生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目用地土壤風(fēng)蝕量監(jiān)測(cè)方法與預(yù)報(bào)模型分析

杜鵬飛，劉孝盈，寧堆虎

(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心，100048，北京)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，交通、水利、電力、化工、煤炭等生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量逐漸增多。相應(yīng)地，這些生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)引起的水土流失也日益嚴(yán)重，在全國(guó)水土流失總量中占據(jù)的比例越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十一五”期間，全國(guó)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生水土流失的總面積達(dá)6.16萬(wàn)km2，較“十五”期間實(shí)際發(fā)生的要增加11.5%，棄土棄渣總量達(dá)到100多億t。這不僅給我國(guó)本來(lái)緊缺的水土資源增添了嚴(yán)重壓力，而且直接威脅項(xiàng)目區(qū)周邊的生態(tài)安全;然而，與原狀下墊面水土流失研究相比，專(zhuān)門(mén)針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失的測(cè)算研究才剛剛起步。目前，大多通過(guò)實(shí)地抽樣調(diào)查或全面普查［1-2］，布設(shè)侵蝕測(cè)針、徑流小區(qū)［3-6］、小流域卡口站觀測(cè)［7］，或使用以美國(guó)通用土壤流失方程為主的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算［8-11］，或根據(jù)項(xiàng)目類(lèi)型和環(huán)境特征，選取類(lèi)似項(xiàng)目進(jìn)行類(lèi)比［12-15］，或根據(jù)《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算［16］，或利用專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)［17-18］等方法，對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失量進(jìn)行測(cè)算。近幾年來(lái)，隨著遙感、GIS以及核素示蹤等新興技術(shù)在原狀下墊面水土流失測(cè)算中的成功應(yīng)用，這些方法也逐步被借鑒到生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)中來(lái)。如:黃河水利委員會(huì)以遙感影像為主要信息源，對(duì)神府-東勝礦區(qū)1987、1997和2004年的植被覆蓋度、土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)和水土保持措施的動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)［19］;劉佳璇等［20］應(yīng)用建立的GIS水土流失預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)白山熱電有限公司新建工程建設(shè)期及自然恢復(fù)期新增水土流失量進(jìn)行了預(yù)測(cè);陳晨宇等［21］采用137Cs示蹤技術(shù)對(duì)錦屏二級(jí)水電站工程建設(shè)區(qū)的水土流失背景值進(jìn)行了計(jì)算;等等。但同時(shí)也應(yīng)該注意到，這些研究主要集中在對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目引起的土壤水蝕監(jiān)測(cè)與計(jì)算方面，對(duì)風(fēng)力作用下的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤侵蝕監(jiān)測(cè)及土壤風(fēng)蝕量的研究仍不多見(jiàn)。目前僅有的一些研究中，主要是利用一些簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)方法和數(shù)學(xué)模型對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目引起的風(fēng)蝕量進(jìn)行觀測(cè)和計(jì)算。如:李嘉楠［22］采用樁釘法，根據(jù)大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)段，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目引起的土壤風(fēng)蝕量進(jìn)行了監(jiān)測(cè);周莉［23］采用沉塵缸法，對(duì)甘肅大唐玉門(mén)風(fēng)電場(chǎng)二期工程風(fēng)沙沉積量進(jìn)行了收集;吳國(guó)璽等［24］通過(guò)在開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目臨時(shí)堆土的不同坡位布設(shè)集沙儀，對(duì)大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司多倫煤基烯烴項(xiàng)目的風(fēng)蝕量進(jìn)行了監(jiān)測(cè);趙秀玲［25］采用數(shù)學(xué)模型，對(duì)遼陽(yáng)燈塔市柳河子鎮(zhèn)第二鐵礦工程的風(fēng)蝕量進(jìn)行了計(jì)算，等等?？傮w來(lái)看，已有研究只是對(duì)不同生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的土壤風(fēng)蝕量進(jìn)行了簡(jiǎn)單的估計(jì)，所取得的針對(duì)性成果較少，監(jiān)測(cè)方法的適用性和構(gòu)建模型的具體參數(shù)有待商榷，積累的經(jīng)驗(yàn)還非常有限。在這種情況下，總結(jié)土壤風(fēng)蝕的觀測(cè)方法和預(yù)報(bào)模型，明確這些方法和模型的各自特點(diǎn)，分析它們?cè)谏a(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中的適用性，對(duì)于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤風(fēng)蝕方法體系的確定和測(cè)算模型的構(gòu)建有著重要的意義。

1 風(fēng)蝕速率測(cè)定方法及其適用性分析

實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜉p松實(shí)現(xiàn)對(duì)各風(fēng)蝕因子的控制，但由于其模擬的時(shí)間短、土粒之間缺乏磨損、邊界效應(yīng)顯著，不能完全真實(shí)再現(xiàn)自然狀態(tài)下的風(fēng)蝕過(guò)程;因而在計(jì)算實(shí)際風(fēng)蝕量方面仍存在著一定的局限性［26］。遙感和GIS技術(shù)滿足了對(duì)區(qū)域大尺度風(fēng)蝕速率的快速估算，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)蝕研究在宏觀空間尺度上的擴(kuò)展;但利用該方法研究土壤風(fēng)蝕，是在假定區(qū)域相同土地利用類(lèi)型內(nèi)，風(fēng)蝕速率相同這一前提條件進(jìn)行的［27］，忽略了地塊尺度(大多生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目跨越的空間尺度)上由于坡度、植被覆蓋等條件的不同而引起的侵蝕變化，從而在這一空間尺度上，降低了土壤風(fēng)蝕速率的計(jì)算精度。此外，由于遙感監(jiān)測(cè)方法不僅技術(shù)條件需求高，而且分辨率適合的遙感圖像價(jià)格也較為昂貴［28］;因此，利用遙感和GIS技術(shù)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量進(jìn)行估算還存在著一定的局限性。在這種情況下，在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)布設(shè)相關(guān)儀器對(duì)風(fēng)沙進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)，從而獲得土壤風(fēng)蝕起沙、輸移、沉降等各個(gè)過(guò)程的觀測(cè)數(shù)據(jù)，或?qū)悠愤M(jìn)行采集和處理后，通過(guò)一系列相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用模型計(jì)算出土壤風(fēng)蝕量，對(duì)于模擬生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕過(guò)程的整體動(dòng)態(tài)具有十分重要的意義。目前，通過(guò)布設(shè)相關(guān)設(shè)備和樣品采集分析，用來(lái)測(cè)定土壤風(fēng)蝕速率的方法主要有測(cè)釬法、調(diào)查法、掃描法、風(fēng)蝕盤(pán)法、集沙儀法、集沙盤(pán)法(沉塵缸法)、粒度對(duì)比分析法和核素示蹤法8種。

1)測(cè)釬法。通過(guò)插釬，根據(jù)吹蝕或累積的土壤高度，估算次大風(fēng)或多年的侵蝕速率或堆積速率。由于插扦容易出現(xiàn)沉降和外力擾動(dòng)，導(dǎo)致這種方法的實(shí)際測(cè)定存在著一定的誤差;但對(duì)于較短時(shí)間的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目臨時(shí)堆土而言，用這種方法能夠反映出一個(gè)風(fēng)季的坡面土壤風(fēng)蝕量。

2)調(diào)查法。這種方法最初通過(guò)野外調(diào)查相關(guān)地形和風(fēng)蝕景觀，如風(fēng)蝕土墩、風(fēng)蝕坑、建筑物基部風(fēng)蝕出露狀況、風(fēng)沙堆積物形態(tài)和尺寸等，估算土壤風(fēng)蝕速率的一種方法。對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目引起的風(fēng)蝕而言，用這種方法較為粗略，很難用來(lái)估算短時(shí)間的中輕度風(fēng)蝕，對(duì)單次風(fēng)蝕劇烈或中長(zhǎng)時(shí)間尺度的強(qiáng)度風(fēng)蝕較為適用。

3)掃描法。使用三維激光掃描儀等儀器，利用攝像技術(shù)，對(duì)地表進(jìn)行掃描，通過(guò)對(duì)地表高程變化的實(shí)際測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤風(fēng)蝕情況的監(jiān)測(cè)。這種方法可以基本實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理，從而提高工作效率。四川省水土保持監(jiān)測(cè)總站通過(guò)配備激光測(cè)距儀［29］，解決了實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中測(cè)距、測(cè)坡的難題;但對(duì)這些設(shè)備而言，測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的誤差糾正需要引起足夠的重視［27］。

4)風(fēng)蝕盤(pán)法。通過(guò)在盤(pán)狀容器中放置已知質(zhì)量的土樣測(cè)定土壤風(fēng)蝕量。由于這種方法已知土壤風(fēng)蝕面積，所以容易得出侵蝕量和侵蝕速率的關(guān)系;但受容器材質(zhì)的影響，導(dǎo)致盤(pán)中土壤與生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境中的土壤被隔離，很難形成通氣透水的自然環(huán)境，盤(pán)中土樣的水分蒸發(fā)較快，使得影響風(fēng)蝕的因子發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)蝕測(cè)定量比實(shí)際侵蝕量偏大，只適用于次大風(fēng)作用下的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目堆土棄渣風(fēng)蝕量測(cè)定。

5)集沙儀法。按旋轉(zhuǎn)與否，集沙儀分為旋轉(zhuǎn)式和固定式2種。旋轉(zhuǎn)式集沙儀會(huì)隨著風(fēng)向的變化而自動(dòng)調(diào)整方向，可收集多個(gè)方向、任意角度的輸沙通量，但不能確定來(lái)沙面積，無(wú)法推知區(qū)域單位面積上的風(fēng)蝕量，因而不適用于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量的測(cè)定。相比而言，固定式集沙儀雖然只能收集某一方向的輸沙量，但通過(guò)在上下風(fēng)向的合理布設(shè)，可以明確特定區(qū)域面積的風(fēng)蝕量，在明確集沙效率的前提下，可以獲得較為準(zhǔn)確的風(fēng)蝕速率數(shù)據(jù)，適用于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)研究。

6)集沙盤(pán)法(沉塵缸法)。通過(guò)在風(fēng)蝕區(qū)布設(shè)集沙盤(pán)，來(lái)監(jiān)測(cè)單位面積土壤的沉積量。當(dāng)集沙盤(pán)全部布設(shè)于地表以下時(shí)，可“誘捕”土壤吹蝕過(guò)程中的蠕移量和沉降量，當(dāng)集沙盤(pán)布設(shè)于地表以上時(shí)，收集的只是大氣輸移過(guò)程中的浮塵沉降量。由于大氣中的浮塵來(lái)源具有不確定性，因此用這種方法很難確定生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目單位面積上的土壤風(fēng)蝕量。

7)粒度對(duì)比分析法。該方法最早由董治寶等［30］提出，通過(guò)確定風(fēng)蝕粗化層的厚度、土體密度和風(fēng)蝕前后粗化層下部以及粗化層中不可蝕顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤風(fēng)蝕量的估算。由于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中的擾動(dòng)已完全破壞了原來(lái)的土體結(jié)構(gòu)，無(wú)法確定粗化層的位置，使得該方法在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中的推廣尚有一定的難度。

8)核素示蹤法。利用在水蝕研究方面已逐漸成熟的137Cs核素示蹤技術(shù)，利用相關(guān)模型可間接計(jì)算出中等時(shí)間尺度上(近50～60年來(lái))的平均土壤風(fēng)蝕速率。應(yīng)用本方法雖然不能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)土壤侵蝕量的總體測(cè)定，但可以用來(lái)確定生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)的水土流失背景值，從而為計(jì)算生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目引起的加速侵蝕速率提供依據(jù)。

2 風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型及其可行性分析

土壤風(fēng)蝕預(yù)報(bào)技術(shù)用定量模型來(lái)估算風(fēng)蝕強(qiáng)度，代表著土壤風(fēng)蝕科學(xué)的研究水平［31］，是土壤風(fēng)蝕研究的核心［32］。風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型最早提出于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

1)風(fēng)蝕方程(WEQ)。WEQ由N．P．Woodruff等［33］提出，是第一個(gè)風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型，包含氣候因子、土壤可蝕性、田塊長(zhǎng)度、土壤表面糙度以及植被殘留5個(gè)因子，主要用于估算田間的年風(fēng)蝕量，反映的是區(qū)域內(nèi)的年平均風(fēng)蝕狀況，不能滿足生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中需要明確單個(gè)風(fēng)蝕事件土壤風(fēng)蝕量的計(jì)算要求。

2)修正風(fēng)蝕方程(RWEQ)。由于WEQ是一個(gè)年際尺度模型，而且不能預(yù)測(cè)極端干旱條件下的農(nóng)田風(fēng)蝕量;因此，美國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，于1994年提出了RWEQ［34］。除包含WEQ里的氣候、土壤、田塊、植被等因子外，RWEQ還囊括了耕作和灌溉等因子。RWEQ能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)較短時(shí)間尺度的風(fēng)蝕量計(jì)算，在計(jì)算單個(gè)風(fēng)蝕事件中的土壤風(fēng)蝕量時(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì)。由于其開(kāi)發(fā)所針對(duì)的土地利用類(lèi)型是農(nóng)田，因此在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量的計(jì)算中有一定的局限性;但通過(guò)合理確定各因子，借鑒這種以乘積形式、通過(guò)簡(jiǎn)單的模型變量輸入實(shí)現(xiàn)風(fēng)蝕量計(jì)算的綜合性思路，勢(shì)必為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤風(fēng)蝕量的計(jì)算提供有益的參考。

3)帕薩克(Pasak)模型。Pasak模型通過(guò)對(duì)風(fēng)速、相對(duì)土壤濕度和土壤中不可蝕顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行確定，來(lái)計(jì)算單個(gè)風(fēng)蝕事件中的土壤風(fēng)蝕量［35］。由于所需變量較少、函數(shù)關(guān)系簡(jiǎn)單，因此使用該模型計(jì)算，結(jié)果會(huì)存在一定的誤差。在土壤表面糙度均一、植被殘留可以忽略的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤風(fēng)蝕量計(jì)算中，應(yīng)用起來(lái)會(huì)比較方便，還可以在一定程度上避免因變量考慮不周而導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確性。

4)波查羅夫(Bocharov)模型。該模型由A．P．Bocharov［36］提出，他認(rèn)為，土壤風(fēng)蝕程度是風(fēng)況特征、表層土壤特征、氣象要素特征及人類(lèi)活動(dòng)特征4類(lèi)共25個(gè)因子共同影響的結(jié)果。他充分考慮了25個(gè)因子的層次和相互之間的影響后指出，任何一個(gè)因子變化后，風(fēng)蝕量都會(huì)隨之發(fā)生變化;同時(shí)，他也認(rèn)為，不同因子在模型中的作用是不同的，這種對(duì)因子的系統(tǒng)歸納與定位較WEQ有了很大進(jìn)步。由于這是一個(gè)概念模型，在具體應(yīng)用時(shí)，還要通過(guò)野外觀測(cè)和大量實(shí)驗(yàn)來(lái)明確定量關(guān)系，這就使得該模型無(wú)法在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)踐中得以快速應(yīng)用;但這種對(duì)風(fēng)蝕因子全面考量、系統(tǒng)分類(lèi)、分別計(jì)算的思想值得在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤風(fēng)蝕量的研究中借鑒和推廣。

5)德克薩斯侵蝕分析模型(TEAM)。該模型由J．M．Gregory等［37］提出，考慮了采樣寬度、順風(fēng)向裸露地表、磨蝕調(diào)整系數(shù)以及地表覆蓋和土壤可蝕性等因子，力求通過(guò)當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)資料擬合的若干系數(shù)來(lái)計(jì)算各種長(zhǎng)度田塊上的土壤運(yùn)動(dòng)。由于其考慮的因子不如Bocharov模型全面，無(wú)法反映風(fēng)蝕的整個(gè)過(guò)程，因而在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目這種人為擾動(dòng)劇烈、情況復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用中，仍然受到很大的限制。

6)風(fēng)蝕評(píng)價(jià)模型(WEAM)。該模型由Shao Yaping等［38］提出，在考慮摩阻速度、土壤粒度分布特征、土壤水分含量和覆蓋因子4個(gè)變量的基礎(chǔ)上，估算農(nóng)田的風(fēng)沙流及浮塵輸移量。由于借助了GIS技術(shù)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤風(fēng)蝕預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中宏觀與微觀研究的對(duì)接;但模型中僅有的4個(gè)變量不能涵蓋所有風(fēng)蝕因子，在對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤風(fēng)蝕量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，很難保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

7)風(fēng)蝕預(yù)報(bào)系統(tǒng)(WEPS)。WEPS是一個(gè)連續(xù)的、以過(guò)程為基礎(chǔ)的風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型，可以預(yù)測(cè)不同時(shí)空尺度、不同土地利用類(lèi)型的土壤風(fēng)蝕量［39］。由于其采用了模塊化結(jié)構(gòu)、完整考慮并在各子模型中進(jìn)一步分解了影響風(fēng)蝕的各因子，所以成為迄今為止最完整、最先進(jìn)的土壤風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型;但由于其所需要的數(shù)據(jù)庫(kù)較為龐大、建模工作較為復(fù)雜，所以在計(jì)算生產(chǎn)實(shí)踐引起的風(fēng)蝕量大小時(shí)尚存在一定的難度。

除以上這些影響較大的風(fēng)蝕模型以外，一些學(xué)者通過(guò)模擬風(fēng)蝕過(guò)程，提出了一些適用于不同地區(qū)風(fēng)蝕量估算的預(yù)報(bào)模型，主要有隨機(jī)模型［40］、日風(fēng)蝕量預(yù)報(bào)模型［41］以及基于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的田間風(fēng)蝕量計(jì)算模型［42］等。隨機(jī)模型是利用隨機(jī)理論，立足于土壤是否被風(fēng)蝕這一隨機(jī)事件，而建立起來(lái)的各風(fēng)蝕因子的隨機(jī)時(shí)空分布函數(shù)模型，可用來(lái)計(jì)算不同時(shí)空尺度上的風(fēng)蝕狀況;日風(fēng)蝕量預(yù)報(bào)模型實(shí)現(xiàn)了從田塊年均風(fēng)蝕量向日均風(fēng)蝕量的轉(zhuǎn)換;基于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的田間風(fēng)蝕量計(jì)算模型則是在遵循質(zhì)量守恒定律和避免涉及田間土壤相對(duì)風(fēng)蝕可蝕性的條件下，將風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整合為田間土壤風(fēng)蝕量。這些模型除了包含常規(guī)的氣候、土壤、植被等因子外，還充分考慮了諸如不同時(shí)段的侵蝕風(fēng)能因子、剪切力因子以及一系列的擬合參數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中較為繁瑣，很多參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀測(cè)手段無(wú)法獲取，因而不適用于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

我國(guó)由于相關(guān)研究起步晚，基礎(chǔ)薄弱，不論在農(nóng)田、草原，還是在沙地、荒漠，都缺乏長(zhǎng)期系統(tǒng)的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，到目前為止，還沒(méi)有建立起適合我國(guó)情況的風(fēng)蝕預(yù)報(bào)系統(tǒng)［43］，只有一些地區(qū)性的計(jì)算模型，如基于陜北六道溝小流域的風(fēng)蝕特征所建立的風(fēng)蝕流失量公式［44］和我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)的風(fēng)成沙風(fēng)蝕強(qiáng)度與風(fēng)速關(guān)系公式［45］等。風(fēng)蝕流失量公式是在大量風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)模型變量的系統(tǒng)劃分和動(dòng)態(tài)分類(lèi)而得出的一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型。該模型全面考慮了3大系統(tǒng)的7個(gè)影響因子，能保證模型的有效性，且提取的模型變量值獲取簡(jiǎn)單;因此，可以借鑒到生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量估算中來(lái)。風(fēng)蝕強(qiáng)度與風(fēng)速關(guān)系公式是在充分考慮不同風(fēng)成沙粒徑特征的前提下，通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)確立的風(fēng)蝕速率和實(shí)際作用風(fēng)速、起動(dòng)風(fēng)速的擬合函數(shù)。該公式所用參數(shù)簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)方便，在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中有一定的應(yīng)用前景;但由于其考慮的參數(shù)過(guò)少，預(yù)測(cè)結(jié)果的精確性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。除這2個(gè)模型以外，王訓(xùn)明等［46］以土壤風(fēng)蝕的隨機(jī)理論為基礎(chǔ)，建立了一類(lèi)風(fēng)蝕隨機(jī)過(guò)程模型。與國(guó)外的同類(lèi)研究相比，該模型無(wú)須預(yù)先確定風(fēng)蝕的時(shí)間長(zhǎng)度，將影響風(fēng)蝕的不同因素分為不同的類(lèi)別，可進(jìn)行單一風(fēng)蝕因子的影響分析，也可進(jìn)行多因子的綜合分析，將復(fù)雜的風(fēng)蝕過(guò)程和風(fēng)蝕因子進(jìn)行了簡(jiǎn)化。該模型以 L．T．Fan等［47］的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示預(yù)報(bào)結(jié)果可靠性較高;但由于所采用的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是在風(fēng)洞中進(jìn)行的，且吹蝕時(shí)間較短，其可靠性還需在自然狀態(tài)吹蝕時(shí)間較長(zhǎng)的情況下進(jìn)一步驗(yàn)證，方能發(fā)揮其在生產(chǎn)實(shí)踐中的預(yù)報(bào)指導(dǎo)作用。

3 結(jié)論與討論

綜上所述，在現(xiàn)有風(fēng)蝕量監(jiān)測(cè)方法和預(yù)報(bào)模型中，測(cè)釬法、調(diào)查法、掃描法、風(fēng)蝕盤(pán)法、集沙儀法、核素示蹤法以及Pasak模型和風(fēng)蝕流失量公式都可以根據(jù)不同生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際情況和地區(qū)特征得到具體應(yīng)用。受實(shí)測(cè)方法、預(yù)報(bào)模型應(yīng)用條件的限制和生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)的約束，集沙盤(pán)法、粒度對(duì)比析法、WEQ、TEAM、WEAM、WEPS以及隨機(jī)模型、日風(fēng)蝕量預(yù)報(bào)模型、基于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的田間風(fēng)蝕量計(jì)算模型很難應(yīng)用到生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量計(jì)算中來(lái);而RWEQ和Bocharov模型則為研建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量預(yù)報(bào)模型在建模形式和參數(shù)考量方面提供了有益的參考。

在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤風(fēng)蝕量的實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，要根據(jù)工程類(lèi)型、下墊面條件及當(dāng)?shù)仫L(fēng)力特征，從上述可行方法中選取最為適合的1個(gè)或幾個(gè)聯(lián)合使用，用以明確項(xiàng)目區(qū)土壤風(fēng)蝕的面積、強(qiáng)度和總量的動(dòng)態(tài)變化。在應(yīng)用土壤風(fēng)蝕量預(yù)報(bào)模型之前，首先要明晰Pasak模型和風(fēng)蝕流失量公式的適用條件，針對(duì)項(xiàng)目區(qū)的風(fēng)蝕特點(diǎn)和實(shí)際需求進(jìn)行選用。Pasak模型關(guān)注的是單個(gè)風(fēng)蝕事件中的風(fēng)蝕量，適用于次大風(fēng)和短期的風(fēng)蝕量預(yù)報(bào)，具體應(yīng)用時(shí)，只需獲得項(xiàng)目區(qū)相對(duì)土壤濕度和土壤中不可蝕顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)合實(shí)測(cè)或當(dāng)?shù)貧庀笳静樵?xún)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行計(jì)算。風(fēng)蝕流失量公式在實(shí)際應(yīng)用中，需要獲得風(fēng)速、相對(duì)空氣濕度、土壤顆粒平均粒徑、土體硬度、植被蓋度、坡度以及人為地表結(jié)構(gòu)破損率等7個(gè)因子。首先按照風(fēng)蝕因子組合特征，將項(xiàng)目區(qū)劃分為不同的風(fēng)蝕土地類(lèi)型，然后根據(jù)各月的模型變量對(duì)這些風(fēng)蝕土地類(lèi)型各月的風(fēng)蝕流失量進(jìn)行計(jì)算，再將得到的風(fēng)蝕流失量相加，就可以得到整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的總風(fēng)蝕量。這2個(gè)模型應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)用性較強(qiáng)，但用其計(jì)算生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量的精度有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

風(fēng)沙兩相流在時(shí)間上的隨機(jī)性和空間上的無(wú)邊界性，以及生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的類(lèi)型多樣性和分布隨機(jī)性，共同決定了適用于不同生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中的風(fēng)蝕實(shí)測(cè)方法或預(yù)報(bào)模型也不盡相同。而由于缺乏統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)體系，用不同監(jiān)測(cè)方法和預(yù)報(bào)模型得出的風(fēng)蝕量結(jié)果差異顯著、可比性不強(qiáng)。在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，由于一些風(fēng)蝕模型包含的參數(shù)過(guò)多，在實(shí)際工程中很難獲取，無(wú)法實(shí)現(xiàn)，限制了其在生產(chǎn)實(shí)踐中的推廣應(yīng)用;因此，有必要在改進(jìn)觀測(cè)設(shè)備、提高觀測(cè)精度、實(shí)現(xiàn)不同時(shí)空尺度風(fēng)蝕量轉(zhuǎn)換和對(duì)比研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量測(cè)算基礎(chǔ)理論和實(shí)用技術(shù)的研究力度，通過(guò)確定各類(lèi)預(yù)報(bào)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，制訂細(xì)化、可行的室內(nèi)外測(cè)試方案，在各實(shí)測(cè)方法所獲數(shù)據(jù)的定量化支持下，建立一套完整、有效的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)蝕量監(jiān)測(cè)方法和預(yù)報(bào)模型，以確保能真正為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。

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