基于USLE模型的土壤侵蝕研究

摘要：基于遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，選取岷江上游地區(qū)較為典型的汶川縣作為主要研究區(qū)，在綜合考慮研究區(qū)的NDVI、地形、土壤類型、降雨量等數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合USLE模型定量評估研究區(qū)2005年以及2010年的土壤侵蝕情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：RUSLE;土壤侵蝕;土壤可蝕性

引言

當(dāng)今社會隨著人類社會經(jīng)濟(jì)活動的擴(kuò)張和日益頻繁，對于周邊的自然生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的損害;其中以水土流失較為突出，水土流失是指土壤在遭受諸如風(fēng)力、水力等一系列外力的作用下，被剝離、搬運(yùn)的過程。水土流失是一種嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，它不但造成了土壤資源的嚴(yán)重?fù)p失，使生態(tài)平衡調(diào)，而且?guī)頍o法挽回的經(jīng)濟(jì)損失[1]。通過掌握水土流失的空間分布及其變化特征，可以為水土流失預(yù)防與治理提供科學(xué)依據(jù)。本文利用現(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)以及地理空間技術(shù)，以岷江上游流域的小部分區(qū)域?yàn)橹饕芯繉ο?，采用RUSLE模型對研究區(qū)土壤侵蝕進(jìn)行快速的定量研究分析，找出水土流失的空間分布規(guī)律[2]，以便于實(shí)時監(jiān)測大區(qū)域水土流失狀況，從而為進(jìn)一步的水土流失防治提供科學(xué)的決策支持。

一、研究區(qū)概況

汶川縣位于四川盆地西北部邊緣，居阿壩藏族羌族自治州東南部，東鄰彭州市、都江堰市，南靠崇州市、大邑縣，西接寶興、小金縣，西北和東北分別與理縣、茂縣相連，縣域東西寬84公里，南北長105公里，總面積4084平方公里，森林覆蓋率達(dá)48%?？h城威州鎮(zhèn)位于縣境北部岷江與雜谷腦河交會處，海拔1325米，周圍有茶坪山脈、邛崍山脈等眾多山體圍繞，為州內(nèi)重要農(nóng)區(qū)縣之一。

二、研究區(qū)數(shù)據(jù)以及處理

遙感影像和DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，分別為Landsat TM 2005年 以及Landsat ETM+影像和ASTER GDEM第2版數(shù)據(jù)，均為30m分辨率。通過ENVI 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正以及裁剪等預(yù)處理。降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的月平均降雨量，利用Arcgis對數(shù)據(jù)進(jìn)行克里金插值、重投影、裁剪等預(yù)處理并重采樣為30m的空間分辨率。土壤類型數(shù)據(jù)是通過矢量轉(zhuǎn)柵格、重投影及重采樣為30m分辨率，得到適于模型的輸入數(shù)據(jù)。土地利用類型數(shù)據(jù)直接利用土地調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果，經(jīng)裁剪、重投影及重采樣等預(yù)處理，得到模型所需的輸入數(shù)據(jù)。

三、土壤侵蝕影像因子提取

本文選取 USLE 方程計(jì)算岷江上游土壤流失量[3]，其計(jì)算公式如下：

A=R×K×LS×C×P

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，單位為t·km-2·a-1;R為降雨侵蝕力因子，單位為MJ·mm/（hm2·h·a）;K 表示土壤可蝕性因子，單位為t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）;L、S分別為坡長因子、坡度因子，通常以LS表示;C為植被覆蓋和管理因子;P為土壤保持措施因子;LS、C、P因子均為無量綱單位。

（一）降雨侵蝕力因子

降雨侵蝕力（R）能夠反映出降雨造成土壤侵蝕的潛力，其大小與降雨量、降雨時間、降雨動能等因素有關(guān)。本文選用 Weschmeier 經(jīng)驗(yàn)公式通過對月降雨量與年降雨量的計(jì)算來得到研究區(qū)的降雨侵蝕力（R）。其計(jì)算公式如下：

式中：Pm為年降雨量，單位為mm;Pmi表示月降雨量，單位為mm。

（二）土壤可蝕性因子

土壤可蝕性（K）能夠反映土壤對侵蝕的敏感性，土壤可蝕性（K）值的大小與土壤對侵蝕的抵抗能力呈負(fù)相關(guān)。一般來說，K 值高的土壤比 K 值低的土壤更易受到侵蝕。其計(jì)算公式為：

式中：Sa表示砂粒含量，單位為%;Si表示粉粒含量，單位為%;Ci表示黏粒含量，單位為%;C0表示有機(jī)碳含量，單位為%;

（三）地形因子

在USLE模型中，通常以坡度因子（S）、坡長因子（L）分別作為坡度、坡長對土壤侵蝕影響程度的定量指標(biāo)。一般情況下，土壤流失量與坡度坡長呈正相關(guān)。計(jì)算公式如下：

（四）植被覆蓋與管理因子

USLE 模型中將植被覆蓋管理因子（C）作為反映植被抵抗降雨侵蝕能力的關(guān)鍵性指標(biāo);本文選用賦值法并借鑒前人研究的C值取值經(jīng)驗(yàn)利用第二章的土地利用分類成果估算C因子。

（五）水土保持措施因子

通過查閱文獻(xiàn)可知，由于水土保持措施因子的取值難以確定，目前還沒有普遍適用于全國各地的賦值標(biāo)準(zhǔn)。而土地利用類型某種程度上可以間接表現(xiàn)出區(qū)域內(nèi)水土保持措施的力度，因此可以通過對其進(jìn)行賦值獲取區(qū)域內(nèi)水土保持措施因子的值。依據(jù)上述的公式計(jì)算每個土壤侵蝕影響因子計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)再結(jié)合《土壤侵蝕分類標(biāo)準(zhǔn)》得到汶川縣2005年以及2010年的土壤侵蝕強(qiáng)度分級圖，如下圖所示：

四、討論與結(jié)論

2005年研究區(qū)內(nèi)主要的土壤侵蝕強(qiáng)度等級為微度侵蝕與輕度侵蝕，其余強(qiáng)度等級面積較少，整個研究區(qū)北部主要為微度侵蝕以及少量的中度侵蝕;其余大部分為輕度侵蝕，中部有少量的強(qiáng)度侵蝕以及極強(qiáng)度侵蝕;東部地區(qū)整體的侵蝕情況較為嚴(yán)重，大部分為極強(qiáng)度侵蝕以及劇烈侵蝕;整體分布在水系附近尤其南部最為嚴(yán)重;2010年研究區(qū)內(nèi)主要的土壤侵蝕強(qiáng)度等級主要為輕度侵蝕以及中度侵蝕;研究區(qū)北部有部分微度侵蝕;中部地區(qū)主要為輕度侵蝕;其余地區(qū)主要為中度侵蝕;從東北方沿著水系分布到西南方有明顯的強(qiáng)度等級變化，從輕度侵蝕逐漸變化為劇烈侵蝕;南部地區(qū)侵蝕最為嚴(yán)重，主要為劇烈侵蝕少部分極強(qiáng)度侵蝕;對比前后兩期的土壤侵蝕強(qiáng)度等級變化可以明顯看出隨著時間增長研究區(qū)內(nèi)整體土壤侵蝕強(qiáng)度等級都有明顯惡化;整體分布大致在水系周圍，可能由于08年大地震的影響對研究區(qū)內(nèi)的侵蝕強(qiáng)度造成了一定影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]張科利，彭文英，楊紅麗. 中國土壤可蝕性值及其估算 [J].土壤學(xué)報(bào)，2007，44（ 1） ： 7-13.

[2]Boyle J F， Plater A J， Mayers C， et al. Land use， soil erosion， and sediment yield at Pinto Lake， California： comparison of a simplified USLE model with the lake sediment record [J].Journal of Paleolimnology， 2011， 45（2）：199-212.吳次芳，宋戈.2009.土地利用學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社.

[3]李天宏，鄭麗娜.基于RUSLE模型的延河流域2001—2010年土壤侵蝕動態(tài)變化 [J].自然資源學(xué)報(bào)，2012，27（7）：1164-1175.

作者簡介：

王爾東（1995-），男，漢族，四川成都人，碩士，單位：成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，研究方向：大地測量與測量工程。