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1、第34卷 第1期2003年1月 太原理工大学学报JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY Vol.34No.1 Jan.2003土壤侵蚀模型研究的现状与发展趋势李国瑞1,王贵平2,冯九梁2,郑秀清3(1.太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024;2.山西省水利厅,山西太原030001;3.太原理工大学建筑与环境工程学院,山西太原030024)摘 要:综述了土壤侵蚀模型的研究进展,阐述了物理过程模型、动力学模拟模型、因子分析模型各自的建立方法、途径和应用目的,并分析了G
2、IS在土壤侵蚀模型研究中的应用,最后对土壤侵蚀模型研究的发展趋势作了简要的评述。关键词:土壤侵蚀;土壤侵蚀模型;GIS中图分类号:X144 文献标识码:A 在环境问题中,空气和水污染固然十分重要,但发展和计算机技术的日益完善,侵蚀产沙的研究得第一位的问题却是土壤侵蚀,或称水土流失。一方到了迅速的发展,有大量的研究成果问世。特别在进面,水土流失造成了土地退化,直接影响农业生产;入90年代后,遥感(RS)技术和地理信息系统(GIS)另一方面,侵蚀的泥沙淤积水库、塘坝,淤塞河床并的发展和应用,为人们进一步认识自然提供了有
3、力严重影响库容、航运,甚至危及两岸人民生命财产的的工具,模型的研究也开始由集总式向分布式过渡。安全。土壤侵蚀问题对人类的生存和发展构成了严近几十年来,国内外学者通过科学的实践和总重的威胁,并引起了世界各国的关注。所以,1992年结,提出了大量的流域侵蚀产沙模型。根据建立模型联合国在巴西召开的世界环境与发展大会,将它列的方法、途径和应用目的,土壤侵蚀模型大体上分为为大会文件《21世纪议程》的内容之一。3大类:一类是从降雨入手研究的侵蚀产沙过程模要防治水土流失,就必须开展各种保护治理措型,也称物理过程模型;一类是动力学模拟模
4、型;还施。土壤流失量的估算不仅是确定各种措施方案的有一类是因子分析模型,它是基于观测资料,从影响必要依据,也是制定水土保持规划的基础。而土壤侵侵蚀产沙主要因子入手而进行研究的。蚀模型是对土壤侵蚀量进行合理测算的有效途径。11 物理过程模型因此,如何针对某一地区的自然特点合理选用土壤土壤侵蚀过程自成一个完整系统,降雨开始时侵蚀模型进行侵蚀现状的分析,对流域水保规划的首先产生雨滴击溅侵蚀,产流后发生片蚀,随后产生合理制定有着重要的意义。细沟和浅沟侵蚀,并在可能的情况下产生重力侵蚀和潜蚀,当产生暴流后发生沟道侵蚀。这类模型主要
5、1 土壤侵蚀模型的研究进展从机理上阐明侵蚀产沙规律,建立在物理分析和数从19世纪晚期开始的对侵蚀产沙机理的研究,理分析基础之上,以土壤侵蚀过程为试验依据,推导仅限于对表面现象的观察和定性描述,进入20世纪出侵蚀模型,并用大量观测数据加以拟合、修正和检30年代后,有不少学者开始对侵蚀产沙进行定量研验。国内外学者近年来对侵蚀过程进行了大量的细究,并力图对侵蚀做出预报。60年代以后,由于相邻分研究。Nearing建立了物理基础较好的单个雨滴学科的发展、测试方法的改进,以及计算机技术的兴击溅公式[1];Farres研究表明,溅蚀
6、向下坡的搬运量起,侵蚀产沙机理的研究得到了发展,并逐步建立了与前期降雨历时存在很好的相关性[2];蔡强国通过一些物理意义明确的能模拟侵蚀与产沙物理过程的数学模型。进入80年代以后,随着科学技术的迅猛模拟降雨试验结果表明,雨滴直径和雨强是影响溅蚀分散量的重要因素;并采用试验方法定量研究了 作者简介:李国瑞(1970-),女,山西平遥人,讲师,主要从事环境与安全工程研究。 文章编号:100729432(2003)0120099203Ξ.Ξ收稿日期:2002206226100溅蚀的侵蚀规律[3]。太原理工大学学报
7、 第34卷 程的描述较为困难。因此,如何使动力学模拟模型更细沟侵蚀和细沟间侵蚀在流域侵蚀产沙中占有重要地位。近十多年来,许多研究者从不同角度对细沟发生的临界条件及其侵蚀过程进行了大量的研究。通过研究细沟发生的临界及其发育过程,Merritt(1984)依据室内试验资料将细沟发育分为四个阶段:片流,线形水流发育,隐细沟和有沟头侵蚀的细沟[3];王贵平等(1991)以野外模拟降雨试验为基础,对细沟间侵蚀与降雨能量间的关系,坡度、植被、地表结皮等对细沟间侵蚀量的影响进行了研究,并提出了计算坡面次降
8、雨细沟间侵蚀量和细沟侵蚀量的预报模型[4]。学者们对于细沟侵蚀和细沟间侵蚀的重要性的看法是相一致的:在流域侵蚀产沙过程中由于细沟产生后,侵蚀量明显增大,是坡面侵蚀过程的主体。郑粉莉认为,降雨动能对坡面侵蚀产沙量产生显著影响,实验表明,通过消除降雨动能可减少细沟侵蚀和细沟间侵蚀的13到23[5]。此外,许多学者还对洞穴
