大别山区USLE土壤侵蚀模型应用研究

发布时间：2020-10-17 01:33

　　 本论文主要讨论了不同流域尺度上的土壤侵蚀模型的适用性状况,以及土壤侵蚀在不同流域尺度上的时空分布变化规律的异同点,以期寻找新的适合本区域的经验模型。研究区位于安徽省大别山南麓岳西县境内的三个流域,分别是毛尖山流域(84.63km~2)、沙河埠流域(252.13 km~2)、潜山流域(955.82 km~2)3个流域,这三个流域分别属于岳西水系、潜水水系、大沙河水系的源头,三个流域彼此紧邻,区域环境气候变化同类型。本文主要基于Arcgis10.4空间分析模块与地统计模块、ENVI5.3遥感影像分类功能,基于遥感影像、气象数据、土壤属性数据、DEM30m地形图数据、泥沙监测数据等资料建立土壤侵蚀模型因子数据库,通过实地调查走访,本文在通用土壤流失方程(USLE)的基础上引入沟蚀因子,对研究区本土区域土壤流失方程建立新的经验模型(USLE—G),通过对3个流域的土壤侵蚀模数的提取分析,对两个模型的模拟预测结果精度评价,评定不同尺度流域的适用模型。基于模拟精度较高的模型模拟数据,分析探讨1989年、2001年、2015年这3个年份不同尺度的土壤侵蚀随坡度、植被覆盖的变化规律,将土地利用重分类为:林地、耕地、其他,探讨不同尺度流域在退耕还林政策下,主要土地利用方变化—林耕地转化—下的土壤侵蚀的时空分布变化规律。本文主要研究方法与结论如下:(1)关于土壤侵蚀模型因子计算主要采用地统计分析中的普通克里金空间插值、ENVI分类提取GIS空间栅格赋值而来。降雨侵蚀力插值数据采用研究区及其周边16个站点的1981~2010年累计30年平均月降雨量的计算结果。土壤可蚀性因子是利用全国二调土壤属性数据库,通过Arcgis10.4随机生成渔网点获得插值点数据。坡度坡长因子是通过Arcgis10.4表面分析坡度工具对DEM30m地形图进行提取得来,坡长计算采用的是基于单向流的径流累积的坡长提取方法。植被覆盖因子采用基于像元二分法提取植被覆盖,通过经验公式反演C值而来。通过查阅研究区相关文献资料,对土地利用类型进行经验赋值,获取保措施因子P值的。土地利用分类采用的是ENVI支持向量机的监督分类,在Arcgis中目视解译校正。沟蚀因子计算模型采用的是黄土高原浅沟侵蚀简易计算模型,通过查阅分析南方红壤丘陵区关于沟蚀研究的现有成果,拟采用坡度15°以上且植被覆盖70%以下的地方沟蚀因子起到作用。(2)USLE与USLE—G模型计算结果与真值间的相关关系高达0.99以上,均显著相关。通过计算模拟值与观测值的平均相对误差,发现USLE模拟精度潜山流域沙河埠流域毛尖山流域,USLE—G模拟精度为沙河埠流域潜山流域毛尖山流域,USLE精度较USLE—G模拟精度低,沙河埠流域地势较为平缓、耕地面积大,USLE—G保留了USLE原有评价特征的基础上对平缓耕地区的侵蚀预测拥有更高的敏感度。通过计算两个模型毛尖山、沙河埠、潜山流域的效率系数Ens,USLE的效率系数为0.8436、0.9317、09976,USLE—G的模型效率系数是0.9712、0.9938、0.999,引入沟蚀因子的USLE—G模型拥有更高的模型质量。(3)毛尖山、沙河埠、潜山流域各相应坡度带面积占比相当,均为15°~25°占地面积最大,8°~15°面积次之,各坡度带面积随坡度等级上升先增加后减小。退耕还林前,毛尖山与沙河埠流域25°~35°坡度带侵蚀量贡献率最高,而潜山°~15°坡度带上侵蚀量贡献最大;退耕还林后,三个流域侵蚀贡献率最大区域回落到8°~15°坡度带,大于25°边坡退耕还林,侵蚀重心转移到缓坡带上。退耕还林前,毛尖山流域和沙河埠流域中小流域在0~15°坡度带上以微度侵蚀和轻度侵蚀面积占比最大,15°以上的坡度带强烈侵蚀及以上占地面积最大;而潜山大流域各个坡度带都是微度侵蚀面积占比最大,在15°剧烈侵蚀面积显著增加。随着耕地面积扩大,林分被过度开采,各坡度带侵蚀强度均有增加,从而从反面说明,退耕还林有提升森林质量、抑制土壤侵蚀恶化的功能。(4)基于Arcgis10.4面积制表功能,对各流域不同植被类型区土壤侵蚀特征进行提取分析,结果表明,高覆盖区域土壤侵蚀强度均为轻度侵蚀。土壤侵蚀模数随着植被覆盖等级的降低而变大,从高覆盖到中高覆盖区域的土壤侵蚀模数骤增。2001年到2015年期间,林地质量提高,植被覆盖质量也随之提高,区域整体植被质量提高,因此2015年较2001年各级植被覆盖区的土壤侵蚀强度远小于2001年。(5)土地利用的改变主要影响流域植被覆盖的变化,因此在讨论土地利用变化对土壤侵蚀的影响,必须同时考虑植被因子。流域的平均土壤侵蚀模数对流域平均植被覆盖度变化具有较高的敏感度,二者呈负相关。随着退耕还林的实施,土地利用方式的改变、植被质量的提高,各土地利用类型的强度侵蚀及其以上侵蚀面积减小,侵蚀强度中心向微度侵蚀、轻度侵蚀转移;各土地利用类型在极强烈侵蚀及其以下强度侵蚀区,平均侵蚀模数基本不变,耕地的剧烈侵蚀模数小幅下降,林地和其他土地利用的剧烈侵蚀模数降幅较大;各土地利用类型的侵蚀量下降,剧烈侵蚀量的林地侵蚀量贡献率最大,耕地和其他地类的侵蚀土来源从剧烈侵蚀向微度侵蚀区方向移动。
【学位单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

的水文局输沙模数为真值，对两个模型的计算结果进行精度评价对比分析。（3）土壤侵蚀时空分布特征基于上述模型预测结果，对比分析退耕还林（安徽退耕还林工程始于 2003 年）前后土壤侵蚀的时空变化，探讨土壤侵蚀在不同坡度带、植被覆盖等级、土地利用类型下的分布于变化规律。1.4 技术路线

插值处理流程

图 3-1 降雨插值点Fig.3-1 The interpolation point of rainfall站点的经纬度坐标，基于 Arcgis10.4 平台在研究区矢量图中段，然后通过 GeostatisticalAnalyst 地统计分析工具，通过对通克里金插值法，输出研究区域的降雨侵蚀力 R 值栅格分布取结果见图 3-2。蚀性因子（K）蚀性因子（K）模型性因子是土壤侵蚀定性定量评价的重要指标之一，在一定程大小。土壤可蚀性因子的影响因素主要有土壤质地、土壤结构。土壤可蚀性因子 K 值大小与土壤侵蚀强度成反比，土壤抗常情况下，K 值的在 0.02~0.075 范围内变化。土壤可蚀性因子K值的计算方法有标准小区实验法、诺谟图法壤侵蚀类型属于水蚀，本文采用 1990 年 Willians 等在 EPIC性因子 K 值计算方法，模型所需变量较少，只需要测定土壤
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本文编号：2844071