基于gis和rusle的黄土高原小流域土壤侵蚀评估

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1、万方数据第25卷第8期2009年8月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV．01．25No．8Aug．2009157基于GIS和RUSLE的黄土高原小流域土壤侵蚀评估秦伟1’2，(1．中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京100044；朱清科撅，张岩22．北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京100083)摘要：对基于上坡汇流面积的坡长因子算法进行改进，提出考虑上坡土地利用／覆盖对汇流影响的坡长因子算法，运用GIS和RUSLE评估黄土高原四面窑沟流域的土壤侵蚀强度及

2、其与环境因素的关系。结果表明，流域多年平均侵蚀强度4399．79t／(km2．a1，属中度侵蚀；侵蚀强度和侵蚀量均随坡度增加而显著增加，80．59％的侵蚀量来源于占流域总面积59．06％的250以上坡度带；不同坡向的侵蚀强度表现为正阳坡>半阳坡>半阴坡>正阴坡，其中，占总面积45．07％的阳坡产生56．50％的侵蚀量；不同土地利用类型中，占总面积57．07％的草地产生96．37％的侵蚀最，成为目前流域内主要侵蚀产沙源。研究为应用修正通用土壤流失方程在黄土高原进行侵蚀评估提供技术范例，为该区侵蚀防治和

3、水土资源利用提供有益参考。关键词：土壤，侵蚀，地理信息系统，修正通用土壤流失方程，黄土高原doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2009．08．029中图分类号：S157．1文献标识码：A文章编号：1002—6819(2009)一8-0157—07秦伟，朱清科，张岩．基于GIS和RUSLE的黄土高原小流域土壤侵蚀评估[J】．农业工程学报，2009，25(8)：157—163．QinWei，ZhuQingke，ZhangYah．Soilerosionassessmentofsmal

4、lwatershedinLoessPlateaubasedonGISandRUSLE[J]．TransactionsoftheCSAE，2009，25(8)：157—163．(inChinesewithEnglishabstract)0引言土壤侵蚀通过剥蚀、搬运土壤，破坏土壤结构、减少土壤养分，不仅使土地生产力下降、水土资源流失，而且造成河湖库塘的泥沙淤积，加剧洪涝、干旱等灾害发生，成为危及人类生存与发展的重要环境问题之一。修正通用土壤流失方程(RUSLE)是目前世界上应用最广泛的水蚀预报经验模型。

5、随着地理信息系统(GIS)技术不断盛行，基于GIS运用RUSLE定量评估土壤侵蚀，已成为合理规划、利用区域水土资源的有效手段，在世界许多国家得到广泛应用和研烈H】。国内对GIS和RUSLE的综合应用始于20世纪80年代末，相继出现了一系列有关不同省份和地区的研究报道【5嗣。然而，在中国乃至世界范围水土流失最为严重的黄土高原地区，基于GIS和RUSLE预报土壤侵蚀的研究却十分少见。同时，坡长因子(￡)作为RUSLE中的重要因子[9】，在现有报道中均存在一定不足，严重影响了土壤侵蚀预报精度。现有在GIS

6、平台上获取￡因子的方法，主要存在两个方面的问题：首先，因子算法的选取不尽合理。在GIS中，单元格代表坡面的一个坡段，而现有研究则大多选用规则坡面三因子算法【101，并以单元格边收稿日期：2008-06．09修订日期：2009-07．03基金项目：“十一五”国家科技支撑项目(2006BAD03A03)：国际泥沙研究中心生态建设综合效益评价课题作者简介：秦伟(1982一)，男，陕两汉中人，博士，主要研究方向：水土保持及林业生态工程。北京中国水利水电科学研究院泥沙研究所，100044。Email：qinw

7、ei_office@sina．corn※通信作者：朱清科(1956-)，男，宁夏人，博士。教授。主要研究方向：水土保持和林业生态工程。北京北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，100083。Email：xmgmb@bjfu．edu．∞长、对角线长或边长与坡度余弦比等作为其坡长进行运算，忽略了单元格间的汇流过程，将其作为水文孤岛，从而严重减小￡因子、低估侵蚀强度【lo】。虽然有的研究选用不规则坡面的坡段三因子算法【111，并以分水线到单元格的实际汇流长度为坡长进行计算，在一定程度上考虑了上

8、坡汇流对侵蚀的作用、量化了坡面内不同坡段的侵蚀差异，但GIS中的均匀单元格实际是将三维地形简化成二维地形，单元格的侵蚀强度由上坡汇流面积决定。因此，这种算法所获得结果也存在较大误差。其次，上坡汇流面积确定不准确。鉴于二维空间中，单元格侵蚀强度由上坡汇流面积决定，Desmet掣10】提出基于上坡汇流面积的￡因子算法，得到广泛应用。然而，现有研究中的汇流面积都是根据数字高程模型(DEM)确定的汇流方向简单累加得到，未考虑汇流路径上土地利用／覆盖对汇流的影响，尤其是植被对降