基于USLE的北黄岭河小流域土壤侵蚀量估算.pdf

DOI:1016616/jcnki10-1326/TV20230807基于 USLE 的北黄岭河小流域土壤侵蚀量估算高立新(岫岩满族自治县水利事务服务中心,辽宁 岫岩 114300)【摘 要】本文以岫岩县苏子沟镇北黄岭河小流域为例,应用美国农业部率先提出的 USLE 通用土壤流失方程,并结合遥感及地理信息技术,对该流域土壤侵蚀规模展开测算和估计。结果表明,北黄岭河小流域年土壤侵蚀总量平均为 163589740t,总土壤侵蚀面积为 461hm2,流域内年土壤侵蚀模数为 900t/(km2a),为轻度侵蚀;流域内土壤侵蚀表现出明显的空间差异性特征,且土壤侵蚀程度主要与土地利用类型及坡度有关。研究过程及结论可为类似流域土壤侵蚀量估算提供借鉴参考,并能为北黄岭河小流域水土保持和环境治理提供依据。【关键词】USLE 模型;水土流失;北黄岭河小流域;土壤侵蚀量中图分类号:TV52 文献标志码:B 文章编号:2096-0131(2023)08-036-05Estimation of Soil Erosion in the Beihuangling River WatershedBased on USLEGAO Lixin(Water Conservancy Affairs Service Center of Xiuyan Manchu Autonomous County,Xiuyan 114300,China)收稿日期:2023-03-08网络首发地址:http:/ the Beihuangling River Watershed in Suzigou Town,Xiuyan County,as the example,the Universal SoilLoss Equation(USLE),which was first proposed by the United States Department of Agriculture(USDA),is applied inconjunction with remote sensing and geographic information technology to estimate the scale of soil erosion in the basin.Theresults show that the annual total soil erosion in the Beihuangling River Watershed averages 163,589,740 metric tons,witha total soil erosion area of 461 hectares.The average soil erosion modulus in the basin is 900 metric tons per squarekilometer per year,indicating a mild level of erosion.The study reveals significant spatial variations in soil erosion withinthe basin,which are primarily influenced by land use types and slope gradients.The research process and conclusions canserve as reference for estimating soil erosion in similar basins and provide a basis for soil and water conservation andenvironmental management in the Beihuangling River Watershed.Key words:USLE model;soil and water loss;the Beihuangling River Watershed;scale of soil erosion 土壤侵蚀是土壤颗粒在水力、风力等综合作用下持续分离、运移的过程,土壤侵蚀发生后必将对土地资源造成破坏,引发土地资源退化、干旱等次生灾害。流域内土壤侵蚀则会加大流域输沙量,引起水量变化及63水质恶化,水生态功能衰减。小流域属于一个完整的自然汇水单元,也是水土流失和土壤侵蚀发生、发展的基本单元,研究小流域土壤侵蚀过程、水土保持过程是水土保持研究的重要组成部分。USLE(Universal SoilLoss Equation,通用土壤流失方程)是美国农业部最早提出的土壤侵蚀量经验预报公式,对于因降雨所引发的水动力土壤侵蚀预测较为适用,与其他方法相比,该模型结构简单,数据量少,结果真实可靠,故该模型自20 世纪 30 年代提出后便先后应用于土壤侵蚀试验及区域土壤侵蚀量定量研究。我国于 20 世纪 80 年代引入该模型后,逐渐在不同区域土壤侵蚀预报中进行了应用。本文依托岫岩县苏子沟镇北黄岭河小流域,对流域土壤侵蚀量展开估算分析,为构建该流域水生态功能分区以及流域水资源保护、合理利用提供依据。1 流域概况北黄岭河小流域位于岫岩县苏子沟镇,涉及苏子沟镇的北黄岭 1 个行政村,流域总面积为 1935hm2,流域土地利用情况见表 1。北黄岭河小流域整体呈北高南低地势,多丘陵,河川交错,地形主要以山地和丘陵为主,夹杂小面积冲积平原和盆地,低山区在全县总面积中约占 78%以上。流域平均海拔为 211 64m。小流域位于中温带气候区,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,多年平均年降水量为820mm,且从上游向下游呈递增趋势,降雨主要集中在每年的 69 月,期间降水量在全年降水量中的占比超 70%,暴雨大多发生在 78 月。流域内土壤类型以棕壤和山地草甸土为主:棕壤土多见于低山丘陵,土层厚度为 0 5 1 5m;草甸土则多见于河流两岸,土层较厚,为 1 0 3 0m,土壤肥力高。表 1 北黄岭河小流域土地利用现状土地利用类型耕地林地疏林地园地草地村、工厂、矿山用地水利设施用地交通用地其他合计占地面积/hm2380 76841 32214 585 098 8064 1717 736 71395 841935占比/%2043110 30 53 01 00 920100 北黄岭河小流域主要存在轻度水力侵蚀,水土流失面积为 461hm2,在流域总面积中占比 23 82%,土壤侵蚀较为严重。因受制于治理资金及管理模式,流域内水土流失始终未得到系统治理,并呈日益严峻之态势。流域内山洪灾害频繁发生,造成耕地冲毁、道路冲断,严重影响农业生产。洪水冲刷河道两岸导致水土流失加剧,河道内泥沙量持续增大,抬高河床,河道泄洪能力持续减弱;土壤养分流失,土壤肥力持续减弱;径流冲刷带走表土养分,土层变薄,土壤肥力下降,粮食产量降低。2 USLE 模型及因子USLE 是美国农业部于 20 世纪 60 年代在大量观测数据及人工模拟试验的基础上,所构建的特定区域土壤侵蚀量估算的方程模型,该模型涵盖影响特定区域水土流失的主要影响因子1,公式如下:A=RKLSCP(1)式中:A 为所研究区域土壤侵蚀量,t/(hm2a);R 为年降雨侵蚀力因子,MJmm/(hm2ha);K 为研究区土壤可侵蚀因子,thm2h/(hm2MJmm);L 为坡长因子,无量纲;S 为坡度因子,无量纲;C 为管理因子,无量纲;P 为水土保持措施因子,无量纲。2 1 年降雨侵蚀力因子降雨径流及雨水击溅作用对土壤侵蚀影响较大,所谓降雨侵蚀力就是降雨过程可能引起土壤侵蚀的潜力。根据降雨过程资料所得出的降雨侵蚀力显然最为可靠,但相关资料较难获取,故本文在应用 USLE 模型预测土壤侵蚀量时,主要根据月降水量进行降雨侵蚀力的简便估算2,公式如下:R=12i=1(-1 5527+0 1792Pi)(2)式中:Pi为项目区月降水量,mm;其余参数意义同前。将所获得的北黄岭河小流域 19662021 年的气象资料代入式(2),便可得出小流域多年平均降雨侵73高立新/基于 USLE 的北黄岭河小流域土壤侵蚀量估算 蚀力因子为290 94MJmm/(hm2ha),因流域面积不大,可视为流域内降雨均一分布,故整个流域内年降雨侵蚀力因子取值一致。2 2 土壤可侵蚀因子该因子体现的是在降雨径流冲刷、雨水击溅作用下,土壤被分散、运移的可能程度3,也是进行项目区土壤侵蚀量估算的主要指标之一。该流域土类以棕壤和山地草甸土为主,可以参考当前学者对各类土壤可侵蚀因子的研究成果,得出北黄岭河小流域棕壤和山地草甸土可侵蚀因子 K,分别取 0 27thm2h/(hm2MJmm)和 0 268thm2h/(hm2MJmm)。2 3 坡长和坡度因子小流域坡长和坡度是其余条件不变的情况下,某一特定坡长和坡度下土壤侵蚀量与标准小区土壤侵蚀量之比,对土壤水力侵蚀影响较大。在实际运用中,两个因子通常结合起来,统一作为项目区地形因子进行考虑。USLE 模型中的坡长因子按照下式确定:L=(/22 1)m(3)式中:为实际坡长,m;m 为坡长指数,应根据允许坡度 的大小及以下范围取值:m=0 2(1%)0 3(1%3%)0 4(3%25面积/hm22346318494183面积占比/%4 999 976 7518 2220 3939 71年侵蚀模数均值/t/(km2a)14 2178 4489 56100 87369 48247 44年侵蚀总量均值/t102310001021200025240000284650003816130051280440侵蚀量占比/%6 256 2415 4317 4023 3231 3593高立新/基于 USLE 的北黄岭河小流域土壤侵蚀量估算 面积中占 1 19%,占比最小,且对应的土壤侵蚀量占比也为最小;坡度在 25以上的区域在流域内占比为41 86%,土壤侵蚀量占比为 31 35%。4 结 论综上所述,本文依托遥感及地理信息系统技术,应用 USLE 土壤流失量估算方程模型,对北黄岭河小流域土壤侵蚀量进行分析估算后得出以下结论:流域内年土壤侵蚀模数为 900t/(km2a),年土壤侵蚀总量平均为163589740t,总土壤侵蚀面积为461hm2,在流域总面积中占比为 23 82%。所得到的流域土壤侵蚀量预测结果与相关研究基本吻合,结果可靠度高。该流域土壤侵蚀表现出十分明显的空间差异性,土壤侵蚀受土地利用类型及地形坡度等的影响较大,其中林地、疏林地和耕地土壤侵蚀量占比最大;坡度在25以上的区域土壤侵蚀占比最大。为此,流域管理部门应当将以上土壤侵蚀严重区域作为下一步水土流失治理的重点。参考文献1 马春玲,焦峰,王飞,等.中国 USLE/RUSLE 因子研究J.水土保持研究,2023,30(1):430-436.2 姜仕琪.基于 RULSE 方程原理在阜新地区小流域土壤侵蚀量估算中的应用J.水利技术监督,2022(3):92-95.3 刘小梅,李勇,黄智刚,等.基于 RUSLE 的蔗区小流域土壤侵蚀特征研究J.水土保持通报,2022,42(3):82-88.4 侯礼婷.基于 RUSLE 的生产建设项目土壤侵蚀监测研究J.湖北农业科学,2022,61(4):66-69.5 李骁,付渊.小流域水土流失综合治理工程效果评估J.水土保持应用技术,2021(6):15-17.6 杨振奇,郭建英,秦富仓,等.裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素J.水土保持通报,2021,41(2):58-65.7 陈正发,龚爱民,宁东卫,等.基于 RUSLE 模型的云南省土壤侵蚀和养分流失特征分析J.水土保持学报,2021,35(6):7-14.8 王伟,李志能,李鹏,等.连续极端暴雨事件下小流域侵蚀泥沙流失规律研究J.西安理工大学学报,2020,36(3):286-293.9 李骜,顾治家.基于小流域土壤侵蚀严重指数的县域土壤侵蚀制图研究J.水土保持通报,2020,40(5):196-200,208,2,封 2.10 邹海天,李子轩,张彩云.基于栅格像元和矢量地块的区域土壤侵蚀计算结果对比分析 以怀来县外井沟小流域为例J.海河水利,2020(4):16-19.(上接第 35 页)“一源一策”要求,推进“划、立、治”安全保障,实现水源地红线管控。按照集中式饮用水水源地管理与保护规范(DB32/T 40302021)要求,开展饮用水水源地规范化建设,确保水源地水质优良、水量充足、水生态良好。完善应急预案并定期开展应急演练,定期调查评估水源地环境状况,加强安全监测预警能力建设,确保人民群众饮用水安全。参考文献1 贾玉鹤.建平县应急饮用水水源地保护区划分技术研究J.保护与循环经济,2021,41(3):51-53.2 郭子扬,程然,夏建新.柴河水库饮用水水源保护区划分合理性研究分析J.中国农村水利水电,2021(9):194-198,205.3 封林波,董毓.河流型饮用水水源保护区划分技术方法研究 以永丰县某水厂为例J.国土与自然资源研究,2021(2):59-62.4 杨梅,高良敏.河流型饮用水水源保护区划分技术方法研究 以淮河淮南段某水厂为例J.环保科技,2015,21(2):24-27.5 李秋艳,李攀,成梁,等.河流型饮用水水源保护区划分比较J.环境监控与预警,2019,11(4):54-58.6 芦美翯.河流型饮用水水源地保护区划分研究J.供水技术,2022,16(3):12-15.7 金磊,潘亚雷,邱全毅,等.基于污染物扩散模拟的饮用水水源地保护区划分研究J.中国给水排水,2021,37(23):106-113.04