GIS的天水羅玉溝流域土壤侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)

以土壤侵蝕發(fā)生規(guī)律為依據(jù),從小流域系統(tǒng)的土壤抗蝕性、地質(zhì)、地貌形態(tài)、植被覆蓋、森林類型、土地利用等環(huán)境特征方面分析了影響官司河流域土壤侵蝕危險(xiǎn)性的主導(dǎo)因素,運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)綜合分析方法,將研究區(qū)域分為劇烈,強(qiáng)度、中度、輕度和無(wú)侵蝕危險(xiǎn)類型,完成區(qū)域土壤侵蝕類型劃分,并指出各種類型的特征和防治侵蝕的措施。

1土壤侵蝕量計(jì)算模型 關(guān)于土壤侵蝕量的計(jì)算，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的是美國(guó)的通用土壤流失方程 usle(universalsoil-lossequation)，作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型，它是土壤侵蝕研究過(guò)程中的 一個(gè)偉大的里程碑，在土壤侵蝕研究領(lǐng)域一度占據(jù)主導(dǎo)地位，并深刻地影響了世界各地土壤 侵蝕模型研究的方向和思路。由于usle模型形式簡(jiǎn)單、所用資料廣泛、考慮因素全面、因 子具有物理意義，因此不僅在美國(guó)而且在全世界得到了廣泛應(yīng)用?！巴ㄓ猛寥懒魇Х匠淌健?的形式如下： pcslkra1-1 式中：a——土壤流失量（噸∕公頃·年） r——降雨侵蝕力指標(biāo)； k——土壤可蝕性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蝕程度的一個(gè)數(shù)字。其單位是， 在標(biāo)準(zhǔn)條件下，單位侵蝕力所產(chǎn)生的土壤流失量； l——坡長(zhǎng)因子。當(dāng)其它條件相同時(shí)，實(shí)際坡長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)坡長(zhǎng)（2

論述了基于柵格gis土壤侵蝕地形因子的計(jì)算方法和流程,在arcgis柵格模塊中利用aml開(kāi)發(fā)了通用土壤流失方程地形因子的計(jì)算程序,并給出了程序核心部分的編碼。實(shí)際應(yīng)用表明,計(jì)算結(jié)果的精度依賴于數(shù)據(jù)源的精度。

隨著鄱陽(yáng)湖流域開(kāi)發(fā)進(jìn)程加快,土地利用類型勢(shì)必發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而對(duì)鄱陽(yáng)湖流域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。為了能反映鄱陽(yáng)湖流域由于土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響效應(yīng),本文通過(guò)采用3s技術(shù)手段,獲取鄱陽(yáng)湖流域土地利用空間數(shù)據(jù)與土壤侵蝕數(shù)據(jù),引入土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣指數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù),對(duì)鄱陽(yáng)湖流域土地利用變化和土壤侵蝕效應(yīng)空間關(guān)系進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明:①1985年～2000年間,影響鄱陽(yáng)湖流域土壤侵蝕強(qiáng)度變化的土地類型主要集中在農(nóng)田、林地和草地,而水域、工礦居民用地與未利用地三種土地類型對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度變化總體變化不大;②加重土壤侵蝕強(qiáng)度的主要是林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田、林地轉(zhuǎn)化為草地、草地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田;而土地利用類型農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地、林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)化減輕了侵蝕強(qiáng)度。土地利用類型和土壤侵蝕強(qiáng)度之間的定量研究結(jié)果反映了土壤侵蝕效應(yīng)的變化,與鄱陽(yáng)湖流域的水土流失現(xiàn)實(shí)情況一致。

西南岔河為湯旺河一級(jí)支流,隨著人類活動(dòng)對(duì)下墊面的影響,河道內(nèi)的懸移質(zhì)泥沙含量逐年增多。本文應(yīng)用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型構(gòu)建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空間變化對(duì)土壤侵蝕的影響,模擬分析了綠化對(duì)減輕水土流失的作用,為當(dāng)?shù)厮帘３诌x擇灌木品種和種植規(guī)模提供依據(jù)。

土地利用/土地覆被變化及其環(huán)境效應(yīng)研究成為當(dāng)前土地變化科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。我國(guó)西南喀斯特山區(qū)山高坡陡,地形破碎,土壤侵蝕嚴(yán)重,不合理的土地利用方式是造成喀斯特山區(qū)土壤侵蝕的主要人文因素。本文采用\"3s\"技術(shù)和rusle模型,分析了近30年來(lái)貴州省貓?zhí)恿饔蛲恋乩?覆被變化的時(shí)空特征,模擬了不同土地利用空間格局下的土壤侵蝕狀況,探討了土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響。結(jié)果表明:近30年來(lái)流域內(nèi)土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化,1973年~1990年,水田、灌木林、其他林地、灌草地均在減少,旱地、有林地、水域、建設(shè)用地、裸巖地均在增加;1990年~2002年,水田、有林地、灌木林、灌草地、水域、城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)用地均明顯增加,旱地和裸巖地均大幅度減少。流域土壤侵蝕模數(shù)由1973年的30.88t/(hm2.年)上升到1990年的35.08t/(hm2.年),2002年下降到28.16t/(hm2.年)。旱地和灌草地是流域發(fā)生土壤侵蝕的主要土地利用類型。封山育林、植樹(shù)造林和退耕還林,減少陡坡旱地,是流域進(jìn)行水土流失治理的有效措施。

采用gis空間分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法,通過(guò)在arcgis8.1的grid模塊中,對(duì)瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算,形成具有復(fù)合數(shù)據(jù)的新grid數(shù)據(jù)表;對(duì)新生成grid屬性表的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,獲得研究時(shí)段內(nèi)不同空間范圍的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)及各類用地上的土壤侵蝕數(shù)據(jù);通過(guò)土壤侵蝕綜合指數(shù)(index)的計(jì)算,反映了不同區(qū)域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結(jié)果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強(qiáng)度較其它用地類型大;土地利用變化對(duì)土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區(qū)域表現(xiàn)較為明顯,而在上游區(qū)域不明顯;上游區(qū)域土壤侵蝕的主導(dǎo)因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理能力,使其在眾多領(lǐng)域和部門中得到了廣泛應(yīng)用.本文在概述地理信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用的基礎(chǔ)上,對(duì)其在國(guó)內(nèi)外土壤侵蝕研究中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的回顧.在概述137cs示蹤技術(shù)研究土壤侵蝕的同時(shí),展望其與地理信息系統(tǒng)結(jié)合在土壤侵蝕研究中的應(yīng)用方法及前景

川中丘陵區(qū)土壤侵蝕比較嚴(yán)重,對(duì)于嘉陵江流域乃至長(zhǎng)江航道泥沙淤積、水環(huán)境安全等方面都會(huì)產(chǎn)生重要影響。選擇川中丘陵區(qū)李子口小流域?yàn)檠芯繀^(qū),利用單次降雨產(chǎn)生的徑流量,測(cè)定徑流池中泥沙含量,并結(jié)合小區(qū)土地利用現(xiàn)狀,快速測(cè)定小區(qū)土壤的近似侵蝕量。該研究可為土壤侵蝕嚴(yán)重地區(qū)提出相應(yīng)的水土保持治理措施,有著重要參考和借鑒作用。

根據(jù)已有研究成果和相關(guān)資料,采用情景分析(scenarioanalysis)法,評(píng)價(jià)黃河中游砒砂巖地區(qū)長(zhǎng)川流域?qū)嵤┎煌帘３趾屯烁€林(草)措施對(duì)土壤侵蝕的影響。結(jié)果表明:水土保持生物措施和工程措施減少土壤侵蝕的效益顯著,相對(duì)而言,退耕還林(草)對(duì)流域總體土壤侵蝕影響不大。水土保持和退耕還林(草)的組合情景方案對(duì)土壤侵蝕影響較大,部分組合情景的土壤侵蝕甚至可低于土壤侵蝕背景值。可見(jiàn),水土保持措施結(jié)合退耕還林(草)可以控制和減少研究區(qū)土壤侵蝕。在今后水土流失綜合治理過(guò)程中,應(yīng)首推生物和工程措施輔以退耕還林(草)措施。

基于137cs示蹤技術(shù),結(jié)合土地利用變化數(shù)據(jù),對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)羊圈溝小流域土壤侵蝕強(qiáng)度的演變過(guò)程進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:從20世紀(jì)80年代以來(lái),該流域土地利用強(qiáng)度逐漸減弱;1980—2006年間,研究區(qū)坡耕地面積急劇下降,從94.9hm2下降到0.2hm2,喬木林地面積由0增加到51.1hm2,灌木林地面積由0增加到19.2hm2,果園林地面積由0增加到18.0hm2,荒草地面積趨于穩(wěn)定,由76.9hm2增加到80.1hm2.研究期間,不同土地利用類型的土壤侵蝕強(qiáng)度依次為:坡耕地>灌木林地>果園林地>荒草地>喬木林地;1980、1984、1996和2006年流域土壤侵蝕強(qiáng)度分別為6408.9、5362.4、4903.9和3641.4t.km-2.a-1,侵蝕程度由強(qiáng)度變?yōu)橹卸?土壤侵蝕強(qiáng)度降低的主要原因是該區(qū)的水保措施和植被恢復(fù)措施.

根據(jù)深圳市水土流失調(diào)查資料和產(chǎn)沙觀測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)選取影響水土流失的主要因子:地形、植被、降雨、土壤、城市化人為影響因子等,建立了符合深圳地區(qū)的多元回歸方程,其中城市化人為影響因子是根據(jù)城市水土流失現(xiàn)狀提出的,并通過(guò)深圳3個(gè)水保試驗(yàn)站的調(diào)查資料反推求得。通過(guò)兩組實(shí)測(cè)資料檢驗(yàn),表明建立的模型具有較高的精度,能夠較好的反映深圳地區(qū)的水土流失特點(diǎn)。

采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dea)建立了邊坡土壤侵蝕效果的評(píng)價(jià)模型,并對(duì)云南、寧夏、湖北等地的高速公路邊坡的土壤侵蝕進(jìn)行了案例分析,結(jié)果表明,所建立模型的評(píng)價(jià)結(jié)果與試驗(yàn)分析結(jié)果基本吻合,為西部公路邊坡土壤侵蝕的效果評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

精伊霍鐵路所經(jīng)地區(qū)地處西部干旱內(nèi)陸,生態(tài)環(huán)境惡劣、脆弱,對(duì)人類擾動(dòng)極其敏感。敦煌鐵路的建設(shè)必將在一定程度上加劇沿線地區(qū)的土壤侵蝕現(xiàn)象。利用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù),結(jié)合野外調(diào)查分析結(jié)果,編制了精伊霍鐵路兩側(cè)30km范圍土壤侵蝕現(xiàn)狀圖。根據(jù)鐵路沿線土地退化現(xiàn)狀和工程建設(shè)活動(dòng)對(duì)地表生態(tài)系統(tǒng)的影響分析,對(duì)施工期土壤侵蝕類型與強(qiáng)度的變化以及工程造成的水土流失總量進(jìn)行了預(yù)測(cè),據(jù)此分析了工程可能造成的土地退化危害,并就此提出了相應(yīng)的防治措施。

結(jié)合江西省水土保持科學(xué)研究所已完成的公路水土保持監(jiān)測(cè)工作,總結(jié)了體積法和樁釘法等土壤侵蝕常規(guī)監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)在實(shí)踐中的運(yùn)用,計(jì)算了贛定高速公路建設(shè)期土壤侵蝕模數(shù)和平均每千米土壤侵蝕模數(shù)分別為14524t/(km2.a)和114t/(km2.a);公路項(xiàng)目建設(shè)期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)技術(shù)指標(biāo)分別為取土場(chǎng)邊坡22540t/km2.a,臺(tái)面10500t/(km2.a);棄土場(chǎng)邊坡25990t/(km2.a),臺(tái)面14010t/(km2.a);路堤、路塹和施工場(chǎng)地邊坡分別為16270t/(km2.a)1、4450t/(km2.a)6、590t/(km2.a).

廢黃河沙土區(qū)是水土流失比較嚴(yán)重地區(qū),通過(guò)對(duì)廢黃河上、中、下游3個(gè)典型地帶徑流小區(qū)2006年觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析,獲得廢黃河沙土區(qū)不同下墊面坡面條件下的土壤侵蝕狀況。結(jié)果分析表明,一般農(nóng)地土壤年侵蝕量在1191～2714t/km2之間;林地在550～1157t/km2;溝坡在7779～8658t/km2(坡度17°～22°)。其中,農(nóng)地受人工擾動(dòng)后的土壤年侵蝕量約為未擾動(dòng)農(nóng)地侵蝕量的2～4倍。

土地利用變化對(duì)土壤侵蝕和水質(zhì)的影響

通過(guò)對(duì)土壤侵蝕預(yù)測(cè)及其模型的評(píng)述,提出了土壤侵蝕預(yù)測(cè)建模中存在的問(wèn)題及對(duì)策。從目前已經(jīng)建立的坡面、小流域和區(qū)域不同空間尺度上的土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型可知,各空間尺度上指標(biāo)的選擇和模型的建立,均是獨(dú)立進(jìn)行的,相互之間缺乏有機(jī)的聯(lián)系,不同空間尺度模型無(wú)法進(jìn)行有效的信息交換。隨著水土流失的治理已由點(diǎn)、小流域治理,進(jìn)入了大規(guī)模連片集中治理的階段,土壤侵蝕預(yù)測(cè)建模研究的重點(diǎn),應(yīng)轉(zhuǎn)向不同空間尺度土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型之間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換上來(lái)。通過(guò)建立不同空間尺度間土壤侵蝕預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)換模型,利用小尺度上實(shí)用的土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型和數(shù)據(jù),對(duì)區(qū)域水土流失進(jìn)行定量預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià),具有重要的理論與實(shí)踐意義。

分析了尼爾斯水利樞紐工程在興建過(guò)程中易產(chǎn)生土壤侵蝕的原因，即工程建設(shè)施工、水庫(kù)移民安置等擾動(dòng)原地貌，破壞植被、造成土壤侵蝕，并針對(duì)重點(diǎn)土壤侵蝕區(qū)域即區(qū)域即工程施工區(qū)及移民安置區(qū)，提出土壤侵蝕控制措施。

本文以福建省山區(qū)為例,在對(duì)福建省水土保持實(shí)驗(yàn)站、建甌市牛坑龍水土保持試驗(yàn)站長(zhǎng)期觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)資料深入分析對(duì)比的基礎(chǔ)之上,探討了土地利用/土地覆被變化對(duì)土壤侵蝕的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,土地利用/土地覆被變化對(duì)徑流的產(chǎn)生和土壤侵蝕有重要影響,植被的覆蓋度的變化直接影響著徑流系數(shù)和土壤侵蝕模數(shù);植被的覆蓋度和徑流系數(shù)呈負(fù)線性關(guān)系,隨著覆蓋度的增加徑流系數(shù)逐漸減小;植被覆蓋度和土壤侵蝕模數(shù)為負(fù)指數(shù)關(guān)系,隨著植被覆蓋度的增大,土壤侵蝕模數(shù)急劇下降。

采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和定位觀測(cè)等方法,對(duì)金安橋水電站工程棄渣場(chǎng)棄渣容重、粒徑組成,原地貌和渣場(chǎng)綠化邊坡、棄渣場(chǎng)松散堆積物邊坡以及堆積平臺(tái)和運(yùn)渣道路的土壤侵蝕量進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示:①棄渣場(chǎng)不同部位的渣土容重均值分別為1.70g/cm3、1.30g/cm3和0.96g/cm3;②棄渣顆粒在剔除>2cm石塊后,粒徑>4mm的棄渣顆粒所占比例為57.09%,比農(nóng)田表層土壤高14.31%;③棄耕梯坪地和灌木林地的平均土壤侵蝕量分別為47.3t/km2和114.2t/km2;④覆土綠化坡面和綠化未覆土坡面的平均土壤侵蝕量分別為40.5t/km2和74.6t/km2;⑤棄渣堆積平臺(tái)、無(wú)截排水措施的棄渣堆積邊坡、有截排水措施的棄渣堆積邊坡的土壤侵蝕量分別是原地貌平均侵蝕量的94倍、280倍和96倍。

根據(jù)深圳市全市水土流失斑塊的調(diào)查資料和產(chǎn)沙觀測(cè)結(jié)論,通過(guò)選取水土流失主要影響因子:地形、植被、降雨、土壤、城市化人為影響因子,建立侵蝕量與這些影響因子之間的多元回歸關(guān)系方程,屬深圳市首例。其中城市化人為影響因子是反映城市水土流失特點(diǎn)的一個(gè)因子,反推求得。建立的模型通過(guò)2組實(shí)測(cè)資料的檢驗(yàn),具有較高的精度,能夠較科學(xué)地反映深圳地區(qū)城市水土流失特點(diǎn)。