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     

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。     

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     

中国南方地区近60 a来降雨量与降雨侵蚀力时空变化研究

基于南方地区9个省份41个气象站点1956~2015年共60 a逐日降雨量资料,采用线性回归、Kriging插值等方法分析了南方地区降雨量和降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明:南方地区降雨以侵蚀性降雨为主,且比较集中,区域强降雨事件出现的频次在增加。南方地区年均降雨侵蚀力变化范围在3 477.30~24 878.65 MJ·mm/(hm~2·h·a)之间,平均值为9 919.93 MJ·mm/(hm~2·h·a),总体由南往北逐渐减少的分布规律。在季节分布上降雨侵蚀力主要集中在夏季。60 a来南方大部分地区年降雨侵蚀力均呈上升趋势,其中海南、浙江、江西3省上升趋势较为明显,说明这些地区面临较大的土壤侵蚀潜在压力。     

长江上游不同地形条件下的土地利用/覆盖变化

基于1〖DK〗∶10万的1980、2000和2005年的土地利用/覆盖数据和90 m分辨率的DEM数据,采用转移概率矩阵和地形 面积频度方法,分析了1980~2005年长江上游地区不同地形因子条件下的土地利用/覆盖变化。结果表明：1）1980~2000年,草地、林地和农业用地面积变化趋势与2000~2005年相反。后5 a,可能由于退耕的土地出现反弹现象增多,草地和林地面积出现缩减而农业用地面积增加。两个分析时段主要的土地利用/覆盖类型变化趋势类似,包括农业用地向林地和草地的转化,林地向农业用地的转化以及草地向裸地的转化。2）农业用地和城镇用地主要分布于低海拔区而林地、草地则主要分布于高海拔区。低海拔区主要是退耕还林和城市化过程。高海拔区主要是林地的退化消失和草地退化沙化过程。3）农业用地在坡度段10~25°所占面积比例最大。林地用地面积比例随坡度变陡呈现规则递增,城镇用地分布趋势与之相反。近年裸地趋向分布于缓坡区。坡度0~5°的区域主要是草地退化沙化过程;5~10°坡度段主要是退耕还林过程;大于10°的区域造林工程与森林退化并存。4）各种土地利用/覆盖类型对不同坡向的适宜性相差不大。各种坡向上土地利用/覆盖类型变化类似.     

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     

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。     

秦巴山区降雨侵蚀力时空变化特征

降雨侵蚀力时空变化特征的研究对区域土壤侵蚀风险评估及水土保持规划具有重要的意义。利用秦巴山区及周边地区共63个气象站1961~2016年的逐日降雨量数据计算各站的降雨侵蚀力,借助Kriging空间插值法、Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验等方法分析了秦巴山区降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明：秦巴山区年均降雨侵蚀力为3 696 MJ·mm/(hm²·h·a),年内变化呈单峰型,7月最大,占全年的26.6%;四季中,夏季最大,冬季最小。代际间,20世纪80年代的降雨侵蚀力最大,90年代最小。年际间,年降雨侵蚀力存在明显的阶段性,但未表现出显著的趋势性和突变性特征。秦巴山区多年平均降雨侵蚀力呈南高北低的分布格局,不同地区年均降雨侵蚀力变化于787~8 858 MJ·mm/(hm²·h·a)之间;整体而言,年降雨侵蚀力随纬度增加而减小,随海拔升高而减小。     

三峡库区森林植被分布的地形分异特征

基于森林植被GIS数据库和群落调查,对三峡库区森林植被分布的地形分异特征进行分析。结果表明：（1）三峡库区森林植被主要分布在海拔400~1200 m,随海拔上升和坡度增大,森林覆盖率逐步提高,海拔为400 m以下区间森林覆盖率最低。（2）不同海拔级的优势森林类型分别为灌木林（400 m以下、1 200~1 600 m、1 600~2 000 m和2 000 m以上）、马尾松林（400~800 m和800~1 200 m）。各森林类型分布面积占该类型总面积百分比在不同海拔级上的分布都为单峰型,海拔由低到高出现峰值的森林类型依次为竹林、经济林和柏木林（800 m以下）、暖温性针叶林（1 600 m以下）、针叶混交林和针阔叶混交林（400~1 600 m）、阔叶林（800~2 000 m）、温性针叶林（1 200~2 000 m）。（3）柏木林、马尾松林、杉木林、温性松林、针叶混交林及针阔混交林主要分布在坡度低于35°区域,竹林和经济林主要分布在坡度小于25°区域。在坡度低于5°、6°~15°和16°~25°的区域,马尾松面积均最大,在坡度为26°以上的区域,灌木林分布面积均最大。（4）各类植被类型在各个坡向上分布面积变化不大。研究结果为三峡库区生态规划和建设提供科学依据.     

基于SCS-CN与MUSLE模型的三峡库区小流域侵蚀产沙模拟

传统土壤侵蚀模型模拟次降雨产沙时难以确定泥沙输移系数,分布式的侵蚀产沙模型对数据量需求量大。选择三峡库区宋家沟小流域为研究对象,基于2013年的降雨、植被盖度、地形、土壤等数据,利用SCS-CN和MUSLE模型耦合模拟流域的场降雨的产沙量。结果表明:该模型的模拟值的精确度在可接受范围内,整个流域2013年的泥沙流失量是3 923t,全年中5场较大的降雨贡献了泥沙流失量的80%以上;不同土地利用类型的泥沙输出量差异很大,耕地(面积44.63%)贡献了81.54%的泥沙,有林地(面积47.61%)贡献了17.63%的泥沙;坡度在0~8度的区域贡献的产沙量仅为1.75%,大于25度的区域占流域面积的比例是39.21%,产沙量占55.77%;泥沙模拟值相比实测值偏大,其原因可能是流域中分布的池塘改变了径流过程,发挥拦截泥沙功能。     

基于PSR模型的土地利用系统健康评价及障碍因子诊断

土地利用系统健康评价及障碍因子诊断是土地资源可持续利用的重要基础。在界定土地利用系统健康内涵的基础上,构建了基于PSR模型的评价指标体系,采用熵值法和障碍度模型,对四川省土地利用系统健康进行了评价。研究结果表明：（1）2000~2008年四川省土地利用系统健康水平总体不断提高,综合指数从0394 5增加到0557 3,健康等级经历了“不健康 临界状态”的演变历程;（2）压力指数总体上呈现下降趋势,状态指数和响应指数总体上呈现上升趋势;（3）长远来看,系统压力是影响土地利用系统健康的首要因素,2000~2008年系统压力和系统状态的障碍度分别以年均881%和097%的速度增加,而系统响应的障碍度以年均766%的速度下降;（4）影响土地利用系统健康的主要障碍因子包括固定资产投资增长率、人均耕地面积、土地垦殖率、水土流失程度、地均GDP等。为了促进土地利用系统健康水平不断提高,需要进一步转变经济发展方式,加强土地利用监督管理,加大环境治理力度,有效控制水土流失程度     

An integrative approach to modeling land-use changes: multiple facets of agriculture in the Upper Yangtze basin

Land change science has emerged as a fundamental component of global environmental change and sustainability research. Still, much remains to be learned before scientists can fully assess future roles of land-use/cover changes (LUCC) in the functioning of the Earth system and identifying conditions for sustainable land use. The objective of this paper is to gain a better understanding of the complex interactions of human and natural drivers underlying LUCC. We do so by developing and estimating a novel structural model of land use and using spatially explicit longitudinal observations from the Upper Yangtze basin of China. Our analysis focuses on the multiple dimensions of agriculture—not only cropland use itself, but also grain production, soil erosion, and related technical change—and our data cover 31 counties over four time periods from 1975 to 2000. Our results show that technical change plays an important role in supplying food on a limited cropland; limiting cropland expansion in turn reduces soil erosion, which then benefits grain production in the longer term. It is also found that policies and institutions have significant impacts on land use and the status of soil erosion. Together, these results carry some great implications to sustainable land use and ecosystem management.     

柑橘果园扩张对寻乌水径流和输沙的影响

土地利用变化的水文效应是当前人类活动环境影响的研究热点.柑橘果园扩张是近20年来寻乌水流域最主要的土地利用变化.利用寻乌水流域3个时期的土地利用数据,设定不同土地利用情景,以SWAT模型模拟不同土地利用情景下的径流与输沙,并结合2000年以来柑橘果园扩张的遥感制图成果和寻乌水径流和泥沙观测资料,分析柑橘果园扩张对流域径流和输沙的影响.研究表明:SWAT模型模拟径流的效果较好(Re =-0.05;R2 = 0.79;Ens = 0.72),输沙模拟效果也在合理范围(Re = 0.75;R2 = 0.8;Ens = 0.71);1990～2015年间,寻乌水流域林地面积减少36.83％,果园面积增加42.48％,径流与输沙变化率分别为2.57％和4.27％;新垦果园面积与河道输沙量的关系不显著,这是因为河道输沙不仅与土壤侵蚀有关,同时也与土壤侵蚀地块与河道之间的区位关系有关,同时,在反坡水平阶等水保措施的作用下,果园水土流失得到有效控制.     

南水北调中线水源地汉江上游流域主要生态环境问题及对策

汉江上游是南水北调中线水源地，流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键。针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题，结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析。结果表明：（1）丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差，CODMn和氨氮成为水源区主要污染物；（2）各子流域区植被覆盖占各自面积的712%~957%，表明流域植被覆盖较好，但沿河岸100 m范围内农业用地占292%~434%，且多为坡耕地；（3）流域水土流失严重，2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数>2 200 t/km2的区域，且有日益增强的趋势。提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策。     

我国耕地生态安全评价及障碍因子诊断

耕地生态安全评价及障碍因子诊断是改善耕地生态系统状况、促进耕地可持续利用的重要基础。在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于PSR模型的评价指标体系,采用熵值法和障碍度模型,对我国耕地生态安全进行了评价。研究表明：（1）1996~2010年我国耕地生态安全水平总体不断提高,综合指数从0484 4增加到0626 9,安全等级经历了“临界安全-较安全”的演变历程;（2）压力指数总体上呈现下降趋势,状态指数和响应指数总体上呈现上升趋势;（3）长远来看,系统压力是影响耕地生态安全的首要因素,1996~2010年系统压力和系统状态的障碍度分别以年均533%和052%的速度增加,而系统响应的障碍度以年均802%的速度下降;（4）影响耕地生态安全的主要障碍因子包括单位耕地面积农药负荷、单位耕地面积化肥负荷、人均耕地面积、土地垦殖率、水土流失程度等。为了促进耕地生态安全水平不断提高,需要进一步转变经济发展方式,加强土地利用监督管理,降低经济增长对土地资源的过度消耗;大力发展绿色农业,合理施用农药、化肥;积极开展农村土地整治,加强高标准基本农田建设;加大环境治理力度,有效控制水土流失程度     

三峡水库上游流域非点源颗粒态磷污染负荷研究

为有效控制三峡水库上游流域因水土流失产生的非点源颗粒态磷污染，改善库区水质，以美国通用土壤流失方程为基础，从影响土壤流失年际变化的水文条件和人类活动两个主导因素着手，并从地形指数的角度考虑泥沙输移比的空间分布，提出了能反映流域输沙量逐年动态变化的新估算方法。在此基础上，建立了流域颗粒态磷污染年负荷模型。在GIS辅助下，应用所建模型，对研究流域1990~2006年颗粒态磷污染负荷进行了空间分布模拟和定量研究。结果表明：所建年输沙量模型和颗粒态磷年负荷模型有良好的模拟精度；金沙江中下游流域，雅砻江中下游流域和岷江的大渡河流域是颗粒态磷污染的主要源区，嘉陵江流域通过治理水土流失和颗粒态磷流失情况明显好转；“长治”工程后，三峡水库上游流域的颗粒态磷年负荷总体上有下降趋势，近5年的年均负荷为16 482 t/a，比治理初期的1990年减少约37%。     

土壤侵蚀经济损失分析及价值估算—以贵州省猫跳河流域为例

以贵州省猫跳河流域为例,运用环境经济学理论和方法,分析土壤侵蚀的经济损失内在机制,估算土壤侵蚀的经济损失,揭示土壤侵蚀经济损失分布的空间格局,为该区域水土流失防治提供科学依据。结果表明,研究区平均每年土壤侵蚀经济损失为36 602.44×104元,其中土壤养分损失占总损失的89.46%,土地废弃损失占总损失的4.64%,土壤水分损失占总损失的1.05%,泥沙损失占总损失的4.85%。旱地土壤侵蚀经济损失最大,占土壤侵蚀经济损失的61.94%。从各县来看,清镇市土壤侵蚀经济损失最大,占总经济损失的32.87%。研究区平均单位面积经济损失为1 174.86元/hm2,北部地区和西南部地区土壤侵蚀单位面积经济损失价值较大。推进水土流失治理,实行生态补偿制度势在必行。