水蚀预报模型的分析.docVIP

水蚀预报模型的分析 土壤侵蚀预报是土壤侵蚀研究的核心内容，同时也是进行水土流失监测、评价水土保持效益、合理布设水土保持措施的工具。目前，国内外水蚀预报模型按照不同的分类依据，主要可以分为以下几种类型:(1)根据研究区范围大小，主要可以分为坡面模型(HillslopeModel)、流域模型(WatershedModel)和区域模型(RegionModel)。坡面模型如USLE，小流域模型如LISEM，区域模型如SEMMED。(2)根据模型建立的方法和对水蚀过程的模拟，可以分为经验预报模型(EmpiricalModel)、物理过程预报模型(Physically－basedModel)。经验预报模型依据实际观测资料，采用数理统计分析的方法，建立坡面、流域或区域侵蚀产沙量与其主要影响因素之间的经验关系式，例如美国建立的通用水土流失方程USLE(U-niversalSoilLossEquation)、RUSLE(RevisedUniversalSoilLossEquation)［1-2］，我国建立的刘善建模型、江忠善模型、CSLE(ChineseSoilLossEquation)等［3-5］;物理过程预报模型是对整个事件或系统过程的模拟，以侵蚀产沙的基本物理过程为基础，利用水文学、水力学、土壤学、泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理，根据降雨、下垫面状况等来描述土壤侵蚀产沙过程，通过对复杂的侵蚀产沙现象和过程的概化，建立模型的整体结构和微观结构，并用实际观测资料来优选和决定模型中的参数，如美国建立的WEPP(WaterErosionPredictionProject)［6］、澳大利亚建立的GUEST(GriffithUniversityErosionSystemTemplate)等［7］。(3)根据是否反映时空差异，区分为集总式模型和分布式模型。集总式模型以整个流域为预报对象，不反映其内部差异，而分布式模型则按照一定的方法将流域划分成一个个相对均质的网格，按照一定的数学法则来计算每个网格单元的侵蚀量，并将计算结果推演到流域出口，得到整个流域土壤侵蚀量。 水蚀是土壤侵蚀中的一种重要形式，根据水利部公布的全国第二次水土流失遥感调查结果，全国水土流失面积356万km2，占国土面积的1/3强，其中水蚀面积165万km2，水蚀治理是我国今后很长一段时间的重要任务。自20世纪50年代，国内外许多学者开展了大量的水蚀预报模型研究，取得了丰硕的成果，并被用于水土保持措施配置和水土资源持续利用等方面。水蚀预报模型可分为经验模型和物理过程模型。经验模型依据实际观测资料，采用统计分析方法，建立侵蚀产沙量与其主要影响因素之间的经验关系式，而物理过程模型则强调模拟整个事件的过程，模型涉及多个指标，一般通过实测获取。我国国土面积辽阔，水蚀面积很大，目前社会经济发展水平难以保证大范围、多指标的实地观测，因此在相当长的时间内，水蚀经验模型将是我国水土保持研究中的主要内容。虽然目前已经有学者对水蚀预报模型进行了介绍［8-9］，但尚缺乏对经验水蚀预报模型的系统研究。 1国外经验水蚀预报模型发展历程 国外经验水蚀预报模型研究以美国为代表，经历了从考虑单因子、部分因子、到全因子的发展历程，与此同时研究相对滞后的其他国家也开展了相关研究［10］。Zingg于1940年发表的计算田间土壤流失量的第一个数学方程式，描述了地形因子—坡度和坡长在土壤侵蚀中的作用［11］;1941年Smith在原来考虑地形因子的基础上增加了反映天气、土壤、耕作等的综合特征的常数和水土保持措施因子［12］;随后，Browning和他的助手们在此基础上又增加了土壤可蚀性因子［13］;1948年Smith和Whitt提出了一个“概念性”土壤流失方程，他们根据一定条件下观测侵蚀量的基础上综合考虑了地形、土壤、措施因子，并将其推广应用于美国密苏里州的主要土壤类型，在应用中引入了一个降水因子使该方程应用于其他地方［14］;与此同时，美国农业部土壤保持局认识到土壤流失方程对于农业规划很有价值，通过学术研讨会回顾了长久以来美国的土壤侵蚀研究资料，重新评估了以前方程中使用的各个因子，最终形成了包括了降水因子、包含坡度和坡长信息的地表径流因子、土壤特征、植被覆盖影响因子等的Musgrave方程［15］，Lloyd和Eley利用该方程绘制了Musgrave方程的图解图，并将美国东北部各州主要条件下的侵蚀影响数值制成表［16］;随着州和地区级土壤侵蚀预报方程的应用成功，土壤保持决策者建议全力研制全国性的土壤侵蚀预报方程，1954年美国农业部农业研究局在印第安纳州普度大学(PurdueUniversity)建立了国家数据中心，进行全国径流和土壤流失资料的汇总、整理以便更进一步的深入分析，利用中心收