EPIC模型中土壤侵蚀量的数学模拟
EPIC 模型中土壤侵蚀量的数学模拟
李 军1，2
（1. 西北农林科技大学农学院，陕西杨陵 712100；
2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨陵
712100）
摘 要：土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC 是一种较有影响的农田生产管理和水土资源评价模型。本文简要介绍了EPIC 模型中对侵蚀气象因素、土壤水蚀量、土壤风蚀量、侵蚀中营养物质流失量以及土壤耕作对侵蚀影响等环节进行数值模拟的主要数学方程，可供农田水土资源管理定量评价研究中借鉴。
关键词: EPIC 模型，土壤侵蚀，数学方程
土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC （Erosion －Productivity Impact Calculator ）（Williams 等，1984）是美国研制的一种基于“气候－土壤－作物－管理”综合连续系统的动力学模型，可以评价土壤侵蚀对土壤生产力的影响，用来估计农业生产和水土资源管理策略的效果。EPIC 模型由气象模拟、水文学、侵蚀泥沙、营养循环、农药残留、植物生长、土壤温度、土壤耕作、经济效益和植物环境控制等模块组成，包含了三百多个数学方程。本文仅简要介绍该模型中定量模拟描述土壤侵蚀量的主要数学方程，可供在我国农田水土资源管理定量评价研究中借鉴。 1 侵蚀气象因子模拟
1.1 降水量
EPIC 的降水模型是一重Markov 链模型，需要输入降水的逐月概率和雨－晴天转换概率。雨天的概率直接用雨天日数来计算：
（1） ND
NWD PW /=（1）式中，PW 是雨天概率，NWD 是雨天日数，ND 是该月的天数。晴天之后为雨天的概率可以用PW 的比例来表示：
（2）
（3） PW
D W P β=)/()
/(0.1)/(D W P W W P +?=β（2）、（3）式中，P （W/D ）是晴天之后为雨天的概率，P （W/W ）是雨天之后为雨天的概率，β是一个控制降水事件发生时间间隔的系数，取值范围通常为0.6～0.9。
当降水事件发生时，采用日降水量的偏正态分布计算降水量：
（4） k k k k k i i R RSDV SCF SCF SCF SND R +??????
???????????????+?=11)0.6)(0.6(3（4）式中，R 是第i 天降水量（mm ），SND 是第i 天的标准正态偏差，SCF 是离散系数，RSDV 是日降水量的标准差（mm ），k R 是第k 月的平均日降水量。
如果标准差和离散系数未知，模型采用修订的指数分布模拟日降水量： 基金项目：国家自然科学基金项目（40371077和30471024）
第一作者简介：李 军（1964-），男，甘肃泾川人，博士，教授，主要从事旱区农业资源开发与区域发展、高效耕作制度与生态农业、作物生产系统模拟与决策等方面的科研与教学工作。
（5） ∫
??=0
.10.0))ln(())ln((dx R R k
i ζζχμ（5）式中，μ是0.0～1.0之间的均匀随机数，ζ是范围为1.0～2.0之间的参数。通常ζ取值
1.3时结果较为适宜。
1.2 风速
EPIC 的风蚀模型WECS （Wind Erosion Continuous Simulation ）需要每天内的风速分布和主风向。逐日风速分布采用下列指数方程来模拟：
（6） 2))ln((1a j
i j f V a V ?=（6）式中，V j 是占该天比例数为f 时的风速（风速分布概率），V i 是第i 天平均风速，a 1和a 2是风向分布参数。
平均逐日风速采用下列指数方程来模拟：
k b
k k j RN V b V ,2)]ln([,1?= （7）
V k 是第k 月的平均风速，RN 是随机数，b 1和b 2是第k 月的风速分布参数。 2 土壤水蚀量的模拟
2.1 径流量与峰值径流速率
地表径流量预报是在逐日降水量下采用SCS 曲线代码方程计算：
R ＞0.2s
R ≤0.2s (8)
s
R s R Q 8.0)2.0(2
+?=0
.0=Q （8）式中，Q 是逐日径流量（mm ），R 是逐日降水量(mm)，s 是保持力参数(mm)。s 与SCS 曲线代码CN 有关：
2（适中）下的（9） )1100(254?=CN s （9）式中，CN 2是湿度状态曲线代码。
EPIC 中估算峰值径流速率采用修订后的有理公式：
（）
（）式中，是峰值径流速率（3）
，360/))()((A r q p ρ=10q 10p m /s ρ为表示流域入渗特性的径流系数，为流域汇集时间）。降水与径流侵蚀模型包含种方程来模拟降水和径流侵蚀，但只有侵蚀动力组成部分不同。土壤水蚀模型ROKF LS PE CE r 内的降水强度（mm/h ），A 是排水面积（ha
2.2
EPIC 6采用下列方程估算：
)((K Y ))()()(χ= （11）
在USLE 中： EI =χ 在 On －Foster
stad 方程中： 33.0)(45.0646.0p q Q EI ?+=χ
在MUSLE 中：
12.056.0)(586.1A q Q p ?=χ在MUST 中：
（12） 5.0)(5.2p q Q ?=χ在MUSS 中：
009.065.0)(79.0A q Q p ?=χ在MUSI 中： 4
321by by p by A q Q by =χ（11）、（12）式中，Y 是泥沙产量（t/ha ），K 是土壤侵蚀因素，CE 是作物管理因素，PE 是侵蚀控制措施因素，LS 是坡长和坡度因素，ROKF 是粗沙砾因素，Q 是径流量（mm ），q p 是峰值径流速率（mm/h ），A 是流域面积（ha ），by 1、by 2、 by 3、 by 4为用户输入的系数。
LS 的值采用下式计算（Wischmerier and Smith,1978）：
)065.056.441.65()1.22(2++=S S LS ξλ
（13）
（13）式中，S 是地表坡度（m/m ），λ是坡长（m ）
，ξ是由坡度决定的参数，采用下式估计： 2.0)]09.6147.1exp(/[3.0+??+=S S S ξ （14）
当径流发生时，采用下式估计全天的作物管理因素：
]ln )15.1exp()ln 8.0exp[(ln ,,j mn j mn CE CV CE CE +??= （15）
（15）式中CE mn,j 是作物j 的作物管理因素最小值，CV 是土壤覆盖量（作物地上部生物量和残茬之和）（t/ha ）。
在每年之初，采用下式模拟表土层土壤侵蚀因素K ：
3
.0)1001(0256.0exp 3.02.0??????+???????
?????????+=SIL CLA SIL SIL SAN K ……????????+?+????????
??+?)19.2251.5exp(117.00.1)95.272.3exp(25.00.1SN SN SN C C C （16） （16）式中，SAN 、SIL 、CLA 和C 分别为土壤中沙粒、粉粒、粘粒和有机碳含量的百分数（%），SN 1=1－SAN /100。允许K 值变化范围大约为0.1～0.5。
USLE 降水动力因素EI 为： 1000/))](434.0(log 9.81.12[5.0r r R EI p ?+= （17）
（17）式中，EI 是降水动力因素，R 是日降水量（mm ），r p 是峰值降水率（mm/h ）
，r 0.5是30分钟最大降水强度。
粗沙砾因素采用下式估計：
)03.0exp(ROK ROKF ?= （18）
（18）式中，ROK 是表层土壤中粗沙砾含量百分数。
2. 3 灌溉侵蚀
采用沟灌时灌溉水引起的侵蚀可采用MUST 估计：
))()()(()(5.25.0LS PE CE K q Q Y p ?= （19）
（19）式中，作物管理因素CE 采用常数值0.5。径流量通过灌溉水量与灌溉径流率的乘积来估计。 3 土壤风蚀量的模拟
3.1 基本风蚀方程
WECS 基本风蚀方程为：
∫=DW YWRdt FD FV FR FI YW 0))()()(( （20）
（20）式中，YW 是风蚀量（kg/m ），FI 是土壤风蚀因素，FR 是表面粗糙度因素，FV 是植被覆盖因素，FD 是垂直于风向的未遮盖的平均田块宽度因素，DW 是风速大于临界风速的持续期（s ），YWR 是时刻t 时的风蚀速率（kg/m·s ），采用Skidmore 方程（1986）来计算：
[]2322*2
0*)/(5.0255.0WP SW V V YWR T ??= （21）
（21）式中，V *0是摩擦力速度
（m/s ），V *T 是临界摩擦力速度（m/s ），SW 和WP 分别为最上土层（10mm 厚）的实际含水量和1500kPa 含水量。EPIC 模型中摩擦力速度采用下式估计：
V V 0408.00*= （22）
（22）式中， V 是高度Z 处（在WECS 中输入值为10m ）的风速（m/s ）。EPIC 模型中临界摩擦力速度采用下式估计：
D V T 0161.0*= （23）
（23）式中，D 是土壤颗粒直径（μm）。
3.2 土壤风蚀性因素
WECS 的土壤风蚀性因素采用下式表示：
695/I FI = （24）
（24）式中，I 是Woodruff 和Siddoway 模型(1965)中的土壤风蚀因素(t/ha)，FI 是WECS 模型中无量纲的土壤风蚀因素。
3.3 地表粗糙度因素
地表粗糙度因素FR 采用下式估计：
])(exp[11RFC RFB wn FR ??= （25）
（25）中，wn 1是跳跃性沙粒降落的角度。系数RFC 采用下式计算：
)002.1(77.0RHTT RFC = （26）
（26）式中，RHTT 是垄体高度（mm ）。系数RFB 采用下式计算：
RIF RRF RFB += （27）
()])8.9(exp 1[9.113.1RRUF RRF ??= （28）
)](27.1)][[sin(52.02RHTT wn RIF = （29）
（27）、（28）、（29）式中，RRF 是土块粗糙度因素，RRUF 是随机性粗糙度（mm ），RIF 是垄体粗糙度因素，wn 2是风向与垄体的相对角度，RRUF 和RHTT 随风蚀、水蚀和耕作而改变。
3.4 植被覆盖因素
植被覆盖当量因素作为直立的活的生物量、直立的死的残茬和平铺的作物残茬的函数进行逐日模拟：
36.1321)(253.0FR SR SB VE ωωω++= （30）
（30）式中，VE 是植被覆盖当量因素，SB 是直立的活的生物量（t/ha ），SR 是直立的死的作物残茬（t/ha ），FR 是平铺的作物残茬（t/ha ），ω1、ω2和ω3是作物种类参数。植被覆盖当量采用下式被转换为植被覆盖因素：
)
32.148.0exp(VE VE VE FV ?+= （31） （31）式中，假定0.0≤FV ≤1.0。
3.5 未防护距离因素
)]2[sin()]2[cos()
)((φθπφθπ?++?+=FW FL FW FL WL （32）
（32）式中，WL 是沿盛行风向未防护的田块长度（m ），FL 是田块长度（m ），FW 是田块宽度（m ），θ是从正北沿顺时针方向的风向（弧度），φ是沿顺时针方向田块长度与正北方向的夹角（弧度）。
未防护距离因素FD 采用Stout(1990)描述的方程计算: )](exp[0.13wn WL FD ??= (33)
(33)式中,wn 3是由试验确定的参数，取值范围50.0～90.0。
4 水蚀中营养物质流失量模拟
4.1 随水分迁移的硝态氮流失量
EPIC 模型中，把硝态氮随淋洗和径流的损失量合在一块进行估算。当水流通过土层时，采用NO 3－N 浓度的变化估计其流失量：
???
???????????????=))(1(exp 133PO b QT WNO VNO （34） （34）式中，VNO3是某一土层中流失的NO 3－N 数量，WNO 3是该土层中含有的NO 3－N 重量，QT 是浸透该土层的水分体积，b 1是贮水空隙被浸透水占据的比例，PO 是土壤空隙度。
4.2 泥沙中有机N 的转运流失量
估计某一径流过程中有机N 损失的运载函数为：
))()((001.0ER c Y YON ON = （35）
（35）式中，YON 是有机N 径流损失量（kg/ha ），Y 是泥沙产量（t/ha ），c ON 是表土层有机N 浓度
（g/t ），ER 是富集速率。富集速率是泥沙中有机N 浓度与土壤中有机N 浓度的比值，估算富集速率的对数方程为：
（36）
21x
s c X ER =（36）式中，c s 是泥沙浓度（g/m 3），X 1和X 2分别为确定富集速率上、下限的参数。 4.3 地表径流中可溶性P 的损失量
由于P 绝大部分与泥沙相联系，可溶性P 随径流损失的方程为：
（37）
d LPl k Q c YSP /))((01.0=（37）式中，YSP 是在径流量Q （mm ）中损失的可溶性P （kg/ha ），c LP 是土层l 中速效P 的浓度
（g/t ），k d 是泥沙中P 浓度与泥沙中水分之比（m 3/t ）。
4.4 泥沙中P 的转运流失量
P 的沉积态转运函数为：
))()((001.0ER c Y YP p = （38）
（38）式中，YP 是径流中沉积态P 的损失量（kg/ha ），c p 是表层土壤中P 的浓度（g/t ）。
5 土壤耕作对侵蚀量影响的模拟
5.1 犁沟筑堤
犁沟筑堤是在坡地横着犁沟修筑小型临时性土堤，为保蓄水分、控制侵蚀的一种措施。估计土堤蓄存水量时，假定犁沟和土堤都呈三角形，并且土堤的边坡为2：1。当给定土堤和土垄高度、土堤间隔和犁沟坡度时，一块农田的平均土堤蓄水量可以采用下式计算：
)
)(()21(2502
2DI S S H DV ?= （39） （39）式中，DV 是农田平均土堤蓄水量（mm ），H 是土堤高度（m ），S 是犁沟的坡度（m/m ），DI 是土堤间隔（m ）。
降雨通常会导致土堤沉降下陷，降低了土堤的贮水量。土堤沉降采用下式估计：
)1.0exp(0Y H H ?= （40）
（40）式中，H 0是沉降前土堤高度
（m ），H 是沉降后土堤高度，Y 是用USLE 估计的土壤流失量（t/ha ）。 5.2 土壤容重
土壤耕作措施影响耕层容重的变化采用下式模拟：
))(3
2(000EF BD BDP BDP BDP l l l l ??= （41） （41）式中，BDP 是土层l 耕作后的土壤容重，BDP 0是耕作前土层的容重，BD 0是耕作后土壤完全下沉时的容重，EF 是耕作措施的混合效率（0～1）。
5.3 作物残茬
土壤耕作措施可将直立残茬转换为平铺残茬，采用下列方程模拟：
]))((9.56exp[)(20EF PD SR SR ?= （44）
（44）式中，SR 0和SR 分别为耕作前和耕作后直立的残茬重量（t/ha ）
，PD 是耕作深度（m ），EF 是耕作措施的混合效率（0～1）。
参考文献
1. J.R. Williams. The EPIC model. USDA-ARS, Grassland, Soil and Water Research Laboratory ,1997
2. USDA-ARS. EPIC-Erosion-Productivity Impact Calculator. 1. Model Documentation, 1990
3. USDA-ARS. EPIC-Erosion-Productivity Impact Calculator. 2. User Manual. 1990
Simulation Equations for Soil Erosion Amount
in the EPIC Model
Li Jun
(1. College of Agronomy, Northwest A&F University, Shaanxi , Yangling 712100;
2.State Key Lab of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau, Institute of Soil and Water
Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Shaanxi , Yangling
712100)
Abstract
EPIC（Erosion－Productivity Impact Calculator）is a famous model that can be used to assess the effect of management strategies on agricultural production and soil and water resources. The math equations to simulate erosion weather factors, soil water erosion amount, and soil wind erosion amount, nutrient loss in water erosion, and effect of tillage on soil erosion in the EPIC model were briefly introduced in this paper. It can be use reference for field soil and water resources management quantitative research.
Keywords：EPIC model, soil erosion, math equation
土壤侵蚀研究进展
基于 USLE、GIS、RS 的流域土壤侵蚀研究进展 摘要：本文系统地介绍了 ULSE 模型中各侵蚀因子及其相应的算法，总结了国内外研究中获取各因子的新方法，并简要介绍了土壤侵蚀分析研究的新模型及其进展。当前 GIS 和 RS 作为新兴技术在土壤侵蚀分析研究中发挥了重要的作用，文章针对当前 GIS、RS 和 ULSE 在土壤侵蚀评价中的应用，指出了目前 GIS 和RS 在侵蚀研究中存在的问题，并提出了自己的观点和建议。 关键词：通用土壤流失方程( USLE)；土壤侵蚀; RS； GIS This paper systematically introduces ULSE erosion factors of each model and the corresponding algorithm, summed up the researches of a new method for each factor, and briefly describes the analytical study of soil erosion and its progress in the new model. Current GIS and RS as an emerging technology in the analysis of soil erosion has played an important role, articles for the current GIS, RS and ULSE soil erosion assessment in the application of GIS and RS are pointed out in the erosion problems, and put forward their views and suggestions. Keywords: Universal Soil Loss Equation (USLE)； soil erosion; RS；GIS 土壤是地球上生物赖以生存的基本要素之一，土地以及不同质量的土壤生产了超过90%的人类和牲畜所需要的食物。土地退化的日益严重成为制约人类发展的重要因素，土壤侵蚀是其中一个重要原因。土壤侵蚀使土壤肥力下降，理化性质变劣，土壤利用率降低，生态环境恶化。目前全球土地退化日益严重，我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土面积的比例高达38。2%，研究土壤侵蚀的机理，有效地对其进行监控、治理已经成为全球关注的焦点。传统的土壤侵蚀量调查方法耗时、周期长，而且很难确定中等尺度流域的土壤侵蚀量。随着侵蚀过程和机理研究的不断深入以及土壤侵蚀影响因素和侵蚀空间分布规律探讨的不断加强，土壤侵蚀的研究也逐渐走上了多途径、多学科协同研究的道路。但许多定量研究方法长期以来都在坡面和小流域尺度上进行，很难在区域尺度上推广，而美国农业部颁布的在区域土壤侵蚀调查方面富有特色的通用水土流失方程( USLE) 正好弥补了这一方面的空缺。20 世纪 80 年代 USLE 开始引入中国，而且研究人员在探讨坡面和流域土壤流失量的同时，还开始注重应用
土壤侵蚀的估算方法
土壤侵蚀的估算方法 数 据 处 理 流 程 作者：牛健平 时间：2011年10月11日 北京天合数维科技有限公司
目录 （CONTENT） 一、所需数据与参数 (3) 1、所需数据 (3) 2、所需中间参数 (3) 2.1、水土保持因子P (3) 2.2、地标覆盖因子C (3) 2.3、地形因子LS (4) 2.4、土壤可视性因子K (4) 2.5、降水侵蚀因子R (4) 3、所需参数 (5) 3.1、潜在土壤侵蚀量Ap (5) 3.2、现实土壤侵蚀量Ar (5) 3.3、土壤保持量Ac (5) 4、指标结果参数 (5) 4.1、保护土壤肥力的经济效益Ef (6) 4.2、减少土地废弃的经济效益Es (6) 4.3、减轻泥沙淤积的经济效益En (6) 二、处理流程 (7) 1、DEM数据的处理 (8) 1.1、坡长L (8) 1.2、百分比坡度a (8) 1.3、地形因子LS (9) 2、气象数据 (9) 2.1、月降雨量Pi的计算 (9) 2.2、土壤侵蚀力指标R (10) 3、土壤类型数据 (10) 4、遥感影像数据 (10) 5、土壤理性化数据 (11) 三、所需参数的计算 (11) 四、指标结果参数计算 (11)
一、所需数据与参数 在计算的过程中，总共涉及到的数据有地形数据、遥感影像数据、气象数据、土壤类型数据、土壤理性化数据以及统计数据，涉及到的中间参数有水土保持因子P，地标覆盖因子C，地形因子LS，土壤可视性因子K，降水侵蚀因子R，所需要的参数有潜在土壤侵蚀量Ap，现实土壤侵蚀量Ar，土壤保持量Ac，指标结果参数有保护土壤肥力的经济效益Ef，减少土地废弃的经济效益Es，减轻泥沙淤积的经济效益En。 1、所需数据 在进行土壤侵蚀的估算过程中，需要以下数据： A、地形数据； B、遥感影像数据； C、气象数据，主要是降雨量数据； D、土壤类型数据； E、土壤理性化数据； F、统计数据。 2、所需中间参数 在数据处理的过程中，所涉及到的中间参数与计算公式如下。 2.1、水土保持因子P 按照游松财的方法，水田的P值取0.15，其他土地利用方式基本没有采取水土保持措施，因此取值为1.00。 2.2、地标覆盖因子C 地表覆盖因子是根据地面植被覆盖状况不同而反映植被对土壤侵蚀影响的因素，与土地利用类型、覆盖度密切相关。C值的估算采用如下公式：
坡耕地土壤侵蚀研究进展
第15卷第3期2001年9月 水土保持学报 Journal of So il and W ater Conservati on V o l.15N o.3 Sep.,2001 坡耕地土壤侵蚀研究进展① 傅 涛,倪九派,魏朝富,谢德体 (西南农业大学资源与环境学院,重庆400716) 摘要:论述了坡耕地土壤侵蚀的机理、研究方法及防治措施,分析了坡耕地泥沙、径流、养分流失的特征及影响 因素,认为坡耕地是水土流失的主要来源,在整个生态环境建设中具有重要地位。目前国内外研究多偏重于坡面 水土流失特征的描述和控制坡面水土流失、提高土壤肥力的效果等,研究方法以定性和统计分析为主,在坡耕地 水土流失机理、养分流失所造成的面源污染、坡面流失定量预测模型以及控制措施与坡面的相互作用等方面还需 作更深入的研究。 关键词:坡耕地; 土壤侵蚀机理; 防治措施 中图分类号:S157.1;S157.2 文献标识码:A 文章编号:100922242(2001)0320123206 Recen t D evelopm en t of Slop i ng F ield Erosion FU T ao,N I J iu2pai,W E I Chao2fu,X IE D e2ti (Colleg e of R esou rces and E nv ironm ent,S ou thw est A g ricu ltu ral U niversity,Chong qing400716) Abstract:T he p rogresses of slop ing field ero si on,study m ethods and of p reven tive m easu res are summ a2 rized.T he m echan is m and affect facto rs of sedi m en t,runoff and nu trien t lo ss on the slop eland su rface are an2 alyzed resp ectively.T he slop ing fields w ere the m ain sou rce of sedi m en t,runoff and nu trien t lo ss.M o st of the research w o rk s focu sed on the p reven ti on so il and w ater lo ss on the slopeland su rface and i m p rovem en t of so il fertility.M o st of the study m ethods w ere qualitative and statistics analysis.How ever,studies on the m echan is m of so il and w ater lo ss and nu trien t lo ss,the m odel of quan titative analysis w ere scarce yet,the fu rther studies shou ld pay m o re atten ti on to the p rocesses of runoff and sedi m en t yield,so as to study the m echan is m of slop e ero si on and bu ild the p rocess2based m odel of w ater ero si on p redicti on. Key words:slop ing field; m echan is m of so il ero si on; m easu res of p reven ti on and cu re 坡面侵蚀过程包括降雨溅击和径流冲刷引起的土壤分离、泥沙输移和沉积3大过程,研究和分析这些过程发生、发展的水力、土壤、地形条件以及各过程间相互转化、相互影响的机理,是建立土壤侵蚀物理模型的前提。我国在该领域的研究较少,同时我国山丘面积占总面积2 3,坡耕地在我国耕地面积中占有很大比例,陡坡农耕地是重要的农业资源。近年来,坡耕地水土流失受到越来越多学者的关注。大量资料表明,一方面坡耕地是大量江河泥沙的主要来源;另一方面,坡耕地严重的水土流失使山区丘陵土层变薄,养分流失,保水能力变差,使大多数坡耕地生产力低下,严重阻碍山地丘陵区农业可持续发展,使广大山区农民无法脱贫致富,更造成恶性循环,加速坡耕地的水土流失。因此,根据我国实际情况,开展坡耕地土壤侵蚀分离、输移和沉积过程及其关系的研究,对于建立具有我国特色的土壤侵蚀模型,进而指导水土保持生产实践具有十分重要的理论和生产意义。目前对坡耕地土壤侵蚀研究大多集中在3个方面,一是对坡耕地土壤侵蚀的方法研究,包括实验研究方法和土壤侵蚀评估方法,二是对坡耕地土壤侵蚀机理的研究,三是对减轻坡耕地土壤侵蚀措施的研究及评价。 1 研究方法 1.1 试验研究方法 常见的研究方法可分为室外和室内两大类[1],室外方法通常是选择比较规则、具有代表性的坡面,在坡面上根据研究目的需要,建立相应的观测小区。小区的宽度多在1～5m之间,基本要求是小区能够完整地反映地形地貌特征,小区的长度也与试验目的密切相关,有的长3～5m,有的则长达10m以上。试验时多采用模拟降雨结合放水冲刷,或者在自然降雨条件下观测。试验时测定径流量和泥沙量,同时采集径流样和泥沙样,用于 ①收稿日期:2001204209 3重庆市科委资助项目“三峡库区坡耕地水土流失机理及预测评价建模”(编号410586) 作者简介:傅涛,男,生于1972年,博士生。主要从事水土保持与土地资源等方面的研究工作,发表论文11篇。
基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析
空间信息应用实践（中级）实验指导书 空间建模——基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析 一．实验背景 Soil erosion and gullying in the upper Panuco basin, Sierra Madre Oriental, eastern Mexico 土壤侵蚀是地球表面物质运动的一种自然现象，全球除永冻地区外，均发生不同程度的土壤侵蚀。人类社会出现后，土壤侵蚀成为自然和人为活动共同作用下的一种动态过程，构成了特殊的侵蚀环境背景，并伴随着人类对自然改造能力的增强，逐渐成为当今世界资源和环境可持续发展所面临的重要问题之一。 土壤侵蚀被称为“蠕动的灾难”，每年因土壤侵蚀造成的经济损失较诸如滑坡、泥石流和地震等地质灾害更大, 土壤侵蚀已成为我国乃至全球的重大环境问题之一。
土壤侵蚀及其产生的泥沙使土壤养分流失、土地生产力下降、湖泊淤积、江河堵塞，并造成诸如洪水等自然灾害，泥沙携带的大量营养物和污染物质加剧了水体富营养化，水质恶化，不断严重威胁到人类的生存。 据估计全球每年因土壤侵蚀损失300万公顷土地的生产力，造成的损失以百亿美元计。我国人口众多、农耕历史悠久，加之历史上战乱频仍，以黄土高原为代表的华夏文明发源地是世界上土壤侵蚀最严重的区域之一，1990年遥感普查结果，全国水土流失面积达367万km2，占国土总面积的38.2％，其中50%为水蚀地区，土壤侵蚀以黄土高原、四川紫色土地区和华南红壤地区尤为突出，仅黄土高原地区一处，平均每年流失泥沙就达到16.3 亿t。水土流失已成为中国重要的环境问题，土壤侵蚀研究已成为目前环境保护中的一个重要课题。 土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评价水保措施效益的手段，侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。然而传统预测方法需要在量经费、时间和人力的投入，因此，在一定精度范围内通过有限的数据输入，得到满足要求的土壤侵蚀预测结果成为趋势。80年代以来，随着地理信息系统(Geographical Information System, GIS)的成熟，它开始与土壤侵蚀模型—通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation, USLE) 相结合进行流域土壤侵蚀量的预测和估算，业已成为土壤侵蚀动态研究的有力工具。GIS与USLE 相结合的分布式方法运用GIS的栅格数据分析功能，可预测出每个栅格的土壤侵蚀量，便于管理者识别关键源区，并通过确定引起水土流失的关键因子，针对性地提出最佳管理措施(Best Management Practices，BMPs)，为流域内土地资源的质量评价、利用规划和经营管理等提供科学依据与决策手段。 二、实验目的 模型生成器(ModelBuilder) 为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的GIS 任务。通过对本次练习达到以下目的： ?掌握如何在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化； ?掌握土壤侵蚀理论的基本知识；
实验三 基于GIS的土壤侵蚀因子分析与信息提取
实验三基于GIS的土壤侵蚀因子分析与信息提取 一、实验目的 1、要求学生掌握地理信息系统软件（ArcView）的基本原理和操作方法； 2、掌握使用该软件进行土壤侵蚀因子的分析和信息提取的方法。 二、实验原理 Arc/View的空间分析模块是解决地理空间问题的工具。它主要包括距离制图、计算密度、统计分析、邻域分析、数据的重分类、表面生成、等高线生成、坡度提取、坡向提取、光照模型的生成、流域的划分等功能。利用Arc/View的空间分析模块解决空间问题，首先要把问题空间化、模型化，然后利用Arc/View 提供的各种功能的组合来完成。 Arc/View的空间分析模块主要是基于栅格数据模型的。Arc/View的空间分析模块不仅支持矢量数据模型，还支持栅格数据模型。矢量数据是用点、线、面来描述地理特征及其变化的，它主要用于精确地描述地理特征，在Arc/View中，点、线、面数据分别是存放于不同的主题中来管理的。栅格数据是通过将地表分隔成不同的单元来表示地理特征及其变化的，对栅格数据的存储只是通过存储栅格的原点、栅格单元的尺寸、距离原点的单元数和每个栅格单元的值。对栅格数据影响最大的是栅格单元的尺寸。单元尺寸越大，则对地理特征的描述越粗糟，越不精确，但产生的数据量会越小，处理速度会越快。相反，单元尺寸越小，则描述越精确，但数据量会越大，运算速度越慢。 三、操作步骤 地形指标是最基本的自然地理要素，也是对人类的生产和生活影响最大的自然要素。地形特征制约着地表物质和能量的再分配，影响着土壤与植被的形成和发育过程，影响着土地利用的方式和水土流失的强度。地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价等方面的研究起着重要的作用。 1 坡向Aspect 坡向定义为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。在Arcview中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推。 坡向可在数字高程模型Dem或TIN数据的基础上提取。在Dem基础上提取坡向的步骤如下： 在视图目录表中添加dem并激活它。
土壤侵蚀量计算模型
. 精品 土壤侵蚀量计算模型 关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。由于USLE 模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。“通用土壤流失方程式”的形式如下： P C S L K R A ?????= 1-1 式中：A ——土壤流失量（吨∕公顷·年） R ——降雨侵蚀力指标； K ——土壤可蚀性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。其单位是， 在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量； L ——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤 流失量的比值； S ——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流 失量的比值； C ——作物经营因子。为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休 闲地）上土壤流失量之比值； P ——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持 措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。 通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
中国土壤侵蚀预报模型研究进展
中国土壤侵蚀预报模型研究进展 摘要：土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源的重要工具，受到世界各国的普遍重视。本文总结了中国土壤侵蚀预报模型的主要研究成果，在总结和评价这些模型的基础上，提出今后我国的主要研究方向：（1）注重土壤侵蚀模型的理论研究；（2）加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究；（3）充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。 关键词：土壤侵蚀模型、研究方向、问题 Review of Research Progress in Soil Erosion Prediction Model in China Soil erosion model which is regarded as the tool to understand the soil erosion processes and intensity, to master the dynamic of land resources development, to guide the rational use of land resources, having attracted the widespread attention of the world.This paper summarizes the main findings of Chinese Soil Erosion Prediction Model and on the basis of summarying and evaluating these models it indicates the directions of the future research : (1) focus on soil erosion model theoretical research; (2) focus on the research of gravity erosion, cave erosion mechanism,; (3) take full advantage of the advanced RS and GIS technology for the study of erosion models which provide a large number of data sources to facilitate the inspection of soil erosion model. 近年来，土壤侵蚀成为人们关注的生态环境热点之一。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。土壤侵蚀预报模型的研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域和土壤侵蚀过程定量研究的有效手段。根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法,一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。经验统计模型是利用大量的试验观测资料,借助于统计方法,定量表述影响土壤侵蚀因子的指标,进而得出计算土壤流失量的方程式。物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理,根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程,从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量。根据土壤侵蚀模型预报对象的不同,又可将土壤侵蚀模型分为坡面土壤侵蚀模型和流域或网格(区域)土壤侵蚀模型。我国学者在土壤侵蚀模型研究的各个层面上进行了大量工作,取得了很多成果。其中,区域尺度研究的应用更为广泛。在小流域土壤侵蚀模型的研究方面,以对统计模型及引进的统计模型中各因子的本地化研究较多,对基于过程的物理模型系统研究较少,特别是适合我国国情的系统的过程模型更少。本文希望对我国土壤侵蚀模型的主要研究成果进行总结,并对其中的一些问题进行了评述,以期为今后的土壤侵蚀模型研究进展提供一定的参考意见。提出了预报模型亟待解决的关键问题,以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立,为生态环境改善提供科学依据。 1.经验统计模型 经验模型主要从侵蚀产沙因子角度入手,建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等之间的多元回归因子关系式。经验公式结构简单,计算方便,在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度,但是模型被移植到其它区域使用时以及向建模条件外延时,模型精度难以控制,模型的实用性受到影响。这类侵蚀产沙模型以坡面模型和小流域侵蚀产沙模型为代表,同时也包括部分区域性的侵蚀产沙预报模型,这些通常不考虑侵蚀产沙过程,称之为“黑箱”或“灰箱”模型,在模型形式上主要是采用侵蚀产沙因子的多元回归方程式。自1953年刘善建首次提出坡面土壤侵蚀量的公式来[2],不同的学者根据当地的实际情
土壤侵蚀评价遥感研究进展
收稿日期：2008-12-30；修订日期： 2009-04-12基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目 （KZCX1-YW-08-03）和水利部，官厅密云水库上游水土保持遥感监测二期工程（HW-STB2004-03）资助 作者简介：张喜旺（1979），男，河南辉县人，博士生，主要从事遥感与地理信息系统在水土保持方面的应用研究。E-mail:zxiwang@https://www.360docs.net/doc/837271288.html, * 通讯作者： E-mail:wubf@https://www.360docs.net/doc/837271288.html, 土壤侵蚀评价遥感研究进展 张喜旺，周月敏，李晓松，袁超，闫娜娜，吴炳方* （中国科学院遥感应用研究所，北京100101） 摘要：土壤侵蚀是世界范围内最重要的土地退化问题，对全世界范围内的农作物产量，土壤结构和水质产生负面影响，因此，对侵蚀进行适当评估，了解其空间分布以及侵蚀程度，对政策的制定、治理措施的实施都具有非常重要的指导作用。以遥感在土壤侵蚀中的应用为主线，介绍国内外多种土壤侵蚀评价方法，包括定性的判断和定量的计算。认为虽然遥感因其具有大面积重复观测能力，已经渗透到各种研究方法中，但无论是定性的方法还是定量的方法，遥感往往仅作为数据进行输入，而遥感的潜力并没有得到充分的发挥，遥感多源多时相的能力并没有得到充分的应用。目的是使今后的研究更加重视遥感的空间分析和动态监测能力，以及多源多时相的特性，使遥感真正在方法论上发挥其在土壤侵蚀监测中的重要作用。 关键词：土壤侵蚀；遥感；DEM ；GIS 中图分类号：TP 79：S157 文献标识码：A 文章编号：0564-3945（2010）04-1010-08 Vol.41,No.4Aug.,2010 土壤通报 Chinese Journal of Soil Science 第41卷第4期2010年8月土壤侵蚀是发生在特定时空条件下的土体迁移过程，受到多种自然要素和人类活动的综合影响。水 蚀是世界范围内最重要的土地退化问题，已经成为全球性的公害，通过减少表土层的有机质和养分含量而降低土壤生产力[1]，它通过对农作物产量、土壤结构以及水质[2,3]剧烈地影响着环境，并产生大量的经济损失，直接影响着人们的生活，通过沉积作用淤积江河、湖泊，损害基础设施，威胁人类安全。此外，侵蚀导致土壤以CO 2，CH 4的形式向大气中散射有机碳，从而影响全球变暖[4]。而全球变暖又反过来增强土壤侵蚀率[5]。因此，对侵蚀进行适当评估，了解其空间分布以及侵蚀程度，对政策的制定、治理措施的实施都具有非常重要的指导作用。自从研究土壤侵蚀一个多世纪以来[6]，国内外学者进行了大量的研究，提出了各种各样不同的侵蚀评价方法，包括定性的判断[7,8]以及定量的计算[9,10]。区域尺度的土壤侵蚀评价主要的困难在于数据的可获得性以及数据的质量[11]。遥感具有规则重复观测能力，可以提供了大区域的同质数据[12,13]，是进行环境和灾害动态监测的先进有效的技术手段，可以深刻地了解地表的特征及其变化。而侵蚀退化标志如地表裸露程度、地形地貌、植被覆盖度和土地利用方式的改变等是能够被遥感技术所记录和获取的，因此自20世纪70年代以来，遥感技术就被应用于土壤侵蚀调查。许多研究已经全面或部分地利用卫星遥感数据以许多不同的方式进行侵蚀评估，为方法的完善提供支 持，如光学影像对侵蚀特征[14]、植被[15]的研究，SAR 对地形[16]、 地表粗糙度[17]以及光学影像与SAR 结合对耕作方式的探测[18]等。而传统的土壤侵蚀遥感研究中主要是为了探测侵蚀特征和获取模型输入数据，遥感多源多时相的能力并没有得到发挥，空间分析和动态监测的能力并没有得到很好的应用。本文的目的是对土壤侵蚀评价中遥感的应用方法进行综述，并展望遥感在土壤侵蚀评价中发展趋势。 1 定性方法 1.1 目视判读 目视判读法(目视解译)主要是通过对遥感影像的判读，对一些主要的侵蚀控制因素进行目视解译后，根据经验对其进行综合，进而在叠加的遥感图像上直 接勾绘图斑(侵蚀范围)， 标识图斑相对应的属性(侵蚀等级和类型)来实现的。目视解译是土壤侵蚀调查中基 于专家的方法中最典型的应用。这一方法利用对区域情况了解和对水土流失规律有深刻认识的专家，使用遥感影像资料，结合其它专题信息，对区域土壤侵蚀状况进行判定或判别，从而制作相应的土壤侵蚀类型图或强度等级图，其实质是对计算机储存的遥感信息和人所掌握的关于土壤侵蚀的其它知识、经验，通过人脑和电脑的结合进行推理、判断的过程[19]。我国水土保持部门于1985年使用该方法，采用M SS 影像在全国范围内进行第一次土壤侵蚀遥感调
土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用探究
土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用探究 摘要：水土保持，是环境保护领域非常重要的一门学科，随着工业的不断发展，我国特别重视对环境的保护。与此同时，在水土保持理论研究中也加大了力度。 而对于土壤侵蚀模型来说，则是土壤侵蚀理论研究的成果之一，该成果能够为水 土保持实践提供有效依据。本课题重点围绕“土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用”进行分析研究，以期提高土壤侵蚀模型的实用价值，并为水土保持工作的进步及发展提供具有价值的参考建议。 关键词：水土保持；土壤侵蚀模型；实用价值；发展 土壤侵蚀模型属于水土保持实践研究工作中的有效工具之一，通过土壤侵蚀模型 的构建，进行相关参数的分析，能够为水土保持实践工作提供客观、科学的参考 依据。值得注意的是，我国早在上世纪二十年代便实行了土壤侵蚀监测工作，在 上世纪四十年代则基于黄土高原构建了水土保持试验站，而对于土壤侵蚀经验模 型的提出，则是在1953年[1]。总之，从水土保持实践工作的进步及发展角度考虑，本课题围绕“土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用”进行分析研究具备一定 的价值意义。 1.土壤侵蚀模型发展历程及模型概念分析 1.1发展历程 从土壤侵蚀模型的发展历程层面分析，发展至今已有八十余年，模型的性质 基于经验发展至机理，模拟起初为空间尺度，随着不断的发展，实现了对坡面、 小流域、大刘宇以及区域性的研究；涉及侵蚀、沉积、产沙以及污染物富集及迁 移等内容的研究。与此同时，从模型的应用层面来看，可应用到水土保持措施的 选择、水土保持效益的分析以及水土资源管理等方面。显然，土壤侵蚀模型的发 展昭示着理论研究的逐渐进步，与此同时也与计算机网络技术、地理信息系统以 及遥感技术等逐步发展密不可分。 1.2模型概念 （1）土壤侵蚀数学模型。土壤侵蚀模型中的土壤侵蚀数学模型，主要通过田间试验，利用土壤侵蚀因子参数及侵蚀相关性分析构建相对应的数学方程，可广 泛应用凹土壤学、土壤侵蚀与水土保持学科领域。 （2）欧洲土壤侵蚀模型。对于欧洲土壤侵蚀模型来说，指的是以物理过程为基础的次暴雨分布式侵蚀模型，以侵蚀产沙过程当作基点，纳入植物截留、土壤 表面情况、径流形成、剥蚀以及径流搬运功能等指标参数，进一步分析这些指标 参数对土壤侵蚀过程造成的影响，将1分钟组我诶时间间隔，然后将降雨期间的 水文与泥沙曲线图生成出来，对侵蚀与沉积位置进行预报，并对侵蚀与沉积相对 应的微地形起伏变化进行模拟[2]。 总之，土壤侵蚀模型在水土保持领域的应用广泛，且价值显著。为了提高水 土保持研究工作的效率及质量，可以合理、科学地利用土壤侵蚀模型。 2.土壤侵蚀模型在水土保持实践中的具体应用分析 从如前所述的土壤侵蚀模型的发展历程来看，经历了较长时间的发展，且发 展至今具备了成熟的模型基础。下面将从国外、国内土壤侵蚀模型在水土保持实 践中的具体应用进行分析，具体内容如下： 2.1国外土壤侵蚀模型的研究
大学空间分析实习报告基于ARCGIS土壤侵蚀危险性评价
空间分析实习：基于ARCGIS软件的土壤侵蚀危险性评价 实习目的 （1）巩固多因子分析的主要流程，熟练掌握多种空间分析方法的综合 运用。 （2）进一步培养学生分析问题、解决问题的综合能力； （3）掌握SRTM DEM 数据的获取方法。 实习准备 （1）软件准备：ARCGIS10、 （2）方法准备：多因子分析原理及方法（可参考相关书籍） 实习数据 ?TM 影像：用于派生归一化植被指数（NDVI） ?土地利用类型 ?DEM 数据：用于派生坡度数据，根据研究区范围从网上获取（） ?降雨量数据：（大家在研究区均匀选择30 个离散点进行模拟） 实习主要步骤及要求 假设影响土壤侵蚀的因子有:坡度、植被覆盖率（可用NDVI 代替）、 土地利用类型、降雨量；根据多因子分析的原理和方法，在数据预处理 的基础上，运用叠加分析方法完成土壤侵蚀危险性评价，并根据相关标 准进行危险性分级。 主要步骤：
①确定评价模型：本次评价用加权平均模型，表达式为： ②数据预处理：派生所需要的数据，重分类数据到统一的等级； ③确定各因子权重：假定坡度、降雨量、植被覆盖（NDVI）；土地利用类型。 ④叠加分析：通过叠加分析完成土壤侵蚀危险性评价； ⑤制作危险性等级图。 详细操作步骤 1)多波段合成：实习数据给的2张TM影像均为3张单波段影像， 需要进行多波段合成处理
2)去除锯齿 多波段合成后的2张影像均可以看到明显的锯齿，所以要先去除锯齿1)使用特征提取工具去除锯齿：在这里我使用特征提取工具
2)输出去除锯齿后的影像
3)拼接影像 将2张影像拼接成一幅完整的影像，注意影像的位置，位于下方的的影像上方1)拼接影像
分布式土壤侵蚀模型研究概述
收稿日期:2005-3-16 作者简介:焦凤红(1966-),女,内蒙古自治区赤峰市人,副教授,现从事水土保持及计算机教学研究工作。分布式土壤侵蚀模型研究概述 焦凤红 于显威 (沈阳农业大学高等职业技术学院 110122) 摘 要 分布式模型是近年在经验统计模型和物理过程模型的基础上发展起来的土壤侵蚀模型。本文分析了几种分布式侵蚀模型的特征及物理过程,对其中的网格划分、网格单元侵蚀量的计算、流域出口侵蚀量的计算、模型参数的采用等主要技术环节进行了讨论,并展望了今后的研究方向。关键词 土壤侵蚀;分布式;侵蚀模型 [中图分类号]S15711 [文献标识码]C [文章编号]1002-2651(2005)02-0032-02 土壤侵蚀模型研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域,也是定量研究土壤侵蚀过程的有效手段。根据国内外土壤侵蚀模型的研究发展过程,有人将其划分为经验统计模型、物理过程模型与分布式模型三个阶段。这三个阶段并没有严格的时间划分。分布式模型将流域按照一定的方法划分成一个个相对均质的网格,即每个网格单元中的土壤、植被覆盖均匀分布,在每个网格上进行参数输入,然后依据一定的数学表达式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,得到流域土壤侵蚀总量。本文结合前人的研究成果,总结了应用较为广泛的几种分布式模型,讨论了模型中的主要技术问题,并展望了今后的发展方向。 1 主要的分布式模型111 ANSWE RS 模型 20世纪80年代初期Beasly 和Huggins 研发了ANSWE RS 模型,该模型把流域细分为均等的网格单元。在网格单元内,假定土地利用、坡度、土壤特性、营养物质、作物和经营管理措施等因子均匀分布。在土壤侵蚀研究中,此模型广泛应用于评价B MPs 对流域泥沙及水文过程的影响。模型结构化程度较高,主要包括3大模块:径流和入渗、泥沙、蒸发散。径流和入渗模块中,以Green-Ampt 入渗方程代替了原模型中的Holtan 方程进行计算;泥沙模块中,产沙计算采用了WEPP 模型中的土壤可蚀性指标以及单位水流 动力理论和临界切应力原理,把Foster 和Meyer 方法引入Yalin 公式进行输沙过程计算,并以此建立了泥沙输移模块;蒸发散模块主要用于设定下次降雨开始时的土壤湿度初始条件,是连续模型得以运行的必要环节。模型运行时,需把研究流域的空间属性数据(如坡度、坡长、坡向、地表植被状况、土壤等)栅格化,同时输入流域模拟时段内的气象资料,包括降雨强度、历时、气温、地温和地表辐射等。ANSWE RS 模型可以计算径流传输条件下的土壤流失量,并与地理信息系统(GIS)相连接,建立了GIS 界面以利用遥感数据。 112 AGNPS 模型 AGNPS 模型是美国农业部农业研究局与明尼苏达污染物防治局共同研发的计算机模拟模型,是一个基于方格框架组成的流域分布式事件模型。按照栅格采集模型参数,由水文、侵蚀、沉积和化学传输4大模块组成,用于对N 、P 元素等土壤养分流失进行预测,并对农业地区的水质问题以重要性顺序为依据进行排列,同时对次暴雨径流和侵蚀产沙过程进行模拟。流域的大小从几hm 2 到大约200km 2 ,以014~26hm 2为单元对流域进行均等分室,流域内径流、污染物、泥沙沿各分室汇集于出水口。113 TOPMODEL 模型 TOPMODEL 模型(Topography based hydrological Model)是一个以地形为基础的半分布式小流域模型, 第17卷第2期亚热带水土保持 Vol 117 l 2 2005年6月Subtropical Soil And Water Conservation Jun 12005
GIS支持下的土壤侵蚀量估算_以江西省泰和县灌溪乡为例_游松财
收稿日期:1998-03-24;修回日期:1998-07-06。 GIS 支持下的土壤侵蚀量估算 )))以江西省泰和县灌溪乡为例 游松财 李文卿 (中国科学院自然资源综合考察委员会 北京 100101) 提要 在地理信息技术(GIS)的支持下,应用通用土壤侵蚀方程(U niversal Soil Loss E q ua - t ion,简称US LE )估算了江西省泰和县灌溪乡的土壤侵蚀量。研究结果表明,当地表覆盖率大于15%时,计算的结果与实测的数据有良好的相关性(0187)。关键词土壤侵蚀地理信息系统U SL E 分 类 中图法 T P393 S 157 1引言 众所周知,土壤侵蚀的结果是:降低了土地的肥力及可耕性;导致沟渠塘库的淤积,进而降低了排灌能力而引起农业生产力的下降;而维持受侵蚀地块的肥力,则加大了农业的投入。土壤侵蚀是一个全球性的问题,在我国其严重性勿需在此阐述。因此,估算土壤侵蚀量是基于以下三个理由:1确认需采取水土保护的地域;o通过确定引起水土流失的关键因 子,制定相应的措施;?探讨土壤侵蚀与土地生产力之间的关系。到目前为止,最为广泛应用的经验模型是通用土壤侵蚀方程(W isch meier 和Sm ith,1978)[1] ,该模型是建立在土壤 侵蚀理论及大量实地观测数据统计分析的基础上。其表达式为: E =R #K #L #S #P #C (1) 式中,E 为年平均土壤侵蚀量(t/hm 2 );R 为降水及径流因子;K 为土壤侵蚀性因子;L 及S 为地形因子;P 为水土保护措施因子;C 为地表植被覆盖因子。 G IS 技术已在资源管理领域获得广泛的应用。本文在GI S 的支持下,应用该方程对我国红壤丘陵地区的江西省泰和县灌溪乡的土壤侵蚀量进行了定量的估算。灌溪乡,土地面积16916k m 2 ;年平均气温1816e ;平均年降水量1373m m ,多分布于3~6月,而且降水多为暴雨形式。尽管该地区植被状况较好,但一旦受到破坏,则土壤侵蚀严重,且不易恢复。 2土壤地理单元 土壤地理单元的概念是由Zinck(1988)[2]提出的。它为四级结构,分别为景观、地势、岩 性与地形。其中地形是土地利用评价的基本单元。在小范围的区域内,判读土壤地理单元最好是用航空照片。本文利用1B 20000的航空照片,遵循土壤地理单元概念的原则,制作了研究地区的土壤地理单元图。 第14卷第1期 1999年1月 Vol.14No.1 J an.,1998 自然资源学报 JOU RNA L O F NA T U RA L RESO U RCE S
土壤侵蚀量计算模型
土壤侵蚀量计算模型 关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。“通用土壤流失方程式”的形式如下： ? ? A? =1-1 ? ? C R S P L K 式中：A——土壤流失量（吨∕公顷·年） R——降雨侵蚀力指标； K——土壤可蚀性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。其单位是，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量； L——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值； S——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值； C——作物经营因子。为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值； P——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。 通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。
水土流失形态及土壤侵蚀计算
水土流失形态 水土流失也叫土壤侵蚀，是指地球陆地表面的土壤及其母岩碎屑，在水力、风力、重力、冻融等外营力和人为活动作用下发生的各种形式的剥离、搬运和再堆积的过程。水土流失是山区、丘陵区一种渐进性灾害，被列为人类目前所面临的十大环境问题之一。治理水土流失是中国的基本国策之一。 一、侵蚀的发展 土壤侵蚀的发展，大体分为３个阶段： （一）自然侵蚀 自然侵蚀也称古代侵蚀、史前侵蚀或地质侵蚀。在人类出现以前，就有了中国黄土高原。黄土在其沉积过程中，地面虽然比较完整，但也有起伏不平，同时地面尚未形成能抑制土壤侵蚀的植被，加之黄土具有易蚀性特点，暴雨和冰川融解形成径流，即对地表产生侵蚀作用。这时侵蚀非常缓慢，土壤的侵蚀速度小于土壤形成的速度，不仅不会破坏土壤结构，还对土壤能起到一定的更新作用，这种侵蚀也叫正常侵蚀。 （二）加速侵蚀 加速侵蚀也叫现代侵蚀，是指土壤侵蚀速度大于土壤形成速度。自西汉到民国的2 000年间，黄土高原地区人口增长较快，移民戍边以及农业区逐渐由南向北、由东向西扩展，人类开垦草原，砍伐森林，开荒扩种，加上其他不合理的经营活动，造成加速侵蚀。据观测资料，森林砍伐土地垦种后，年侵蚀模数可从每平方公里几吨猛增到几千吨甚至上万吨，有不少沟道、河流，一年的输沙量相当于自然侵蚀几百年的输沙量。加速侵蚀导致林草植被破坏，土壤肥力下降，地形更加破碎，水土流失加剧。 （三）人为新增侵蚀 新中国建立以来，特别是20世纪80年代以来，资源开发和基本建设项目大大增加，开矿、建厂、修路、盖房（挖窑）等活动日益频繁，直接向沟道、河道弃土弃石弃渣。由于人口增加，需求更多农产品，在农业生产上，不少地方仍在破坏植被，开荒扩种，粗放经营，造成一边治理一边破坏，一家治理多家破坏。在遭到破坏的地方，水土流失特别严重。 二、侵蚀形态 土壤侵蚀从形态上可分为水力侵蚀、重力侵蚀和风力侵蚀３种。 （一）水力侵蚀
地理建模ModelBuilder土壤侵蚀危险性建模分析
实验八、Model Builder 土壤侵蚀危险性建模分析(综合 实验) 模型生成器(ModelBuilder)为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环 境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的GIS任务。通过对本次练习，我们可以认识如何在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理 流程图的方式实现空间分析过程的自动化，加深对地理建模过程的认识，对各种GIS分析工具的用途有深入的理解。 1. 认识ModelBuilder操作界面135 2. 确定目标，加载数据135 3. 创建模型136 4. 编辑模型139 5. 执行模型，查看结果153 1.认识ModelBuilder操作界面 1:添加硬盘上的数据或工具到模型中，数据也可以从ArcMap或ArcCatalog从直接拖到模型中，工具可以直接从Arctoolbox直接拖到模型中 2:显示全部模型要素，并充满ModelBuilder窗口 3:自由缩放，点击此按钮后，按住鼠标不放可，向上或向下移动鼠标可以自由缩放ModelBuilder中的流程图 4:选择，用以选择模型中的数据图框，工具图框 5:添加连接，将数据和工具连接起来
6:运行选中的处理过程或整个模型 2.确定目标，加载数据 目标：获取［土壤侵蚀危险性分布图］因子确定：坡度、土壤类型、植被覆盖 数据：矢量数据：研究区界线(Study Area)、植被(Vegetation)，栅格数据：土壤类型栅 格(Soilsgrid) (1) 在ArcMap中新建一个地图文档 (2) 添加矢量数据：StudyArea、Vegetation、栅格数据Soilsgrid (同时选中：在点击的 同时按住Shift) (3) 打开Arctoolbox，激活Spatial Analyst空间分析扩和3D分析扩展模块(执行 菜单命令［工具］＞＞［扩展］，在出现的对话框中选中“空间分析模块”和“ 3D分析”) (4) 根据Vegetaion中的属性［VegTYPE］设置植被图层的符号为［唯一值渲染］，根 据SoilsGrid图层中属性［S_Value］设置土壤类型栅格的符号为［唯一值渲染］，设置图层StudyArea的边界和填充，并调整各图层的顺序得到如下下效果: (5)保存地图文档为［Ex8.mxd］ 3■创建模型 在上一步操作的基础上进行 (1) 在ArcMap中，打 开Arctoolbox，执行菜单命令：［工具］＞＞［选项］,在［选项］设置对话框中，设置［空间处理］选项页中［我的工具箱位置］，将其指定为某个路径，比如 ［d:\arcgis］,因为以下建立的模型将会被保存到后缀为［.tbx］的文件中，而这个文件是保存在以上设定的路径下的.