不确定性信息下流域土壤侵蚀量计算.pdf

水 利 学 报 2005 年 1 月 SHUILI XUEBAO 第 1 期 文章编号: 0559-9350(2005)01-0089-06 不确定性信息下流域土壤侵蚀量计算 李如忠，钱家忠，孙世群，洪天求 (合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009) 摘要：根据流域土壤、地形、降雨、植被、管理技术等因素存在的多种不确定性特点，运用盲数来描述和处理通用 土壤流失方程USLE中各参数的不确定性，尝试性地提出了不确定性信息下流域土壤侵蚀量计算的新方法。根据这 一方法，不仅可以求得研究区域土壤潜在侵蚀量的各种可能取值区间，也可以得到各区间相应的主观可信度。再 由盲数均值计算公式，最终得到整个研究区域土壤潜在侵蚀总量。在此基础上，结合区域土壤中氮、磷含量资料， 可以计算出吸附态氮、磷的流失量。实例研究表明，运用盲数理论研究流域土壤侵蚀量和吸附态氮、磷流失量， 理论上是可行的，计算结果是可信的。 关键词：不确定性信息；通用土壤流失方程；土壤侵蚀量；盲数 中图分类号：S157 文献标识码：A 随着点源污染治理的不断深入，由土壤侵蚀过程等带来的氮、磷污染负荷已成为湖泊、水库等水体污 染的一个重要来源[1]。从湖(库)水体修复和水质管理角度看，准确地计算汇流区域土壤潜在侵蚀量和污染 负荷流失量，对科学地制定流域水污染控制规划具有重要意义。土壤侵蚀模型是土壤侵蚀过程定量研究的 有效手段，根据国内外研究发展过程，可以将其大致划分为3个阶段[2]，即经验统计模型，物理过程模型和 分布式模型。其中，物理过程模型是从产沙、水流汇流及泥沙输移的物理概念出发，利用各种数学方法， 结合相关学科的基本理论，根据降雨、径流条件，以数学的形式总结出土壤侵蚀过程，预报在给定时段内 的土壤侵蚀量。由于所需资料数据多，计算过程复杂，使得这类模型的推广应用存在很大难度。分布式模 型由于对资料的要求很高，需要评价许多参数，同时也相当复杂，因此实际应用很不方便。从管理的角度 看，人们总是希望能够在满足一定误差要求的条件下，尽可能使用一些简单的模型来估算流域土壤侵蚀和 污染负荷的输出量。 作为一个经验统计模型，美国通用土壤流失方程USLE(Universal Soil Loss Equation)可以说是土壤 侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地 土壤侵蚀模型研究的方向和思路[2]。由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物 理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。近年来，美国农业部又对该模型进行了修正，建 立了RUSLE模型[3,4]，使得USLE模型理论得到进一步完善和发展。国内在20世纪80年代后，以USLE为蓝本， 根据其基本思想与各研究区域的实际情况，建立了许多地区性的区域土壤侵蚀预报模型[5,6]，其中一些成果 已在土壤污染负荷流失量计算中得到了较好地应用[7,8]。总的来说，在USLE及其改进模型的研究上，现有文 献基本上都是从确定性角度进行分析计算的。事实上，在每个计算单元内，土壤性质、地形条件、植被覆 盖状况、管理技术等均存在一定的时空不确定性，尤其是当单元小区面积较大时表现得更为明显，这就与 收稿日期：2003-06-26 基金项目：国家自然科学基金；安徽省教育厅重点基金(2003kj043zd)；合肥工业大学科学研究发展基金 (030701F)；国家重大基础研究前期研究专项(2003CCC00400) 作者简介：李如忠（1970-）男，安徽怀远人，副教授，博士，主要从事水环境保护、水环境系统不确定性分析等研究。 1 水 利 学 报 2005 年 1 月 SHUILI XUEBAO