基于LSTM模型预测不同水保工程措施条件下土壤侵蚀量——以辽西北地区为例

[目的]准确模拟和预测不同水保工程措施下土壤侵蚀量,为辽西北地区精准预测土壤侵蚀量提供技术和理论依据。[方法]基于野外径流小区2011—2021年的监测数据,包括:最大30 min和60 min降雨强度(I 30和I 60)、降雨历时(T)、降雨量(P)和土壤侵蚀量,建立了长短期记忆神经网络(LSTM)分别对3种工程措施(水平槽、果树台田和梯田)下的土壤侵蚀量进行预测。并将LSTM预测结果与3个经典机器学习模型〔反向传播神经网络(BP)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM)〕预测的结果进行对比。[结果]①在3种工程措施中,I 30,I 60,T和P对土壤侵蚀量的影响程度不同,但I 30,I 60和T对土壤侵蚀量的影响大于P。②利用BP模型预测土壤侵蚀量的相对均方根误差(NRMSE)均大于0.2。③相比于RF和SVM模型,LSTM模型在3种工程措施下(水平槽、果树台和梯田)预测土壤侵蚀量的NRMSE分别降低了约0.04~0.08,0.02~0.08,0.05~0.08。④利用I 30和T作为LSTM模型的输入特征预测土壤侵蚀量的精度与使用I 30,I 60,T和P为输入特征时的预测精度相近。[结论]在辽西北地区3种水保工程措施中,利用LSTM模型基于最大30 min雨强和降雨历时对土壤侵蚀量进行预测,取得了较其他传统模型高的预测精度。这说明LSTM模型可在同类地区土壤侵蚀量的精准模拟和确定水土保持措施中推广和应用。

基于GIS和RUSLE的土壤侵蚀量计算——以贵州省猫跳河流域为例

为了解西南喀斯特山区土壤侵蚀空间分布特征,该文以贵州省猫跳河流域为研究区,在GIS技术支撑下,应用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)估算了研究区2002年现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量,得到了研究区现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量的空间分布特征,计算了各种土地利用类型的土壤保持能力,并对研究区土壤侵蚀防治措施进行了探讨.结果表明,研究区年均现实土壤侵蚀模数为28.70t(hm2·a),年均土壤流失量875.65×104ta,年均土壤保持量25095.73×104ta.旱地的土壤保持能力最小,研究区进行水土流失防治除对25°以上的旱地实行退耕还林、裸岩荒地植树造林外,还应加强对6°～25°的旱地进行治理如坡改梯等.

基于USLE的北黄岭河小流域土壤侵蚀量估算

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/(km^(2)·a),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。

应用USLE模型与地理信息系统IDRISI预测小流域土壤侵蚀量的研究

依据实地调查资料 ,建立了典型小流域地理数据库 ;应用径流小区观测结果 ,确定了定量计算通用土壤流失方程 USL E因子指标的方法。在地理信息系统 IDRISI支持下 ,根据USLE土壤侵蚀预测模型对数据库实施运算操作 ,预测了小流域土壤侵蚀量。结果表明 ,占流域面积 6 7%的区域土壤侵蚀微弱或轻度 ,这一区域对流域土壤侵蚀量的贡献率仅为 3% ,而流域 80 %的泥沙来自于占流域面积仅 2 0

应用ARC/INFO预测芋子沟小流域土壤侵蚀量的研究

依据实地调查资料及相关图形资料 ,建立了芋子沟小流域地理数据库。在地理信息系统 ARC/ INFO支持下 ,根据通用土壤流失方程式 ( USL E)对数据库实施运算操作 ,预测了芋子沟小流域土壤侵蚀量。结果表明 ,芋子沟小流域年平均输沙模数为 3 893 .3 8t/ km2 ,侵蚀强度属中度 ;占流域面积 2 9.4 8%的坡耕地产沙量占流域总产沙量的 81.98% ,占流域面积 69.5 2 %的其它地类对流域土壤侵蚀量的贡献率仅为 18.0 2 % ,坡耕地年均土壤侵蚀量为 10 82 6.5 4 t/ km2 ,属于极强度侵蚀。坡耕地是芋子沟小流域水土流失的策源地 ,小流域水土流失治理的关键是实现流域内坡耕地的合理利用。

基于GIS和USLE的九龙江流域土壤侵蚀量预测研究

探讨了GIS和USLE相结合预测南方中等尺度流域土壤侵蚀量、标识流域土壤侵蚀严重区域。运用GIS建立九龙江流域基础地理数据库,利用ARC/INFO的栅格数据空间分析功能,根据USLE土壤侵蚀预测模型对数据库进行图形运算,预测了九龙江流域的土壤侵蚀量。结果表明,流域的年均侵蚀模数为2 730.3 t/km^2,侵蚀强度属中度。占流域面积85.72％的区域土壤侵蚀强度在中度以下。这一区域对流域土壤侵蚀量的贡献率为58.26％,而流域41.74％的侵蚀泥沙来自于占流域面积14.28％的强度以上侵蚀区域。在流域侵蚀强度的空间分布上,8个子流域属中度侵蚀区,其中船场溪、花山溪和雁石溪三个子流域侵蚀强度较大;6个子流域属轻度侵蚀区,其中漳州平原的龙海和浦南两子流域侵蚀强度最弱。

中国南方红壤丘陵区土壤侵蚀量与泥沙输移比研究

依据＂层次类剔法＂的研究思路,估算了赣江各水文站控制流域的年均侵蚀量与泥沙输移比。结果表明,赣江流域年均侵蚀量1923.0万t/a,平均侵蚀模数237.6t/km^2·a;流域内中、低山地貌类型区泥沙输移比大于0.9,丘陵和平原区介于0.5-0.9之间,流域平均为0.54;且土壤侵蚀强度和泥沙输移比分别与流域面积没有规律性的趋势性关系。

基于遥感技术的三峡库区土壤侵蚀量评估及影响因子分析

基于遥感和地理信息系统技术,利用修正通用土壤流失方程对三峡库区的土壤侵蚀进行定量评估,并进一步分别利用MOD IS、TRMM遥感数据对其变化影响的主要因子植被覆盖和降雨侵蚀力变化进行了分析。结果表明:2005年土壤侵蚀总量为11 979.19×104t,平均土壤侵蚀模数为2 087 t/(km2.a),与2000年土壤侵蚀模数2 381 t/(km2.a)相比,减少了294 t/(km2.a)。库区东部长江两岸大部分地区植被出现增长趋势,位于研究区边缘附近植被变化不明显;库区降雨侵蚀力总体呈增加趋势,同时降雨侵蚀力年际变化存在较明显的空间差异性。

长江上游^(137)Cs法土壤侵蚀量研究

长江上游地区侵蚀泥沙径流观测资料较少,难以确定不同类型土地侵蚀量。本文利用137Cs示踪法测定了长江上游不同土地类型土壤侵蚀量,农耕地土壤侵蚀量介于758～9854t/(km2·a),非农耕地土壤侵蚀量介于310～4435t/(km2·a),紫色土裸坡侵蚀量高达12444t/(km2·a)。

基于RS和GIS的土壤侵蚀量预测应用研究

运用RS、GIS和USLE集成技术,对秦皇岛市土壤侵蚀量进行了定量试验研究。对各相关因子值进行科学的确定,利用ARC/INFO的栅格数据空间分析功能,提取了各因子图,预测了秦皇岛市的土壤侵蚀量。结果表明:秦皇岛市侵蚀总量为每年1 162.139 0万t,平均侵蚀模数为每年1 494.07 t/km2。占区域面积21.19%的土壤侵蚀强度在中度或中度以上,该区域对土壤侵蚀量的贡献率为71.26%。林地和草地的侵蚀量占侵蚀总量的82.37%和9.29%,土壤侵蚀主要发生在北部山区的林地。实践证明,利用RS、GIS和USLE技术进行土壤侵蚀监测与预测是可行的和高效的。

基于GIS的流域土壤侵蚀量估算指标模型方法——以嘉陵江上游西汉水流域为例

在分析土壤侵蚀形成的各主要影响因子的基础上 ,提出了基于栅格地理信息系统的流域土壤侵蚀量估算的指标模型。结合嘉陵江上游西汉水流域具体情况 ,以降雨、地形、沟谷密度、植被盖度、成土母质等为主要指标 ,对流域土壤侵蚀量进行了估算 。

南方不同类型土壤侵蚀量与降雨各因子的关系研究

根据江西省鹰潭市红壤生态实验站自建气象站1997—2003年度观测资料和该站装填我国南方主要类型土壤的侵蚀小区土壤流失量实测数据,对降雨各因子与南方不同类型土壤侵蚀量的关系进行了分析。结果表明,在径流和雨强因子下,各土壤因子关系可用乘冥函数进行拟合;而在侵蚀性降雨量因子下,各土壤因子关系可用三次函数进行拟合。但由于土壤类型和同一土壤的原始利用方式不同,各土壤侵蚀量与不同降雨因子的回归方程式差异很大。

不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应

研究不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应 ,以便为退耕还林及坡耕地水保措施提供依据。根据上舍河小流域 2 0 0 0年 5 5场有效降雨资料 ,对不同土地利用类型 (坡耕地、杉木林地 )次降雨地表径流量、径流侵蚀模数与坡度、降雨量、降雨强度、植被盖度等影响因子进行相关分析。结果表明 :坡耕地、杉木林地的次降雨地表径流量、地表径流侵蚀模数与坡度、降雨量、降雨强度、植被盖度等相关显著。在一定坡度范围内 ,坡耕地的次降雨地表径流量和径流侵蚀模数 ,随着坡度的增大而增加 ,而杉木林分的次降雨地表径流量和径流侵蚀模数 ,随着坡度的增加而降低。

不确定性信息下流域土壤侵蚀量计算

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。

基于GIS和USLE的下庄小流域土壤侵蚀量预测研究

将地理信息系统Geographical Information System(GIS)与通用土壤流失方程Universal Soil Loss Equation(USLE)相结合进行流域土壤侵蚀量的预测和估算.以福建省九龙江典型小流域下庄为研究区域,在桌面GIS软件MapInfo和ArcView的支持下,建立流域的空间数据库,利用GIS的栅格数据空间分析功能,将小流域空间离散化为10 m×10 m的栅格,根据合适的USLE因子算法生成各因子栅格图,借助GIS图形运算,实现了下庄小流域的土壤侵蚀量估算和土壤侵蚀关键源区的标识,进一步利用GIS和USLE结合对小流域进行土壤侵蚀控制措施的模拟,为下庄小流域土地利用和水土保持提供科学依据.研究结果表明,下庄小流域的平均土壤侵蚀模数为2 541.66 t/km2.a,土壤侵蚀强度属中度,强度侵蚀以上区域占流域面积的11.17%.在模拟实施控制管理措施后,小流域土壤侵蚀模数降为1 570.89 t/km2.a,土壤侵蚀强度属轻度,强度侵蚀以上区域降为3.75%.

基于地类、坡度与植被的小流域土壤侵蚀量估算方法——以毕节市毛家湾小流域为例

简化土壤侵蚀预报方法具有重要的现实意义。调查了贵州省毕节市毛家湾小流域的土地利用类型、地面坡度和植被盖度3个可以简便获取的指标,估算了小流域土壤侵蚀量,并介绍了基于地类、坡度与植被估算小流域土壤侵蚀量的简便方法。同时,还提出了对《土壤侵蚀分类分级标准》中西南喀斯特地区水力侵蚀强度分级标准进行修订的建议。另外,还指出了由于目测估算植被盖度的误差较大,需要开发更为精准且简便的方法测量植被盖度。

小流域土壤侵蚀量预报方程

在防止土壤侵蚀的生产实践中,以小流域为一自然单元,开展综合治理,已逐渐证实是一条正确的途径。因此,首先需要探求较能切实地反映小流域土壤侵蚀状况的指标。我们认为小流域的平均年土壤侵蚀量是反映流域内土壤侵蚀状况的一个主要指标,也是水土流失地区流域规划、综合治理效益、水库设计、打坝淤地等的重要依据。这个指标能较准确地反映小流域内地形、地貌、土壤、植被和人类经营活动等对土壤侵蚀作用的综合影响。随着某些影响因子的变化,土壤侵蚀量也将随着变化。在土壤侵蚀规律的研究中,用数学模型予报小流域土壤侵蚀量是本文所要探讨的问题。

我国主要江河流域土壤侵蚀量测算

为了对我国土壤侵蚀进行评估,需要测算多年平均侵蚀量。在前人研究的基础上,收集主要江河泥沙测验资料和水土保持研究资料,采用河流泥沙输移比法和水土保持法,测算出我国黄河、长江等9大江河流域多年平均侵蚀量为53.10亿t,并与相关资料进行对比;讨论流域分区的泥沙输移比差异。结果表明:侵蚀总量以长江流域最大,黄河流域次之,淮河、珠江、辽河、松花江流域依次居后,闽江和钱塘江流域最少。

基于GIS和USLE的东圳库区土壤侵蚀量预测研究

运用GIS、遥感技术与USLE模型相结合预测东圳库区流域土壤侵蚀量,利用GIS平台建立东圳库区基础地理数据库,以10×10m为栅格单元对库区进行离散化,在GIS空间分析功能支持下,结合USLE土壤侵蚀预测模型,根据合适的USLE因子算法生成栅格图层,通过图层运算,预测了东圳库区土壤侵蚀量,进而标识库区土壤侵蚀严重区域,为库区非点源污染控制及水土流失治理提供定量依据,并通过建立实用的泥沙输移比模型结合水文监测数据,对预测结果进行验证。根据USLE方程,采用改进后的SDR方程,预测的渡里流域年输沙量与流域实际监测得到的年输沙量仅相差14.08%,说明本文采用USLE方程模拟流域土壤侵蚀结果可信,可定量评价、拟定水土保持措施方案。

洛川塬区晚中更新世以来沟谷发育与土壤侵蚀量变化初探

洛川塬区土壤侵蚀变化表现出不同的侵蚀期,土壤侵蚀过程就是沟谷的发育过程。通过分析洛川塬区晚中更新世以来洛河阶地和沟谷黄土、古土壤记录的古地貌形态得出,560～460kaB.P.的第一侵蚀期洛河一级支流开始广泛形成;洛河较大的二级支流形成于250～200kaB.P.的第二侵蚀期;140～95kaB.P.的第三侵蚀期洛河形成了三级支流;洛川塬区众多的冲沟主要是全新世(10～0kaB.P.)以来形成的。分析了洛川塬区不同侵蚀期形成的沟谷地貌形态。以黑木沟为例,具体分析了黑木沟的发育过程和土壤侵蚀量变化。