USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序的開發(fā)

蘇小娟

摘 要：土壤侵蝕預(yù)報(bào)是提出針對(duì)性水土保持措施和建設(shè)水土保持工程的前提，土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序是土壤侵蝕預(yù)報(bào)的重要工具。USLE模型自研制成功，得到了廣泛應(yīng)用。本文以USLE模型為基礎(chǔ)，利用Qt平臺(tái)，開發(fā)土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序。開發(fā)成功后，使用USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序?qū)ι轿魇〈笸刑戽?zhèn)縣大梁溝、大洼山和石梯梁流域陡坡區(qū)進(jìn)行土壤侵蝕預(yù)報(bào)，并將結(jié)果和三個(gè)流域陡坡區(qū)的水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)（來源于“21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用項(xiàng)目”天鎮(zhèn)縣項(xiàng)目區(qū)一期工程）進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)程序是否可行。

關(guān)鍵詞：USLE 土壤侵蝕 預(yù)報(bào) 程序開發(fā)

中圖分類號(hào)：S15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（c）-0020-03

Abstract：Soil erosion prediction is a prerequisite for soil and water conservation measures and soil and water conservation projects. Soil erosion prediction is an important tool for soil erosion prediction. USLE model since the successful development， has been widely used. Based on the USLE model， this paper uses the Qt platform to develop the soil erosion prediction program. After the success of the development， the USLE soil erosion prediction program was used to forecast the soil erosion in the steep slope area of the DaLianggou， DaWashan and ShiTiliang watersheds in TianZhen County， DaTong City， ShanXi Province， and the soil and water loss monitoring data （In the early 21st century， the capital water resources sustainable use project "TianZhen County project area 1th project） of the three steep slope areas to compare the feasibility of the test procedure.

Key Words：USLE；Soil Erosion；Prediction；Program Development

USLE（Universal Soil Loss Equation即通用土壤流失方程）模型是W.Wischemeier和D.Smith[1]等系統(tǒng)分析了美國東部1000多個(gè)徑流小區(qū)30年的觀測資料基礎(chǔ)上提出的。自模型研制成功以來，已在水土保持規(guī)劃和水土保持工程建設(shè)方面得到了廣泛應(yīng)用[2]，但是一直未被開發(fā)為計(jì)算機(jī)程序，開發(fā)USLE 土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序是本文主要內(nèi)容。

1 程序開發(fā)的理論

USLE模型的表達(dá)式為：W=R·K·L·S·C·P·A。

式中：W為土壤侵蝕量；R為降雨徑流侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；LS為坡長坡度因子，C為植被覆蓋因子；P為土壤侵蝕措施控制因子；A為侵蝕面積。

USLE模型的創(chuàng)建者和美國研究者針對(duì)各因子的計(jì)算已經(jīng)提出了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)公式，但經(jīng)驗(yàn)公式的得出是建立在美國各試驗(yàn)小區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上。國內(nèi)研究者在對(duì)美國研究者提出的經(jīng)驗(yàn)公式研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的地質(zhì)狀況，得出了一套適用于國內(nèi)土壤侵蝕預(yù)報(bào)的USLE模型各因子的確定方法如下。

（1）降雨侵蝕力因子R確定方法。

年R值的估算：R=0.207（P，I60/100）1.205；式中：R為年降雨侵蝕力；P為年降雨量（mm）；I60為年最大60min降雨量（mm）。

上述降雨侵蝕力因子R計(jì)算式是王萬忠、焦菊英、陳法揚(yáng)等[3]在繪制全國降雨侵蝕力R等值線圖時(shí)，綜合了廣東、福建、江西、陜西、甘肅、黑龍江等地區(qū)的綜合成果得出的，可適用于全國各水蝕區(qū)。

（2）土壤可蝕性因子K確定方法。

反映土壤抗侵蝕的能力，與土壤類型有關(guān)。具體數(shù)據(jù)根據(jù)土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)百分含量、土壤結(jié)構(gòu)、土壤透水性等幾個(gè)主要因子，查土壤可蝕性因子諾謨圖。如果土壤類型主要為黃壤、紫色土等，其可蝕性因子一般為0.02～0.75。

（3）坡長坡度因子LS確定方法。

S為徑流長度的平均坡度（°），L為開始發(fā)生徑流的一點(diǎn)到泥沙開始匯集或徑流進(jìn)入水道點(diǎn)的長度（m）。

（4）植被與作物管理因子C確定方法。

主要反映地表植被覆蓋情況對(duì)產(chǎn)生土壤侵蝕的影響。植被被破壞時(shí)，一般取最大值1.0；采用綠化等植被措施后，根據(jù)植被覆蓋率情況一般可取C=0.06～0.6。

（5）土壤保持措施因子P確定方法。

主要反映地表的處理狀況（如壓平、壓實(shí)及其它構(gòu)筑物）對(duì)土壤侵蝕的影響。地表無防護(hù)措施時(shí)，P=1.0；平整、夯實(shí)及采取邊坡防護(hù)工程等措施后，P=0.5～0.8[4]。

2 程序的開發(fā)

由USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型各因子的確定方法可知，若要利用USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型，需要得知幾個(gè)參數(shù)值：P0、I60、K、L、S、C、P、A。程序設(shè)計(jì)的思路就是輸入以上8個(gè)參數(shù)值，得出一個(gè)或多個(gè)坡面的土壤侵蝕預(yù)報(bào)量。endprint

2.1 程序模塊介紹

USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)系統(tǒng)簡單實(shí)用，界面簡潔，很好地實(shí)現(xiàn)了需求。程序主體采用目前非常受歡迎的UI語言QT，讀寫Excel文件的部分則采用了COM組件技術(shù)。系統(tǒng)主要有三個(gè)功能：數(shù)值計(jì)算、保存計(jì)算數(shù)值到Excel文件、從Excel文件中讀取數(shù)據(jù)。相應(yīng)的，該系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：界面繪制、數(shù)據(jù)讀取以及數(shù)據(jù)保存。

界面繪制模塊用來繪制整個(gè)窗體，菜單項(xiàng)以及動(dòng)態(tài)生成所有組件，模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

createActions方法用來創(chuàng)建菜單中各菜單項(xiàng)的動(dòng)作函數(shù)。

createMenus方法用來繪制菜單。drawInputComponents方法用來繪制輸入框組件。

drawInputComponents方法用來繪制“添加、計(jì)算”按鈕以及計(jì)算結(jié)果框組件。deleteBottomComponents方法用來在點(diǎn)擊“添加”按鈕動(dòng)態(tài)添加一組輸入框時(shí)動(dòng)態(tài)刪除界面上的“添加、計(jì)算”按鈕以及計(jì)算結(jié)果框組件。

newInput方法是實(shí)際繪制界面時(shí)調(diào)用的方法，在該方法內(nèi)依次調(diào)用deleteBottomComponents、drawInputComponents、drawInputComponents來完整一次完整的繪制。

程序中用inputLineEditVector這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存放所有QlineEdit的指針；用inputComboBoxVector這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存放所有QComboBox的指針；用inputWidgetVector這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存放所有輸入行 Widget的指針；方便對(duì)控件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和設(shè)置。所有組件均采用了CSS進(jìn)行美化，并對(duì)其中可填的數(shù)值做了正則表達(dá)式校驗(yàn)，防止用戶輸入無效數(shù)據(jù)。

界面上的組件全部動(dòng)態(tài)繪制。因此drawInputComponents方法需要一個(gè)參數(shù)。inputNum用來表示當(dāng)前繪制的是第幾組輸入組件，同時(shí)inputNum會(huì)用在組件的對(duì)象名中。

數(shù)據(jù)讀取模塊的主要功能是從Excel文件中讀取數(shù)據(jù)并顯示在界面上。首先對(duì)Excel文件格式做簡單的校驗(yàn)。主要校驗(yàn)Excel文件的第一行各列單元格的內(nèi)容是否依次為 Po（mm）、I60（mm）、K、L（km）S、C、P、A、W。如果格式不匹配，會(huì)彈出對(duì)話框?qū)τ脩暨M(jìn)行提示。

當(dāng)用戶點(diǎn)擊“保存”菜單項(xiàng)時(shí)，會(huì)彈出一個(gè)保存文件的對(duì)話框，讓用戶選擇存放Excel文件的路徑以及填寫文件名。程序根據(jù)用戶填寫的文件名，在相應(yīng)路徑下新創(chuàng)建一個(gè)Excel文件，并將各個(gè)組件內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到一個(gè)臨時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中再依次寫入Excel文件。

由于數(shù)據(jù)保存的執(zhí)行時(shí)間比較長，因此創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)度條提示用戶保存的進(jìn)度。

2.2 程序演示

開發(fā)完成后，得到一個(gè)USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序文件包。在任何計(jì)算機(jī)中拷入該文件包，都可以運(yùn)行程序。程序包中包含如下文件：Libgcc.dll，mingwm10.dll，QtCore4.dll，USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào).exe。

打開程序界面，點(diǎn)“菜單”，再點(diǎn)擊新建，界面中是一個(gè)坡面的土壤侵蝕預(yù)報(bào)輸入框，如果要計(jì)算多個(gè)坡面的土壤侵蝕預(yù)報(bào)量，點(diǎn)擊“添加”按鈕，即可添加任意多個(gè)坡面。如圖2所示。

輸入每個(gè)參數(shù)的取值，點(diǎn)擊“計(jì)算”，即可得出一個(gè)或多個(gè)坡面的土壤侵蝕預(yù)報(bào)量。

3 USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序的試用

使用USLE土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序?qū)ι轿魇〈笸刑戽?zhèn)縣大梁溝、大洼山和石梯梁流域陡坡區(qū)進(jìn)行土壤侵蝕預(yù)報(bào)，并將結(jié)果和三個(gè)流域陡坡區(qū)的水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)（來源于“21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用項(xiàng)目”天鎮(zhèn)縣項(xiàng)目區(qū)一期工程）進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)該預(yù)報(bào)程序是否可行，結(jié)果見表1。

4 結(jié)語

本文以USLE模型為基礎(chǔ)，利用Qt平臺(tái)開發(fā)了土壤侵蝕預(yù)報(bào)程序。該程序計(jì)算嚴(yán)謹(jǐn)界面簡潔易用，為提出針對(duì)性水土保持措施和進(jìn)行水土保持工程建設(shè)提供了計(jì)算支持。

參考文獻(xiàn)

[1] WischmeierW.H，SmithD.D.Rainfall energy and its relationship to soil loss[J].Am.Geophys.Unions，1958（39）：285-291.

[2] 劉長君.VIC模型在大洋河流域水土流失模擬研究中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃及設(shè)計(jì)，2016（4）：59-61.

[3] 王萬忠，焦菊英.中國的土壤侵蝕因子定量評(píng)價(jià)研究[J].水土保持通報(bào)，1996，16（5）：1-20.

[4] 賈媛媛，鄭粉莉，楊勤科，等.國內(nèi)坡面土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型述評(píng)[J].水土保持研究，2004（4）：19-112.endprint