报模型的研究进展做了详尽的分析,并从研究方法和研究内容两个方面,论述了今后我国土壤侵蚀模型研究中亟待解决问题。
关 键 词:土壤水蚀;侵蚀模型;研究进展中图分类号:S157.1 文献标识码:A土壤侵蚀造成大量水土资源的流失,营养元素的迁移、泥沙淤积水质污染等不良后果。
因而研究土壤侵蚀发生、发展的机理,进而对其进行预报,具有重要的实践意义。
从总体结构而言,现有土壤侵蚀模型可以分为经验统计模型和理论模型两大类型。
1 国外水蚀预报模型简述国外土壤侵蚀统计模型的发展过程,可以大致划分为三个阶段:第一阶段是从1877年德国土壤学家Ew ald Wollny 定量化研究土壤侵蚀开始[1],到美国通用土壤流失方程出现以前结束。
这一阶段的研究工作主要围绕影响水土流失的单个因子展开,诸如坡度、覆盖、坡长等,大量径流小区的建立和观测,促进了统计模型的发展,其中H.L.Cook [2]、A.Zingg [3]、和D.Smith [4]等人的研究为美国通用土壤流失方程USLE (U niversal Soil LossEquation)的建立奠定了基础。
第二阶段是1965年USLE 问世,到80年代初期。
1965年W.Wischmeier 和D.Smith 在对美国东部地区30个州10000多个径流小区近30年的观测资料进行系统分析的基础上,提出了著名的通用土壤流失方程USLE [5]。
A =R #K #L S #C #P (1)该方程较为全面地考虑了影响土壤侵蚀的自然因素,通过降雨侵蚀力(R )、土壤可蚀性(K )、坡长坡度(LS )、作物覆盖与管理(C)和水土保持措施(P )五大因子进行了定量计算。
在这一阶段,U SLE 占居了主导地位,深刻影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方法和思路,在随后的很多年里,世界各地的大部分研究都是对USLE 中五个因子在不同地区的修正和应用。
1978年,W.Wischmeier 和D.Sm ith 针对应用中存在的问题,对U SLE 进行了修正[6]。
第三阶段是从80年代初期到RUSLE 的完成。
随着对土壤侵蚀第20卷 第3期2001年7月地 理 研 究GEOGRAPH ICAL RESEARCH Vol.20,N o.3July ,20013期张光辉:土壤水蚀预报模型研究进展275机理认识的不断深入和计算机技术在土壤侵蚀领域应用的不断成熟,对土壤侵蚀过程进行预报势在必行,为此,美国土壤保持局对USLE进行了修正,于1997年建立了USLE的修正版RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation)[7]。
RU SLE的结构与USLE相同,但对各因子的含义和算法做了必要的修正,同时引入了土壤侵蚀过程的概念,如考虑了土壤分离过程等。
与U SLE相比,RU SLE所使用的数据更广、资料的需求量也有较大提高,同时增强了模型的灵活性,可用于不同系统的模拟。
自80年代以来,众多土壤侵蚀理论模型相继问世,其中以美国的WEPP[8]、欧洲的EUROSEM[9]、LISEM[10]、澳大利亚的GUEST[11]最具代表性。
其中WEPP模型是目前国际上最为完整,也是最复杂的土壤侵蚀理论模型,它几乎涉及到与土壤侵蚀相关的所有过程,而LISEM模型则实现了土壤侵蚀模型与GIS技术的有效结合,使研究结果更具直观性和可视性。
这些模型的基本结构比较相似,大体都包括降雨截留、击溅、入渗、产流、分离、泥沙输移、泥沙沉积等子过程。
上述模型在土壤分离、泥沙输移及沉积的动力学基础方面存在较大的差异。
WEPP模型采用了径流剪切力,EUROSEM和LISEM模型采用了单位水流功率[12],而GUEST模型则采用了水流功率]13]。
众所周知,剪切力、水流功率和单位水流功率间存在明显的差异,何者更能准确地描述土壤侵蚀过程,或者各自的适用范围如何,仍需要进一步深入研究。
在应用上述土壤侵蚀理论模型的同时,土壤侵蚀机理方面的研究仍在继续。
Elliot和Laflen[14]研究表明,利用有效水流功率更能准确地描述土壤侵蚀过程,1999年Naering等人的研究也表明了上述观点[15]。
对于径流挟沙力的准确预测,目前仍是一大难题,Gov-ers在研究无粘性土壤颗粒输移时发现,利用流量和坡度的幂函数可以较为理想地模拟径流挟沙力[16],然而Gary Li的的实验结果[17]并不支持Govers的观点。
坡度是影响土壤侵蚀的重要因素,长期以来倍受关注,也是争论的焦点所在。
到目前为止,坡度对水流速度和阻力的影响仍存在较大争议,Rauw s[18]用人为制造槽率的方法研究表明,雷诺数和阻力系数均是坡度的函数,随着坡度的增大,水流速度增大,但粗糙表面增大的幅度比光滑表面增大的幅度小。
Abrahams[19]在研究细沟水动力特性时,也得到了类似的研究结果。
1992年Govers在研究侵蚀细沟时发现,在陡坡条件下,随着坡度的增大,侵蚀加剧,细沟形成糙率随着增大,相应阻力增大,因坡度增大带来流速增大的趋势被增大的阻力所抵消,因而流速只是流量的函数,不随着坡度的增大而增大,Near-ing[20]在Arizona的研究支持了Govers的观点。
究竟坡度对土壤侵蚀的影响如何,尚待进一步的深入系统研究。
2国内土壤水蚀模型研究进展211经验模型从40年代到70年代初期,大量小区研究工作逐渐展开,在土壤侵蚀类型及其分布、单因子对土壤侵蚀的定量影响、土壤侵蚀相关概念等诸多领域取得了长足进展[21~23],这些研究为我国土壤侵蚀经验统计模型的建立和发展奠定了一定的理论基础。
从80年代开始,美国通用土壤流失方程(USLE)对我国土壤侵蚀统计模型的研究产生了深远的影响。
根据方程的基本思路,我国开展了大量的系统研究,在降雨特性[24,25]、降雨侵蚀276地理研究20卷力[26~28]、土壤可蚀性[29~31]、坡度坡长因子[32,33]、植被覆盖因子[34]、植被的水土保持效益[35~37]等方面取得了一系列研究成果,积累了丰富的资料。
土壤侵蚀是在降雨作用下土壤颗粒离开地表并随径流输移的过程,因而对降雨侵蚀力R的研究十分重要。
王万忠等[38]认为,最大30min雨强I30可以作为降雨侵蚀力计算的最佳参数,并建立了次降雨侵蚀力、年降雨侵蚀力和多年平均降雨侵蚀力的简易算法,绘制了全国降雨侵蚀力等值线图,分析了全国降雨侵蚀力的时空特征。
这些工作的完成,为分析我国土壤侵蚀地区特征和评价土壤侵蚀潜势提供了理论基础。
土壤可蚀性指标K是指单位降雨侵蚀力在标准小区上所造成的土壤流失量,是土壤侵蚀预报和土地利用规划的重要参数,一般根据土壤组成利用诺谟图进行查算。
由于所使用的土壤质地分类方法的不同(我国许多土壤的质地都是按照前苏联制划分的),需要对现有土壤质地资料进行转换,采用二次样条函数插值法则是比较理想的方法,可以取得比较理想的结果[38]。
由于我国陡坡地被广泛开垦,陡坡地是土壤侵蚀的主要发源地,为有效分析现有观测资料,选择合理的标准小区仍是一至关重要的任务[39]。
在统计模型中,通常将坡长和坡度一起考虑,通过LS因子的计算来反映地形地貌特征对土壤侵蚀的影响。
在过去的研究中,我国学者针对不同的地区特点,建立了不同形式的LS因子算法。
刘宝元[32]在研究坡度坡长因子时发现,当坡度大于50%时,用RUSLE 计算的S值仅为U SLE计算结果的一半,随后他根据天水、安塞、绥德三个试验站的径流小区资料,建立了陡坡条件下坡度因子S的算法,即S=21191sin H-0196(2)(2)式的建立是对USLE和RU SLE的完善,曾得到广泛地应用。
与坡度因子累似,坡长对坡面土壤侵蚀具有重要影响,在U SLE和RU SLE中,坡长因子被定义为坡长的幂函数,其指数m随着坡度的不同而选择不同的值,当坡度为60%时,USLE和RUSLE 的指数m分别为015和0171,刘宝元等人[33]研究的结果表明,当坡度从20%增加到60%时,指数m没有随着坡度的增大而增加,其值为0144,并且发现随着降雨强度的增大,指数m随着增加。
坡长因子可以用(3)式计算:L=(K/22113)0144(3)植被具有较强的水土保持功效,它通过截留[40]、改良土壤结构、增加入渗[41]、增加地表糙率、延缓径流流动时间[42]、增大径流蓄积量[43]、增大土壤抗冲性[44]等多种途径,发挥其水土保持作用。
但由于实验方法、植被类型、植被结构、立地条件等诸多方面的差异,所得研究结论并不完全一致。
在统计模型中,通常利用C值来综合考虑植被的影响。
在我国,张宪奎[45]、于东升[46]、林素兰[47]、江忠善[48]等人对不同地区的C值做了研究,虽然取得了一定的结果,但由于研究方法不统一,研究结果的可比性很差,只能供研究区域参考,无法进行大面积推广应用。
不同土地利用条件的土壤表面特性(随机糙率、土壤粘结力、团粒稳定性)差异显著,从而使不同土地利用类型下的土壤具有不同的抗冲性和抗蚀性[49],进一步影响到径流和土壤侵蚀[50]。
我国对单个土地利用条件下的产流产沙过程研究很多[51~53],但缺乏系统性,研究结果尚无法在中、大尺度上推广,因此在今后的研究工作中,应逐步加强土地利用方式对土壤侵蚀影响的宏观研究。
212理论模型3期张光辉:土壤水蚀预报模型研究进展277与国外相比,我国土壤侵蚀理论模型的研究仍处在初期阶段,模型结构比较简单,模型思路基本都是借鉴国外经验基础上发展起来的。
1981年,牟金泽、孟庆枚[54]根据黄土丘陵沟壑区径流小区观测资料,建立了黄土丘陵区流域土壤侵蚀模型,为我国土壤侵蚀理论模型的建立作了一定的尝试。
谢树楠等人[55]从泥沙运动力学的基本原理出发,在一系列假定条件下,建立了坡面侵蚀量与雨强、坡长、坡度、径流系数和泥沙中数粒径间的函数关系,并用黄河中游三个中等流域(裴加沟、韭园沟、偏关河)的侵蚀实测数据对模型进行了精度检验。