土壤侵蚀模型研究进展

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1、土壤侵蚀模型研究进展王韶伟1，李景玉2，徐宗学1，张楠11.北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室，北京（100875）2.中国土地勘测规划院国土资源部土地利用重点实验室，北京（100035）E-mail：wangshaowei@mail.bnu.edu.cn摘要：土壤侵蚀模型是预报水土流失、优化水土资源利用、指导水土保持工作的有效工具，同时也是非点源污染研究的基础，长期以来受到世界各国的普遍重视。根据土壤侵蚀模型建模的手段和方法，可将其分为经验统计模型和理论物理模型。对国内外土壤侵蚀模型

2、的研究进展进行了较为全面的回顾，分析了各个阶段主要土壤侵蚀模型的特点。在此基础上，探讨了经验统计模型和理论物理模型各自的不足及其面临的问题，并提出了未来模型发展的方向——即通过与GIS有机耦合开发具有物理机制的分布式土壤侵蚀模型。关键词：土壤侵蚀；模型；分布式；研究进展1引言我国是一个农业大国，更是一个人口大国，要以有限的土地资源，养活大量的人口。然而长期以来由于土地、植被资源开发不当，给我国国土资源的质量造成很大的负面影响：水土流失严重、生态环境恶化、农业生产力降低、干旱洪涝灾害频繁发生、抵御自然灾

3、害能力不强。据估算，我国因土壤侵蚀造成的经济损失每年在100亿元以上[1]。土壤侵蚀模型能够较为有效地预报水土流失、指导水土保持工作、优化水土资源高效利用，长期以来倍受国内外学者的广泛关注[2]。尤其是近半个世纪以来，随着计算机技术及相关学科的迅速发展和土壤侵蚀机理研究的不断积累，各国学者在土壤侵蚀方面作了大量卓有成效的工作[3-7]。近年来，随着对环境污染问题研究的深入和对点源污染治理的加强，非点源污染在环境污染中所占的比重越来越高，引起广泛关注，成为研究热点[8-11]。降雨径流是引起非点源污染的

4、主要原因，水土流失是非点源污染的主要形式，水体中的土壤颗粒成为吸附污染物的主要载体[12]。因此，土壤侵蚀研究在非点源污染模拟研究中具有重要的地位，土壤侵蚀模拟已成为非点源污染模拟的基础。本文通过对国内外土壤侵蚀模型研究现状的回顾，分析了土壤侵蚀模型研究中存在的问题及可能的发展方向。2国内外土壤侵蚀模型研究进展根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法，一般可将其分为经验统计模型和理论物理模型[13]。经验统计模型一般不考虑侵蚀产沙过程的物理机制，主要从侵蚀因子角度入手，建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土

5、地利用、耕作方式、水保措施等因素之间的多元回归因子关系式，由于其结构简单、使用方便，被视为一种有效的土壤侵蚀模拟工具；理论物理模型以土壤侵蚀的物理机制为基础，借助水文学、水力学、土壤动力学、河流动力学的基本原理，根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀过程，其特点是能够较为详细地描述土壤侵蚀发生的物理过程及其机理。国内外的研究大多是围绕着这两方面展开的，只是各个时期的侧重点有所不同而已[14]。2.1国外土壤侵蚀模型研究进展项目名称：国家自然科学基金“渭河流域分布式土壤侵蚀模拟与水沙变异规律”（50579

6、003）；教育部高等学校博士学科点专项科研基金“渭河流域水循环变化及其机理研究”（20040027005）。-1-国外有关土壤侵蚀模型的研究工作大致分为三个阶段：第一阶段从1877年德国土壤学家EwaldWolly定量化研究土壤侵蚀开始到美国的通用土壤流失方程USLE（UniversalSoilLossEquation）建立以前结束。这一阶段的研究工作主要围绕影响水土流失的单个因子展开，诸如坡度、植被覆盖、坡长等。大量径流试验小区的建立，促进了统计模型的发展，其中Cook[15]、Zingg和Smit

7、h[16]等人的研究为USLE的建立奠定了基础。第二阶段从1965年USLE问世到20世纪80年代初期。1965年，Wischmeier和Smith建立了USLE[17]，并两次以USDA（美国农业部）农业手册282号[18]和537号[19]的形式由官方颁布执行。该方程以美国东部30个州10000多个径流小区近30年的观测资料为基础进行统计分析，预报坡面或田间尺度年平均侵蚀量。该方程较为全面地考虑了影响土壤侵蚀的自然因素，通过降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡长坡度、作物覆盖与管理和水土保持措施五大因子进行

8、定量计算。USLE的具体形式如下：A=R⋅K⋅L⋅S⋅C⋅P(1)其中，A为单位面积上的土壤流失量；R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；L为坡长因子；S为坡度因子；C为作物覆盖和管理因子；P为水保措施因子。由于该模型实用性强，因而在这一阶段内占据了主导地位，深刻影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方法和思路。在随后的时间，世界各地的大部分研究都是针对USLE中五个因子，在不同地区对其进行修正和应用。第三阶段从20世纪80年代初期到现在。该阶段的研究工作