基于gis和usle的東圳庫區(qū)土壤侵蝕量預(yù)測研究

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1、基于GIS和USLE的東圳庫區(qū)土壤侵蝕量預(yù)測研究1　引言目前,許多發(fā)達(dá)國家已證實(shí)非點(diǎn)源污染是導(dǎo)致水污染的主要原因之一。泥沙是營養(yǎng)物遷移的重要載體,也是一種污染物,因此,土壤侵蝕預(yù)測研究可為土壤侵蝕和非點(diǎn)源污染控制提供科學(xué)依據(jù)。在已建立的侵蝕預(yù)報(bào)模型中,經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透采w范圍較廣,此類模型是根據(jù)實(shí)際資料通過統(tǒng)計(jì)分析建立起來的,結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,在制定公式時所采用的資料范圍內(nèi)有足夠的計(jì)算精度;物理模型,如WEPP(WaterErosionPredictionPro-ject)、KINEROS(KineticErosionSimulationMod-el)、LISEM(t

2、heLimburgSoilErosionModel)、EU-ROSEM(theEuropeanSoilErosionModel)等[1],具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ),外延精度較高,并可以模擬侵蝕產(chǎn)沙的時空變化,但應(yīng)用區(qū)域空間尺度小,且應(yīng)用到不同地區(qū)進(jìn)行侵蝕產(chǎn)沙預(yù)報(bào)時需要大量的數(shù)據(jù)來調(diào)整模型參數(shù)。因此,經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿匀皇怯糜谟?jì)算土壤侵蝕量的主要方法,特別是對于大范圍區(qū)域的研究,但需要不斷地改進(jìn)提高,盡量地反映侵蝕產(chǎn)沙的基本過程[2,3]。GIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能,可根據(jù)下墊面情況將區(qū)域離散化為不同的單元[4],將GIS與土壤侵蝕模型相結(jié)合,可計(jì)算區(qū)域內(nèi)不同單元的

3、土壤侵蝕量,體現(xiàn)土壤侵蝕空間異質(zhì)性[5],便于管理者有針對性地進(jìn)行水土流失治理,利于提高水土保持措施空間布置的合理性。本研究以實(shí)現(xiàn)東圳庫區(qū)土壤侵蝕分布式模擬,探討區(qū)域土壤侵蝕空間變異,標(biāo)識庫區(qū)內(nèi)土壤侵蝕嚴(yán)重區(qū)域,為庫區(qū)水土流失治理及非點(diǎn)源污染控制提供定量依據(jù)。2　東圳庫區(qū)數(shù)據(jù)的分析與處理2·1　庫區(qū)地理背景分析東圳水庫位于福建省木蘭溪支流的延壽溪中游地帶,地處東經(jīng)118°44′44″~118°59′30″,北緯25°24′22″~25°35′44″,庫區(qū)總面積約321km2,屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,多年平均降雨量1446mm,降雨量沿著延壽溪隨海拔高度升高而自東

4、南向西遞增,降雨分布不均,集中在3~9月。庫區(qū)內(nèi)土壤主要為紅壤或紅壤類型,土層較薄,呈均勻紅色,表層有很薄的黃灰色腐植質(zhì)層,結(jié)構(gòu)疏松,植被一旦破壞,容易引起水土流失。庫區(qū)森林覆蓋率約60%,以天然次生林為主,優(yōu)勢樹種為馬尾松,其次為濕地松,郁閉度不高。20世紀(jì)90年代后大面積的開山種果,人工經(jīng)濟(jì)林面積明顯擴(kuò)大,其中海拔在300m以下的山區(qū)溝谷和低平地帶,主要生長著馬尾松、杉木等次生林和枇杷、龍眼、橄欖等南亞熱帶果樹,形成優(yōu)勢樹種;海拔300m以上,主要分布著常綠闊葉林,林下生長芒萁骨、百芒和小雜灌等,林相結(jié)構(gòu)較完好。近幾年來,庫區(qū)內(nèi)山地開發(fā)規(guī)模大,缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃

5、和管理,有些果園距離水庫水面僅1m左右。論文中的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為柵格數(shù)據(jù),同時也涉及到矢量數(shù)據(jù)的處理及與柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換,本研究主要采用了ESRI公司的ARC/INFO8·0軟件、Mapinfo7·0軟件以及PCIGeomatica9·0軟件作為工作平臺。2·2　庫區(qū)的數(shù)據(jù)處理(1)圖層數(shù)據(jù)的處理研究采用1954北京坐標(biāo)系和高斯-克呂格投影,主要考慮該坐標(biāo)投影系統(tǒng)是我國應(yīng)用最為廣泛的大地測量坐標(biāo)投影系統(tǒng);圖件資料主要是采用高斯-克呂格等角投影,適于東圳庫區(qū)所處的緯度較低,方形流域特征。研究區(qū)域面積較小,獲取的地圖的比例尺多為1∶10000和1∶5000,本文采用

6、3°帶投影系統(tǒng),若原圖不屬于此投影系統(tǒng),通過GIS投影轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)。地形信息源為20幅1∶10000的地形圖,其掃描后,在Geoway數(shù)據(jù)加工平臺上糾正、拼接、糾錯,生成等高線矢量圖,在ARC/INFO系統(tǒng)中,生成柵格單元為10×10m的東圳庫區(qū)數(shù)字高程模型。土地利用類型信息源主要是具有較高幾何精度的法國國家航天研究中心的SPOT-5遙感數(shù)據(jù)和大比例尺土地利用現(xiàn)狀圖。通過圖像區(qū)域切割、圖像空間配準(zhǔn)及重采樣,最后結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖提取土地利用信息。確定研究區(qū)的土地利用類型為耕地,林地,水域,城鄉(xiāng)、工礦、居民用地,未利用土地五個一級類,14個二級分類。土壤信息源是第

7、二次土壤普查資料以及1∶5000的東圳庫區(qū)農(nóng)業(yè)土壤普查圖件及文本說明。圖壤類型圖層的處理類似于地形圖的處理,將庫區(qū)分幅土壤類型圖進(jìn)行掃描、定義坐標(biāo)投影系統(tǒng)、圖層合并、矢量化,最后用流域邊界線進(jìn)行切割,得到研究區(qū)矢量土壤類型圖。研究區(qū)內(nèi)有11個亞類、21個土屬、31個土種。(2)屬性數(shù)據(jù)的處理屬性數(shù)據(jù)包括土壤屬性數(shù)據(jù)、降雨資料、耕作管理措施調(diào)查、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、水庫水文資料等。土壤屬性數(shù)據(jù)分為土壤物理屬性數(shù)據(jù)和化學(xué)屬性數(shù)據(jù)兩大類,前者主要是土壤的顆粒組成、土層厚度、浸透性等,后者主要包括土壤有機(jī)質(zhì)含量等。降雨資料包括庫區(qū)多年平均月降雨量,逐年年降雨量以及最大月、

8、日降雨量,2003年日降