三峡库区水土流失遥感监测及治理研究

三峡库区是长江流域生态环境系统的重要环节,库区生态环境问题备受关注。水土流失是影响三峡库区生态安全、制约库区发挥生态屏障功能的关键环境问题之一。2020—2022年,水利部水土保持监测中心的三峡库区水土流失遥感监测站组织实施了基于遥感技术的三峡库区水土流失动态监测,结合野外考察和数值模拟等手段,对库区土壤侵蚀因子与侵蚀模数进行计算,并对水土流失防治效益进行评价。结果显示:(1)林地和耕地是水土流失发生的主要区域;(2)在相同的土地利用模式下,地形较陡的区域更易发生强度较大的水蚀;(3)2020—2022年,库区水土流失面积呈减少趋势,减少速率约为264 km^(2)/年,水土保持措施面积则以865 km^(2)/年的速率增加,取得较好治理效果。在进一步工作中,可针对性地在坡度较大的水蚀区进行合理的水保措施布设,以进一步提高库区水土流失治理成效。本研究可为三峡库区水土流失治理和水保措施规划以及长江流域生态系统建设提供科学依据。

三江源国家公园土壤保持实物量计算——基于CSLE模型

土壤保持能力是生态产品价值中可调节产品的重要组成部分,在土壤侵蚀控制及生态环境改善方面具有关键作用。自我国开展国家公园体制以来,其对于三江源地区的土壤侵蚀模数及土壤保持能力的影响尚不明确。对比CSLE与USLE模型及其因子的差异,选取CSLE进行2000年与2020年的土壤侵蚀模数对比研究并计算黄河源区玛多县20年间土壤保持总量。结果表明:1)在研究区中,CSLE模型在区分不同土壤侵蚀模数强度时显著优于USLE模型,其对坡度坡长因子以及生物措施因子的优化计算方法可更精确地评估土壤侵蚀模数。2)从2000年至2020年,玛多县的土壤侵蚀强度得到了较大地改善,约有75%左右区域的土壤侵蚀模数具有明显下降,但仍有小部分区域的土壤侵蚀模数上升,其土壤侵蚀强度加剧。3)玛多县20年间土壤保持总量为1.683×10~6 t,在核算生态产品价值中的土壤保持量时,应以75%的土壤侵蚀模数减少的区域进行计算,而并非采用默认全区土壤均得到了有效保持的USLE公式进行计算。

建设生产类项目水土流失预测的差异性研究

建设生产类项目和建设类项目水土流失预测方法大体相同,只有微弱的差异。差异性主要体现在预测时段划分、水土流失面积和土壤侵蚀模数的确定3个重要方面,由于其微弱性往往被许多学者忽视。文章从这三方面对建设生产类项目的水土流失预测展开研究,分析二者的共性与个性,以及在编制中的常见问题,并通过实例进行演练。

多模型耦合的流域水土流失监测方法研究

濑溪河流域存在严重的水力侵蚀,同时伴随着水土流失分布点多线长面广的特点。而现有模型几乎只考虑了流域尺度上的坡面和河流侵蚀过程,或者是坡面和流域尺度的基本结合,导致对土壤侵蚀全过程的物理模拟产生高度不确定。为此提出不同尺度模型相互耦合的水土流失监测体系,从三级顺序“坡-沟-河”结构,全面反演流域水沙的时空动态迁移过程。基于多模型耦合体系的流域应用表明:①单一模型在濑溪河流域都表现出良好的适用性和准确性。RUSLE模型预测结果与实际侵蚀规律高度吻合,SWAT模型参数率定的纳什效率系数(NSE)和决定性系数(R^(2))均达到0.6以上,模拟预测结果鲁棒性较好。②不同侵蚀模型的特征反演相互关联程度都达到极显著相关水平。WEPP和SWAT模型间R^(2)为0.96,RUSLE和WEPP模型间R^(2)为0.77,RUSLE和SWAT模型间R^(2)为0.58,分析表明坡面、细沟和河道尺度下的侵蚀物理过程是紧密耦合的。③多模型耦合的水土流失全过程风险评价较单一模型更为全面。通过对土壤侵蚀物理过程的空间耦合,实现流域土壤侵蚀、细沟冲刷和河道沉积等相关侵蚀过程的整体性评价,利于从不同尺度全面反演流域水沙输移的时空动态迁移过程和预测侵蚀风险发生规律。

北方土石山区坡面水土流失特征研究

[目的]揭示北方土石山区坡面水土流失规律,为山区土壤侵蚀防治和生态建设提供科学依据。[方法]利用1988—1991年坡面径流小区观测数据,运用统计和相关分析等方法,对不同下垫面条件下坡面水土流失特征进行了分析,并探讨了坡面径流深度、土壤侵蚀模数、土壤入渗率与有效降雨量、平均降雨强度、降雨历时、降雨等级的关系。[结果](1)在5°08′~24°08′坡度范围内,坡面径流深度随坡度增加逐渐减小,土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡度增加逐渐增大;(2)在2.18~33.19 m坡长范围内,坡面径流深度随坡长增加逐渐减小,土壤侵蚀模数和土壤入渗率随坡长增加呈现先增后减的变化趋势,存在临界坡长;(3)随着植被覆盖度增加,坡面径流深度、土壤侵蚀模数迅速减小,土壤入渗率逐渐增加;裸地的坡面径流深度和土壤侵蚀模数显著高于30%植被覆盖度坡面,但植被覆盖度由30%增加到60%,90%时,坡面水土流失过程的影响差异并不明显,说明在水土流失治理中存在临界植被覆盖度;(4)坡面径流深度、土壤侵蚀模数主要受到有效降雨量和平均降雨强度影响,且均呈显著正相关;而土壤入渗率主要受到平均降雨强度和降雨历时影响,与平均降雨强度呈显著正相关,与降雨历时呈显著负相关;随降雨等级的增加,坡面径流深度和土壤侵蚀模数呈增加趋势而土壤入渗率呈先增加后减少的趋势。[结论]下垫面条件和降雨因素对北方土石山区坡面水土流失过程产生了重要影响。未来应结合室内试验和模型模拟,进一步加强该区域不同自然因素和人类活动对坡面水土流失过程和影响机制的研究。

基于物联网的±800kV电网建设在线监测技术研究

针对在输变电工程环境监管的新形势下,以往的水土保持监测技术存在效率低、误差大等缺点,该文研究了一种输变电工程水土保持在线监测技术,通过数据的无线传输和软、硬件设备的协调配合,实现了土壤侵蚀模量、气象等数据的在线实时获取,以及监测数据的集中分析处理,并成功应用于±800kV特高压输电工程。应用结果表明,该技术的数据采集传输迅速、监测精度高、数据处理分析功能简明实用,可以实现输变电工程环境数据实时监测管理,对输变电工程建设具有一定指导意义。

2000-2018年黄河流域土壤风蚀数据集

“黄河流域生态保护和高质量发展”的国家重大战略地位进一步提升,土壤侵蚀引发的粮食安全与生态安全问题备受关注,评估土壤风蚀时空演变过程对于改善区域生态环境和可持续发展具有重要的科学意义。本数据集包含黄河流域2000-2018年逐年土壤风蚀模数数据集,采用地面调查与修正土壤风蚀方程(RWEQ)相结合的方法,综合考虑土壤风蚀中各影响因子,进行数据本地化,并结合植被因子测度黄河流域土壤风蚀量。数据基于137Cs调查对评估结果进行了验证,结果表明模拟结果与地面调查结果显著相关。本数据可反映黄河流域2000年以来土壤风蚀时空格局,用于区域土地退化动态评估、生态工程措施成效评价等方面。

基于卫星影像的水土流失土壤侵蚀模数研究分析

水土流失是导致河流域土壤退化的主要因素。红层荒漠是中国东南部湿润气候条件下强烈风化作用和水力侵蚀作用形成的一种独特沟壑地貌,其水土流失的治理和保护对红层荒漠的长期可持续发展至关重要。本研究以具有代表性的红层地区某盆地为研究对象,将高分卫星图像应用于RUSLE模型,分析了水土流失治理前后的土壤侵蚀模数。结果显示,降雨侵蚀力因子的计算值范围为2155.78至2962.39MJ·mm·ha^(-1)·ha^(-1)·yr^(-1),2021年和2023年的平均值分别为2216.70和2680.76MJ·mm·ha^(-1)·ha^(-1)·yr^(-1),主要在春季和夏季。研究显示,与2021年相比,2023年的总体降雨侵蚀力更高。整个研究区域的土壤以沙土为主,沙粒占所有地点的50%以上。在红床沙漠中,沙粒所占比例超过85%,表明土壤颗粒之间的内聚能力较低。因此,土壤呈现出颗粒粗、粘性差、结构松散等特点。

黄河中游典型流域侵蚀产沙特征分析研究

黄河中游多沙粗沙区是黄河泥沙的主要来源地,也是黄土高原土壤侵蚀最为强烈的地区。淤地坝拦截的泥沙赋存了大量侵蚀产沙信息,提供了对缺乏资料地区土壤侵蚀研究的可能。选取黄河中游的窟野河流域为研究对象,对淤地坝沉积特性进行分析,研究坝控流域的侵蚀产沙强度及泥沙来源,模拟流域不同时期土壤侵蚀情况。结果表明,流域产沙模数与降雨量显著相关,年产沙量呈下降趋势,主要泥沙来源为裸地。

土壤风蚀影响因子与防治技术

土壤风蚀是当今制约世界各国农业可持续发展和环境质量的主要因素。本文从土壤质地、风速、土壤湿度和植被覆盖等方面介绍了影响土壤风蚀的主要因素,并详细阐述了各个因素与风蚀量之间的数量关系;同时总结出了当前国际上流行的几种能够有效防治风蚀的方法,并且通过比较各种防治方法的优缺点,提出目前解决中国土壤风蚀最可行的途径是保护性耕作为主,其他技术为辅;最后,借鉴西方新制度经济学的观点,分析了目前土壤风蚀防治进展缓慢的原因,并提出了相关的政策性建议。

带田残茬带宽度及高度对土壤风蚀模数影响的风洞试验

为了探究带宽和残茬高度对土壤风蚀模数的影响,利用野外移动式风洞对阴山北麓地区带田土壤风蚀模数进行了原位测试。结果表明:作物残茬带对间作翻耕地具有保护作用,土壤风蚀模数在全部留茬时最小,全部裸露时最大,残茬与耕翻裸露地间作时居中。不同残茬降低风蚀模数程度不同,莜麦茬可以降低48.92%～67.39%,油菜茬可以降低5.22%～34.36%。不同带宽和残茬高度的间作组合,土壤风蚀模数都随风速的增加而增大,呈指数曲线变化规律。在一定风速吹蚀下,残茬带宽从0.5～3.0m变化,土壤风蚀模数随带宽的增加而减小,符合幂函数曲线变化规律;残茬高度从5～25cm变化,土壤风蚀模数随残茬高度增加而线性降低。研究说明减少耕翻和作物留茬是控制风蚀的有效措施。

黄土高原不同林地类型水土保持效益分析

研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区——陕西吴起县退耕还林以来各林地的水土保持效益,对油松沙棘混交林(Pinus tabuliformis+Hippophae rhamnoides)、沙棘林地(Hippophae rhamnoides)、油松林地(Pinus tabuliformis)、达呼里胡枝子+赖草地(Lespedeza davurica+Leymus secalinus)径流小区的产流产沙情况、土壤物理性质(土壤孔隙度和容重)、土壤抗冲性、土壤水分状况进行分析。得出以下结论:(1)不同植被类型的林地土壤抗冲性有明显的差异,相同植被类型的林地抗冲性随坡度的增大而降低;林草植被措施具有极强的提高土壤抗冲性的能力;(2)达呼里胡枝子+赖草地、油松林地的径流量最大,油松沙棘混交林的径流量次之,沙棘林地径流量最小;植被类型相同但坡度不同的林地,坡度大的林地地表径流量高;每种林地的径流量随着降雨强度的增大而增大;(3)侵蚀模数按从小到大的林地顺序是:沙棘纯林、沙棘油松混交林、达呼里胡枝子+赖草、油松林地;在植被类型相同、坡度不同的小区,地表径流量和侵蚀模数随坡度增大而增大。从5个径流小区水土保持效益分析结果看,试验小区保水保土效益油松林地最低,其中沙棘纯林水土保持效益最为显著,说明退耕还林后,林草植被的恢复及土壤物理性质的改良,减少了风力、水力等外营力的破坏,能有效地控制水土流失。

不同土地利用类型水土保持特征研究

在富阳、安吉、平江和沐川连续两年对集约经营型竹林、粗放经营型竹林、天然次生林、针叶林、经济林、农耕地等6种植被类型试验样地进行地表径流和侵蚀产沙观测研究。结果表明：（1）不同土地利用类型／植被类型地表径流差异显著，天然次生林年地表径流量和径流系数最小，其次是针叶林、集约经营型竹林和经济林，粗放经营型竹林年地表径流量、径流系数较大。农耕地年地表径流量、径流系数最大，是天然次生林的3～8倍。（2）不同土地利用类型／植被类型土壤侵蚀模数差异也表现出相似规律。天然次生林土壤侵蚀模数最小，其次是针叶林，粗放经营型竹林、集约经营型竹林和经济林较大。农耕地土壤侵蚀模数最大，是天然次生林的3～9倍。（3）我国东部-西部梯度上不同土地利用类型的水土保持特征差异显著。东部地区的地表径流系数和土壤侵蚀模数均显著低于中西部地区。这与我国东部、西部不同的自然条件、经济社会发展水平和水土保持生态建设现状相关。

土壤含水率及物理性砂粒含量对风蚀模数影响的风洞模拟

为了探究土壤含水率及物理性砂粒含量对土壤风蚀模数的影响,在室内风洞中在5、6、9、12、15和18m/s风速下对不同含水率(0,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%和10%)的7种土壤(物理性砂粒质量分数的分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%)进行了10min吹蚀,在风洞轴线距出口1.2m处放置旋风式集沙仪分别测定垂直方向上10个不同高度的风蚀物收集量(高度分别为20、60、120、180、240、300、400、500、600和700mm),并利用MATLAB7.4.0(R2007)软件采用3次样条插值拟合法对旋风式集沙仪不同高度的风蚀物收集量进行积分,通过换算计算土壤风蚀模数E。结果表明,物理性砂粒质量分数低于40%的土壤在各种水分条件下集沙仪不同高度风蚀物收集量均很小。物理性砂粒质量分数≤20%时,风蚀物收集量在空间上符合指数函数变化规律;20%<物理性砂粒质量分数<40%风蚀物收集量在空间上利用指数函数和幂函数拟合相关性均很好,物理性砂粒质量分数高于40%后,风蚀物收集量在空间上呈现幂函数曲线变化规律。9m/s风速基本上是风蚀物空间动态发生变化的临界点;低于临界风速,风蚀物收集量与高度符合指数曲线变化规律;高于临界风速,二者符合幂函数曲线变化规律。集沙仪不同高度的总输沙量随风速的增加而增大,二者符合指数曲线变化关系。物理性砂粒质量分数低于40%的土壤,不会有风蚀现象发生;当物理性砂粒质量分数大于40%后,土壤容易发生风蚀,而且风蚀程度随物理性砂粒含量的增加而增大,尤其当土壤含水率低于3%时,极易发生风蚀。风速越大土壤风蚀模数越大,风蚀模数与风速按照指数曲线规律进行变化。阴山北麓旱作区冬春季节土壤地表含水率一般维持在3%～4%,土壤的物理性砂粒质量分数基本在50%～80%;单纯从土壤水分和土壤物理性砂粒含量考虑,阴山北麓旱作区大部分地区是沙尘暴的发生源。

南方红壤丘陵区杜仲和油桐人工林水土保持效应的比较

对南方红壤丘陵区杜仲和油桐人工林土壤蓄水功能、径流及泥沙流失特征进行监测,对比研究2种人工林的水土保持效应。结果表明:杜仲人工林林冠枝叶最大持水容量及林地凋落物吸水容量均高于油桐人工林;杜仲林地0～140cm土层年均土壤蓄水量达到239.7mm,高出油桐林地4.1%;2002—2005年油桐人工林年均径流深为75.1mm,是杜仲人工林的2.6倍;油桐林地年均土壤侵蚀模数达到19.6t.km-2,是杜仲林地的2.9倍。杜仲林的土壤物理性质(土壤密度、最大持水量、渗透速率和毛管孔隙度)优于油桐林,其涵养水源的功能强于油桐林;杜仲人工林枝叶繁茂,其密度及盖度均高于油桐林,其控制水土流失的效果比油桐林好。作为水土保持树种,杜仲比油桐具有更好的水土保持效应。

准东地区土壤风蚀影响因子分析与风蚀量估算

为阐明准东地区土壤风蚀现状及影响因子,通过实地采样,结合气象、土地利用数据、DEM、遥感影像,从气候因子、地形因子、土壤因子以及植被盖度4个方面进行分析,利用GIS平台结合WEQ经验模型对各因子叠加计算的土壤风蚀状况进行分级,并对各侵蚀等级进行评价分析。结果表明:气候、土壤及植被盖度共同影响该区域的土壤风蚀状况。受各因子的影响,准东地区风蚀分级状况比较明显,侵蚀强度由南向北呈增强趋势,主要表现为重度侵蚀,占研究区面积的43.02%。该区域平均侵蚀模数为4 470.64t/(km2·a),风蚀量达9 969.53万t。为验证模型的准确性,利用137 Cs示踪法推算的风蚀模数与模型值进行对比,结果表明模型计算值与137 Cs示踪法估算值间的平均相对误差7.78%,证明该模型在研究区具有很好的适用性。

第一次全国水利普查侵蚀模数的批量计算方法——基于CSLE和GIS的土壤水蚀模数计算器设计与应用

为快速有效地完成第一次全国水利普查水土保持情况普查中30 000多个野外调查单元的土壤侵蚀模数计算,采用.NET平台并结合ArcEngine二次开发包,开发了基于中国土壤流失方程(CSLE)的土壤水蚀模数计算器软件。以陕西省安塞县野外调查单元数据为例,应用该软件进行计算并得到了野外调查单元的水蚀模数,将计算结果与手工操作ArcMap计算得到的侵蚀模数进行了比较。结果表明,利用水蚀模数计算器软件计算得到的结果准确可靠,并可极大地提高计算效率。该软件可用于区域水土流失调查水蚀模数的计算。

黄土丘陵沟壑区小流域治理对侵蚀产沙特征的影响

以黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区内治理小流域桥子东沟和未治理小流域桥子西沟为对象,分析降雨、径流、泥沙资料,研究水土保持综合治理对流域侵蚀产沙、水沙关系、次降雨泥沙输移过程的影响。结果表明:水土保持综合治理的桥子东沟的年降雨侵蚀产沙显著低于未治理的桥子西沟。水土保持综合治理降低了径流平均含沙量、输沙率,桥子东沟的径流平均含沙量、输沙率比桥子西沟分别减少40%、80%。水土保持综合治理改变了次降雨径流含沙量和输沙率动态过程。治理初期,桥子东沟的径流含沙量过程都明显高于桥子西沟,桥子东、西沟输沙率在不同时间段有高有低;治理后期,桥子东沟的径流含沙量、输沙率都显著低于桥子西沟。水土保持综合治理影响小流域次降雨水沙关系。

山区土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的影响

本文以福建省山区为例 ,在对福建省水土保持实验站、建瓯市牛坑龙水土保持试验站长期观测、实验资料深入分析对比的基础之上 ,探讨了土地利用 /土地覆被变化对土壤侵蚀的影响规律。分析结果表明 ,土地利用 /土地覆被变化对径流的产生和土壤侵蚀有重要影响 ,植被的覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵蚀模数 ;植被的覆盖度和径流系数呈负线性关系 ,随着覆盖度的增加径流系数逐渐减小 ;植被覆盖度和土壤侵蚀模数为负指数关系 ,随着植被覆盖度的增大 ,土壤侵蚀模数急剧下降。

陕西省丹汉江流域土壤侵蚀经济损失分析

【目的】分析陕西省丹汉江流域土壤侵蚀的经济损失,为水土流失状况评价提供参考。【方法】利用环境经济学的原理,采用市场价值法、机会成本法和影子工程法等,结合最新调查数据,对陕西省丹汉江流域土壤侵蚀造成的经济损失进行估算。【结果】陕西省丹汉江流域每年土壤侵蚀经济损失为112.884亿元。土壤养分流失损失、土壤水分流失损失、土地废弃损失和泥沙滞留、淤积损失分别占96.028%,0.589%,1.528%和1.855%。单位水土流失面积的土壤侵蚀经济损失为42.97万元/km2。各市单位水土流失面积的土壤侵蚀经济损失大小依次为安康市>商洛市>汉中市>宝鸡市>西安市。强度损失的县(区)主要集中在2个区域,即汉江源头的宁强县、略阳县和汉江中游的安康市大部及丹江上游的镇安县、山阳县。【结论】单位水土流失面积的土壤侵蚀经济损失与土壤侵蚀模数之间具有显著相关性,可以作为评价水土流失状况的一个直观、重要的指标。