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1、第22卷第3期地 理 科 学 进 展Vol122,No132003年5月PROGRESSINGEOGRAPHYMay,2003 文章编号:100726301(2003)0320242209关于我国土壤侵蚀模型研究进展蔡强国,刘纪根(中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘 要:土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源,管理和维持人类长期生存环境的重要技术工具,受到世界各国的普遍重视。本文总结了中国土壤侵蚀模型的主要成果,对经验统计模型、物理成因模型、国外模型在我国的应用方面作了详
2、细的介绍。在总结和评价中国土壤侵蚀模型的基础上,提出了今后土壤侵蚀模型应该注重的发展方向:(1)注重土壤侵蚀模型的理论研究,将从以侵蚀因子为基础的侵蚀预报向侵蚀过程的量化研究和理论完善,研究各侵蚀因子及其交互作用对侵蚀过程的影响,泥沙在复杂坡面以及不同流域尺度间的分散、输移和沉积作用;(2)加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究,加强对大中流域侵蚀模型的研究;(3)充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。关 键 词:土壤侵蚀模型;主要成果;发展方向中图分类号:S15711土壤侵蚀是人们普遍
3、关注的生态环境问题之一。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。自20世纪60年代以来,国内外已经开发出许多实用的土壤侵蚀预报模型。根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法,一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。经验统计模型是通过试验观测资料和数理统计技术,选定影响土壤侵蚀的相关因素,得出计算土壤流失量的方程式。物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理,根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程,从[1]而预报
4、在给定时段内的土壤侵蚀量。根据建模研究对象的不同,土壤侵蚀模型又有坡面土壤侵蚀模型和流域土壤侵蚀模型之分。从土壤侵蚀预报模型的研究对象看,土壤侵蚀模型近些年来已经从坡面土壤侵蚀模型向流域侵蚀产沙模型发展。由于坡面模型没有考虑相邻坡面、小区之间、坡面与沟道之间的径流泥沙作用过程,将它外推到流域时有很大的局限性。流域是自然界中完整的降雨-侵蚀-产沙系统,因而流域模型更符合实际情况。小区试验研究和坡面土壤侵蚀模型研收稿日期:2003202;修订日期:2003203基金项目:国家自然科学基金资助项目(40271075),中国科学院知识创新工程重要
5、方向项目“水蚀预报模型研究”,中科院地理科学与资源研究所知识创新工程项目(CXIOG2A00205202)1作者简介:蔡强国(19462),男,研究员,博士生导师,主要从事土壤侵蚀、水土保持、流水地貌、流域侵蚀产沙模拟和GIS应用等方面研究。E2mail:caiqg@igsnrr1ac1cn1©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.3期 蔡强国等:关于我国土壤侵蚀模型研究进展243究和发展是流域侵蚀产沙模型的基础。流域土壤侵蚀预报模
6、型又可分为集总式模型和分布式模型两种。集总模型反映流域的总体平均或者平均行为。分布式模型则将流域划分为若干网络,通过对每个网格的赋值来反映影响土壤侵蚀的各种因素在流域内的差异,然后根据一系列反映侵蚀过程的运算程序计算各个网格的产流产沙,最后进行合理归并,从而达到比较准确地预报整个流域产流产沙的目的。分布式模型比集总式模型更能准确地反映自然小流域的侵蚀状况。我国学者在土壤侵蚀模型研究的各个层面上进行了大量工作,取得了很多成果。其中,区域尺度研究的应用更为广泛。在小流域土壤侵蚀模型的研究方面,以对统计模型及引进的统计模型中各因子的本地化研究较
7、多,对基于过程的物理模型系统研究较少,特别是适合我国国情的系统的过程模型更少。本文希望对我国土壤侵蚀模型的主要研究成果进行总结,并对其中的一些问题进行了评述,以期为今后的土壤侵蚀模型研究进展提供一定的参考意见。1 经验统计模型经验模型主要从侵蚀产沙因子角度入手,建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等之间的多元回归因子关系式。经验公式结构简单,计算方便,在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度,但是模型被移植到其它区域使用时以及向建模条件外延时,模型精度难以控制,模型的实用性受到影响。这类侵蚀产沙模型以坡面模型和小流
8、域侵蚀产沙模型为代表,同时也包括部分区域性的侵蚀产沙预报模型,这些通常不考虑侵蚀产沙过程,称之为“黑箱”或“灰箱”模型,在模型形式上主要是采用侵蚀产[2]沙因子的多元回归方程式。自1953年刘
