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1、基于GIS和USLE的东圳库区土壤侵蚀量预测研究1 引言目前,许多发达国家已证实非点源污染是导致水污染的主要原因之一。泥沙是营养物迁移的重要载体,也是一种污染物,因此,土壤侵蚀预测研究可为土壤侵蚀和非点源污染控制提供科学依据。在已建立的侵蚀预报模型中,经验模型覆盖范围较广,此类模型是根据实际资料通过统计分析建立起来的,结构简单,使用方便,在制定公式时所采用的资料范围内有足够的计算精度;物理模型,如WEPP(WaterErosionPredictionPro-ject)、KINEROS(KineticErosionSimulationMod-el)、LISEM(t
2、heLimburgSoilErosionModel)、EU-ROSEM(theEuropeanSoilErosionModel)等[1],具有较强的理论基础,外延精度较高,并可以模拟侵蚀产沙的时空变化,但应用区域空间尺度小,且应用到不同地区进行侵蚀产沙预报时需要大量的数据来调整模型参数。因此,经验模型仍然是用于计算土壤侵蚀量的主要方法,特别是对于大范围区域的研究,但需要不断地改进提高,尽量地反映侵蚀产沙的基本过程[2,3]。GIS具有强大的数据管理和空间分析功能,可根据下垫面情况将区域离散化为不同的单元[4],将GIS与土壤侵蚀模型相结合,可计算区域内不同单元的
3、土壤侵蚀量,体现土壤侵蚀空间异质性[5],便于管理者有针对性地进行水土流失治理,利于提高水土保持措施空间布置的合理性。本研究以实现东圳库区土壤侵蚀分布式模拟,探讨区域土壤侵蚀空间变异,标识库区内土壤侵蚀严重区域,为库区水土流失治理及非点源污染控制提供定量依据。2 东圳库区数据的分析与处理2·1 库区地理背景分析东圳水库位于福建省木兰溪支流的延寿溪中游地带,地处东经118°44′44″~118°59′30″,北纬25°24′22″~25°35′44″,库区总面积约321km2,属亚热带海洋性季风气候,多年平均降雨量1446mm,降雨量沿着延寿溪随海拔高度升高而自东
4、南向西递增,降雨分布不均,集中在3~9月。库区内土壤主要为红壤或红壤类型,土层较薄,呈均匀红色,表层有很薄的黄灰色腐植质层,结构疏松,植被一旦破坏,容易引起水土流失。库区森林覆盖率约60%,以天然次生林为主,优势树种为马尾松,其次为湿地松,郁闭度不高。20世纪90年代后大面积的开山种果,人工经济林面积明显扩大,其中海拔在300m以下的山区沟谷和低平地带,主要生长着马尾松、杉木等次生林和枇杷、龙眼、橄榄等南亚热带果树,形成优势树种;海拔300m以上,主要分布着常绿阔叶林,林下生长芒萁骨、百芒和小杂灌等,林相结构较完好。近几年来,库区内山地开发规模大,缺乏统一的规划
5、和管理,有些果园距离水库水面仅1m左右。论文中的主要数据结构为栅格数据,同时也涉及到矢量数据的处理及与栅格数据的相互转换,本研究主要采用了ESRI公司的ARC/INFO8·0软件、Mapinfo7·0软件以及PCIGeomatica9·0软件作为工作平台。2·2 库区的数据处理(1)图层数据的处理研究采用1954北京坐标系和高斯-克吕格投影,主要考虑该坐标投影系统是我国应用最为广泛的大地测量坐标投影系统;图件资料主要是采用高斯-克吕格等角投影,适于东圳库区所处的纬度较低,方形流域特征。研究区域面积较小,获取的地图的比例尺多为1∶10000和1∶5000,本文采用
6、3°带投影系统,若原图不属于此投影系统,通过GIS投影转换功能实现。地形信息源为20幅1∶10000的地形图,其扫描后,在Geoway数据加工平台上纠正、拼接、纠错,生成等高线矢量图,在ARC/INFO系统中,生成栅格单元为10×10m的东圳库区数字高程模型。土地利用类型信息源主要是具有较高几何精度的法国国家航天研究中心的SPOT-5遥感数据和大比例尺土地利用现状图。通过图像区域切割、图像空间配准及重采样,最后结合土地利用现状图提取土地利用信息。确定研究区的土地利用类型为耕地,林地,水域,城乡、工矿、居民用地,未利用土地五个一级类,14个二级分类。土壤信息源是第
7、二次土壤普查资料以及1∶5000的东圳库区农业土壤普查图件及文本说明。图壤类型图层的处理类似于地形图的处理,将库区分幅土壤类型图进行扫描、定义坐标投影系统、图层合并、矢量化,最后用流域边界线进行切割,得到研究区矢量土壤类型图。研究区内有11个亚类、21个土属、31个土种。(2)属性数据的处理属性数据包括土壤属性数据、降雨资料、耕作管理措施调查、社会经济统计数据、水库水文资料等。土壤属性数据分为土壤物理属性数据和化学属性数据两大类,前者主要是土壤的颗粒组成、土层厚度、浸透性等,后者主要包括土壤有机质含量等。降雨资料包括库区多年平均月降雨量,逐年年降雨量以及最大月、
8、日降雨量,2003年日降
