流域土壤保持及GIS实现

news2024/9/23 7:30:46

流域土壤保持及GIS实现

流域水土过程模拟与生态调控

土壤保持模拟

土壤侵蚀不仅会引起耕地生产力下降、河床抬升、泥沙淤积阻塞河道等生态环境问题，也会对人们正常的生产生活产生威胁。生态系统的土壤保持量（吨/公顷/年），是土壤潜在侵蚀量与实际侵蚀量的差值。其中，土壤潜在侵蚀量是由通用土壤流失方程（USLE）计算得出。其具体公式如下：

式中USLEi表示栅格i的土壤实际侵蚀量，Ri是栅格i 的降雨侵蚀力因子，Ki为栅格i的土壤可蚀性因子，LSi是坡度坡长因子。Ci为栅格i 的植被管理因子，Pi为栅格i的土壤保持侵蚀因子。

GIS技术应用

在土壤保持模拟中，有大量空间对象的属性数据和空间图形，需要形象直观的描述和表达。地理信息系统（GIS）正是能把数据管理和图形管理有机结合起来的信息技术，对这些信息的表现具有极大的优越性。在土壤保持模拟中用到的主要数据包括：

（1）DEM数据：DEM数据主要用来提取流域范围和确定LS因子，一般以栅格的方式呈现，需要用到GIS的拼接、裁剪、投影、水文分析及栅格计算等功能。

（2）降雨数据：降雨数据用来确定R因子，一般以点数据的方式呈现，需要用到GIS的数据导入、投影、空间插值等功能。

（3）土壤数据：土壤数据用来确定K因子，一般以矢量或栅格的方式呈现，需要用到GIS的拼接、裁剪、投影、属性编辑及栅格计算等功能。

（4）土地数据：土地数据用来确定P因子，一般以矢量或栅格的方式呈现，需要用到GIS的拼接、裁剪、投影、属性编辑及条件分析等功能。

（5）遥感影像：遥感影像用来确定C因子，一般以栅格的方式呈现，需要用到GIS的拼接、裁剪、投影、栅格计算及条件分析等功能。

InVEST模型

土壤保持可以在InVEST模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）中运行。InVEST模型是美国自然资本项目组开发的、用于评估生态系统服务功能量及其经济价值、支持生态系统管理和决策的一套模型系统。土壤保持的计算在InVEST的SDR（Sediment Delivery Ration）模块中实现。目前最新版本的模型可以脱离ArcGIS实现单独的模块运行，但是其所需要的数据还需预先在ArcGIS中进行处理。

基于ArcGIS的土壤保持模型软件

基于土壤保持模拟原理，课题组开发了基于ArcGIS的土壤保持模型软件，可以直接输入DEM数据、控制点数据、降雨数据、土壤数据、土地数据及遥感数据等，快速确定流域范围及流域范围内影响土壤保持的降雨侵蚀因子R、土壤可蚀性因子K、坡度因子S、坡长因子L、植被覆盖与管理因子Ｃ和土壤保持措施因子P，最后可以输出流域范围内的土壤侵蚀量USLE、土壤潜在侵蚀量RKLS和土壤保持量SC。