国外土壤侵蚀预报模型研究进展

土壤侵蚀预报模型是定量预测、预报土壤侵蚀量的重要工具,对水土保持及生态环境建设具有重大的意义。本文对国外土壤侵蚀预报模型研究进展作了综述,重点介绍了国外土壤侵蚀预报模型的发展历程、USLE和以其为蓝本的侵蚀预报模型等。对侵蚀预报模型的研究进展进行总结并指出我国土壤侵蚀预报模型研究中存在的问题。     

汉江中下游流域土壤侵蚀高风险期及优先控制区协同分析

土壤侵蚀高风险期和优先控制区分别指土壤侵蚀发生的主要时段和区域。基于月尺度土壤侵蚀高风险期及优先控制区识别，对水土资源保护具有实践意义。基于USLE模型，定量分析汉江中下游流域不同月份土壤侵蚀时空分布特征，采用土壤侵蚀高风险期及优先控制区协同分析方法，先基于侵蚀量-时间曲线定量识别流域土壤侵蚀的高风险期，再基于侵蚀量-面积曲线识别高风险期内的优先控制区。结果表明，汉江中下游流域2010年土壤侵蚀具有集中分布特点，严重侵蚀区域主要集中在流域西北和东南地区，占流域面积的11.70%；轻度及以下侵蚀区域主要集中在流域东部和南部坡度较低的区域，占流域面积的88.30%。流域土壤侵蚀的高风险期为4月和7月，侵蚀量占全年的69.12%，其中，7月土壤侵蚀量最高，占全年的41.83%，4月土壤侵蚀量占全年的27.29%。汉江中下游流域高风险期内优先控制区占流域面积的12.22%，其侵蚀量达82.01%，优先控制区主要分布在流域北部、西部及东南部分县市。通过优先控制高风险期内的优先控制区域可以大大提高土壤侵蚀的控制效率。     

基于InVEST模型的太行山淇河流域土壤侵蚀特征研究

基于土地利用数据、数字高程模型数据(DEM)、土壤类型数据、降雨数据、植被覆盖指数(NDVI),结合地理信息系统(GIS)和遥感,计算降雨侵蚀力因子(R)、土壤可蚀性因子(K)、植被覆盖因子(C)、水土保护措施因子(P),借助InVEST模型对淇河流域2015年山地生态系统的土壤侵蚀进行研究。结果表明:(1)淇河流域微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积分别为932. 80、617. 13、282. 46、159. 58、141. 64和93. 84 km~2;土壤侵蚀总量为7 225 839. 54 t,平均土壤侵蚀模数为32. 45 t/(hm~2·a);(2)在各土地利用类型中,土壤侵蚀主要发生在林地、草地和耕地。草地和林地多分布在地形起伏度较大的高海拔区,潜在的土壤侵蚀量较大,土壤侵蚀强度也较大。虽然未利用地占流域总面积很小,但侵蚀模数最大;(3)淇河流域土壤侵蚀与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子具有密切关系,土壤侵蚀模数随着海拔的升高先增大后降低,海拔在1 200 m处达到峰值,土壤侵蚀模数随着坡度和地形起伏度的增加而不断增大。坡度和起伏度越大,坡面土壤的不稳定性愈大,在外力作用下发生下移的可能性就愈大。海拔600～1 200 m、坡度大于15°、地形起伏度70～500 m的区域土壤侵蚀状况严重,是土壤侵蚀防治的重点区。土壤侵蚀是山地生态脆弱性响应的重要指标,山地流域的土壤侵蚀研究对评估区域生态环境质量有重要意义。     

基于土壤侵蚀模型的滑波临界雨量估算探讨

针对滑坡临界雨量确定目前存在的问题,提出一种基于土壤侵蚀模型的滑坡临界雨量估算的新方法。该方法基本思路是：降雨引起土壤侵蚀,当土壤侵蚀达到一定强度时可诱发滑坡,因此利用土壤侵蚀模型可以推算滑坡临界雨量。以湖北省秭归县为例进行试验,从降雨-土壤侵蚀-滑坡的成灾机理入手,利用卫星资料、地理信息资料及降雨资料,计算降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形（坡长、坡度）、植被覆盖和土地利用类型等因子,基于USLE土壤侵蚀模型,计算滑坡发生时土壤侵蚀强度,通过分析多个滑坡个例,确定滑坡临界土壤侵蚀强度,再根据降雨侵蚀力与降雨量之间的关系,推算不同预警点滑坡临界雨量。相比以往仅仅分析灾情与降雨之间关系的传统方法,该方法有较为清晰的物理意义,实际业务中也易于实现,在滑坡预警预报中有较高实用价值     

GIS支持下土壤侵蚀潜在危险度的分级研究

根据土壤侵蚀特点，在IDRISI地理信息系统（GIS）支持下，研究设计了小流域空间与属性数据库的建设，在GIS系统支持下可有效地实现区域土壤侵蚀潜在危险的分级及其空间分析。首先，采用侵蚀预报的数学模型来估算土壤侵蚀星，用土壤详查资料编制土层厚度和土壤容重图，然后，由土壤年均侵蚀量，土层厚度和土壤容重得到土壤抗蚀年限图，按水利部标准将土壤侵蚀潜在危险度分为5级。最后，为表明某一地区或地类土壤侵蚀潜在危险的大小，还提出了土壤侵蚀潜在危险指数（SEPDI）。以三峡库区的王家桥小流域为例进行了研究，并且分析了其空间分布特点。     

基于日降雨数据的湖北省降雨侵蚀力初步分析

利用日降雨数据估算降雨侵蚀力,以此评估降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。通过分析湖北省及周边26个气象台站1957~2008年逐日降雨量数据,基于日降雨侵蚀力模型,计算了研究区多年降雨侵蚀力,初步分析了其时空分布规律。结果表明:湖北省降雨侵蚀力总体上呈现从东南地区向西北山区逐渐递减的趋势,鄂东南、西南较高,而西北部最低,降雨侵蚀力与降雨量分布特征类似;降雨侵蚀力与降雨量在年际变化上都呈现微弱上升趋势,1978年以来降雨侵蚀力一直保持上升趋势和2~3a的主周期变化;降雨侵蚀力的年内分布主要集中在5~9月份,占全年的77.42%,其中最大月降雨侵蚀力出现在7月份,占年降雨侵蚀力的22.3%。研究结果对水土流失预报及科学制定水土保持措施具有重要意义。     

三峡库区王家桥小流域土壤侵蚀因子初步研究

通过对王家桥小流域土壤，降雨，植被和地形等因子的分析，探讨了土壤抗侵蚀性能，分析了坡面侵蚀与各影响因子间的关系，建立了基于降雨基础上的全流域输沙幂函数回归方程。结果表明，本地区土壤因具有较强的渗透性，抗冲，抗蚀和抗剪切破坏的能力，而使其保持较小的可侵蚀性；坡面侵蚀中的主要影响因素是雨强和径流量（或降雨量）的大小；流域内土壤侵蚀的形式主要表现为暴雨作用下的重力侵蚀，在影响土壤侵蚀的诸多因子中降雨是关键性的，它的强度和年分布对年侵蚀模数的大小具有决定性作用。同时，通过分析各种雨强（平均雨强，最大雨强，最大15分钟雨强，最大30分钟雨强，最大60分钟雨强）对土壤侵蚀量的影响，结果表明，虽然最大60分钟雨强具有最优相关性，但在多元回归方程中，采用最大30分钟雨强回归效果最佳。     

基于GIS与RUSLE的武陵山区小流域土壤侵蚀评价研究

以长江中下游武陵山区女儿寨小流域为研究区，基于数据观测积累及实地调查采样等方法，计算了研究区降雨侵蚀力、土壤可蚀性等因子，运用GIS与RUSLE评价了流域土壤侵蚀强度并分析了其与土地利用方式、海拔高度的关系。结果表明，流域平均土壤侵蚀强度为78844 t/（km2·a），属微度侵蚀，流域面积9518%的范围发生轻度以下的侵蚀，强烈以上侵蚀仅占1.19%。从土地利用类型来看，耕地、果园侵蚀强度较大，均达到中度侵蚀，有林地除竹林地为轻度侵蚀外均属微度侵蚀，耕地、果园、竹林地是今后水土流失防治的主要地类。不同海拔高度中，低海拔（200～400 m）区域侵蚀量占到流域侵蚀总量的6442%，是水土流失防治的重点地带。研究为应用修正通用土壤流失方程在武陵山区进行土壤侵蚀评价提供范例，为研究区防治土壤侵蚀和流域管理规划决策提供相应参考     

公路建设中新增水土流失预测优化

新增水土流失预测是开发建设项目水土保持方案编制的依据。以某山区高速公路为例,主要从预测时段和土壤侵蚀模数的确定两个方面与传统方案进行对比分析,探讨山区高速公路建设新增水土流失预测的优化方案,结果表明:确定符合实际的预测时段和土壤侵蚀模数能提高新增水土流失预测结果的准确度,有利于水土保持措施及投资的优化配置。     

清江流域1995-2000年土壤侵蚀时空变化

土壤侵蚀是造成地表水土流失的直接原因，也是我国国土整治的主要目标和任务。清江流域地处湖北省西南部，严重的土壤侵蚀是该地区生态环境恶化的主要原因，也是社会经济发展的主要限制因素之一。在野外调查的基础上，利用1：10地形图和1995年、2000年两期Landsat—TM遥感影像为基本信息源，在“3S”技术支持下对清江流域的土壤侵蚀进行动态监测。结果显示，5年来清江流域土壤侵蚀（轻度及轻度以上侵蚀、水土流失）面积共减少10．98km^2，减少了0．06％，但全区土壤侵蚀面积仍占土地总面积的40．70％，说明本区土壤侵蚀仍然十分严重。该区经过近5年的水土保持治理和生态环境建设，强度和极强度土壤侵蚀区治理取得了一定进展，没有进一步恶化，而微度、轻度和中度侵蚀区出现了侵蚀强度增大的现象，说明由于各种自然原因和人为原因的存在，该区的土壤侵蚀仍处于边治理边破坏的状态，虽然整体侵蚀面积在减少，但有些地区的侵蚀强度在加重，若不采取合理措施极可能继续恶化而进一步转化为强度和极强度侵蚀。     

土壤侵蚀对土地利用和降雨变化响应和空间分布特征——以金沙江一级支流小江流域为例

全球变化引起了一系列环境效应，土壤侵蚀是全球变化最为敏感环境效应之一。选择生态极其脆弱区小江流域作为研究对象，通过遥感影像和雨量站点获取3期土地利用和降雨变化信息，结合区域基础地理信息数据，利用通用土壤流失方程（USLE模型）对该区域土壤侵蚀对土地利用和降雨变化的响应进行了分析。研究表明：（1）降雨量在1981~1990年为降雨量较小年份，1991~2000年为降雨量较大时间段，2001~2005年降雨量开始急剧减少；（2）1987、1995和2005年的平均侵蚀量分别为：7058、8008和7981 t/（hm2〖DK1〗·a)，中度侵蚀以上面积分别占总面积的2992%、3383%和3318%，其中极强度侵蚀分别占915%、1281%和1263%；（3）在分布特征上，强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在小江流域的中下游地段。极强度侵蚀主要分布在中海拔区域（1 600~2 800 m），所占的比例呈持续下降的趋势，但在高海拔区域，极强度侵蚀呈增加趋势；同时，极强度侵蚀集中分布在高坡度段（>35°）上，占其面积的85%以上，且呈持续增加趋势，在中坡度段（15°~35°）上，极强度侵蚀呈现明显的减少趋势。USLE模型可以较好的反映出全球变化条件下土壤侵蚀效应，为合理开发土地资源和人类经济活动提供科学依据     

137Cs示踪红壤丘陵区坡地土壤侵蚀的研究--以江西丰城市为例

通过137Cs示踪技术,并采用相关的土壤侵蚀定量模型,对红壤丘陵区江西丰城市坡面不同土地利用类型、方式以及不同地貌部位的土壤侵蚀进行了研究。结果表明：研究区137Cs的本底值为1 992.45±145.63 Bq/m2;试验区典型坡地不同地貌部位均存在着一定程度的土壤侵蚀,且侵蚀强度总的变化趋势为坡底部>坡中部>坡顶部;不同土地利用类型和方式下的坡面侵蚀强度亦呈现一定的分异现象,从大到小依次为耕作土坡面>退耕30年+退耕1年混合坡面>退耕30年坡面>荒坡。     

基于GIS和USLE的小流域土壤侵蚀定量评价

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,建立了南水北调中线水源地丹江口水库区典型小流域地理数据库,确定了计算USLE因子指标的方法。在ArcGIS支持下,模拟了小流域土壤侵蚀强度的空间分布。将模拟结果分为微度、低度、中度、强度、剧烈侵蚀5级,建立土壤侵蚀与土地利用/土地覆盖类型及坡度之间的关系。结果表明：研究区年均土壤侵蚀量2414 t/hm2,远超该地区容许土壤流失量5 t/（hm2·a）。96%的侵蚀区及95%的土壤侵蚀总量位于<25°区域。就土地利用/土地覆盖类型而言,陡坡耕作区是主要的土壤流失区。研究结果为水源区的土壤侵蚀治理提供参考意见,同时为USLE在无土壤类型图地区的应用提供一种方法借鉴     

太湖洑东流域陆地侵蚀与入湖物质通量的定量关系研究

在太湖流域选择了一个典型的半封闭洑东小流域，通过对该流域及入湖口区域沉积物的元素和同位素地球化学研究，建立了反映流域陆地侵蚀与入湖物质输入量之间的定量关系模型。研究结果表明:近40 a来洑东流域的入湖物质通量约为6074 t/a，与实际监测结果一致。根据流域土地利用类型和土壤侵蚀速率的分布，估算出流域土壤侵蚀总量为25670 t/a，说明侵蚀总量的237%进入湖泊，其余在河道或土地内部沉积下来。近40 a来太湖宜溧河湖交界区入湖物质通量〖WTBX〗（Q）与流域土壤侵蚀速率（E）和流域面积（A）的数学关系为：E=422Q/A。〖WTBZ〗结合湖泊沉积物来源分析结果，计算出流域内不同土地利用类型的平均土壤侵蚀速率，林地、茶园和水田的土壤侵蚀速率分别为1266、58355和17293 t/（km2·a）。该结果与¹³⁷Cs示踪法计算结果基本一致，表明利用湖泊沉积记录可以较好地反演流域不同土地类型土壤侵蚀量及其入湖营养通量的变化。     

湖北丹江口水库库区降雨侵蚀力特征

降雨侵蚀力(R)指数是估算土壤侵蚀量的一个基本因子，但如何利用气象站常规降雨统计资料估算R值具有重要的实践意义。利用湖北丹江口水库库区4个观测站(丹江口、十堰、郧县、郧西)的多年逐日降雨资料，通过比较分析多个经验模型对该地区的降雨侵蚀力的计算结果，优选出了表现最佳的估算模型，并用其计算结果分析了库区年降雨侵蚀力的空间分布和时间变化特征。结果表明，湖北丹江口库区丹江、郧西、十堰、郧县的年均降雨侵蚀力分别为3 331.94、3 272.40、3 501.21、3 187.94 MJ·mm/hm²·h·a，4个测站的均值为3 323.37 MJ·mm/hm2·h·a，空间分布比较均匀，与多年平均降雨量分布类似；降雨侵蚀力主要集中于5～9月份，占全年的88.60%以上；库区4个测站年降雨侵蚀力值波动较大，以郧西和十堰为甚，其最大单次降雨侵蚀力分别占其研究时段内总降雨侵蚀力的6.94%和4.87%。离差系数Cv(0.45～0.58)和趋势系数r(绝对值0.05～0.08)计算结果表明研究年限内年均降雨侵蚀力整体趋势保持平稳。
     

基于InVEST模型的秦岭山地土壤流失及土壤保持生态效益评价

为了解秦岭山地土壤侵蚀及土壤保持生态服务功能的空间分布特征，采用InVEST 土壤保持模型，从研究区、流域、县域3个尺度，对其潜在与实际土壤侵蚀量进行计算，在此基础上进一步应用该模型量化研究区土壤保持生态服务价值，得到土壤保持服务价值空间分布图。研究结果表明：（1）2012年秦岭山地潜在与实际土壤侵蚀量分别为4588×108 t、152×108 t，五大流域和各县区以轻度侵蚀和中度侵蚀为主，较为严重的地区为汉江流域南部紫阳县6323 t/(hm2[DK]·a)[JP2]和岚皋县5869 t/(hm2[DK]·a)，属强烈侵蚀。（2）全区土壤保持总量4337×108 t，[JP]其中泥沙持留量143×108 t，单位面积土壤保持量为71979 t/(hm2[DK]·a)；减少泥沙疏浚工程和水质治理花费的土壤保持服务价值共计4184亿元。各县区土壤保持服务价值量在001亿元至475亿元不等，价值量在096~191亿元之间的县区占全区的4413%，其次为191~285亿元（2522%）。（3）对于秦岭山地土壤侵蚀的防治及其生态效益的建设，保证林地面积的绝对优势是首要条件；对于大于25°的坡耕地，应继续推行还林还草政策     

人工神经网络方法在资源与环境预测方面的应用

用人工神经网络方法对不同水域、不同环境因子之间非线性和不确定性的复杂关系进行学习训练并预测检验。结果表明：人工神经网络方法在模拟和预测方面 优于传统的统计回归模型,在资源与环境方面的应用是可行的。具有较强的模拟预测能力。与传统的回归模型相比,人工神经网络方法不要求监测数据具有很强的规律性,就可用后的网络模型对其进行预报,燕且预测相对误差均比回归模型预测相对误差要小,具有一定的实用性。两个实例的应用     

苏南丘陵主要森林类型保持水土效益的研究

１９９１年度在苏南丘陵地区用径流小区法测得杉木林、火炬松林、栎林及裸地的地表径流系数分别为９．５５％、３８．９９％、６．０１％、４５．３７％。土壤侵蚀量分别为２８１．０ｔ／ｋｍ￣２、２２５．４ｔ／ｋｍ￣２、２３８。４ｔ／ｋｍ￣２、１４４１４．５ｔ／ｋｍ￣２。与裸地相比，森林保持水土的效益非常显著。文中还详细讨论了裸地的土壤侵蚀规律，并给出了裸地土壤侵蚀量的经验预报方程。     

模拟降雨径流作用下红壤坡面侵蚀水动力学机制

土壤侵蚀过程受控于侵蚀外营力和土壤抗侵蚀性能,深入理解坡面流水动力学特性及其侵蚀动力是研究土壤侵蚀动力学机制的基础。利用可变坡土槽,通过不同雨强(60、90和120 mm/h)和径流冲刷(10、15和20 L/min)组合模拟试验,研究了第四纪黏土红壤坡面水流的水动力学特征参数及其与土壤侵蚀量间的关系。结果显示:降雨和径流冲刷影响了坡面产流产沙过程和坡面流水力学特性,其中平均流速v、平均水深h、雷诺数Re和水流功率ω均随降雨强度和上方来水流量的增加而增大,相对水深曼宁糙率n/h则减小,其水力学他参数(弗如德数Fr、阻力系数f和水流剪切力τ)变化规律不明显。坡面水流平均速度取值范围为0.21~0.45 m/s,平均水深取值范围为5.6~9.4 mm,在试验条件下红壤坡面侵蚀水流流态大部分均处于"紊流-急流区"。不论从径流角度看或是从泥沙角度分析,由相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合水动力特征参数-相对水深曼宁糙率,是表征不同上方来水流量和降雨强度条件下第四纪粘土红壤坡面侵蚀特征的水动力参数。     

基于遥感的济南市南部山区土壤侵蚀精细化评价

以济南市南部山区为研究区,基于面向对象的分类技术,采用决策树分析方法,通过自动与人工相结合的方式,得到用地类型的精细化分类图斑。采用通用土壤流失方程USLE,通过分别计算降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡度-坡长因子、植被覆盖与管理因子、水土保持措施因子,得到济南市南部山区土壤侵蚀量。南部山区土壤侵蚀强度为微度、轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈的比例分别为49.1%、30.2%、8.6%、4.4%、3.7%、4.1%。极强烈、剧烈侵蚀区主要分布在历城区仲宫镇和长清区张夏镇的交界处。