毕业论文-基于USLE模型的泸山风景区土壤侵蚀敏感性评价.doc

西昌学院毕业论文 基于USLE模型的泸山风景区水土流失生态敏感性评价毕 业 论 文题 目：基于USLE模型的泸山风景区土壤侵蚀敏感性评价学 院：农业科学学院专 业：资源环境与城乡规划管理学生姓名：学 号：1012060070年级：2010级指导教师：完成时间：2014年基于USLE模型的泸山风景区土壤侵蚀敏感性评价作者： 摘 要：以四川省西昌市泸山风景区为研究对象，选择景区内水土流失区域，以通用USLE模型为基础，选择降雨侵蚀力(R)、土壤可蚀性(K)、地形起伏度(LS)和植被覆盖(C)4个自然因子作为土壤侵蚀敏感性的评价指标，根据泸山风景区的自然环境特征，制定评价指标的分级标准，对研究区的土壤侵蚀敏感性的影响因子的逐一分级评价、综合评价和USLE模型值估算，对泸山水土流失区进行土壤侵蚀敏感区域划分和土壤侵蚀量估算。并针对研究区土壤侵蚀产生的原因，提出水土保持的建议。结果表明：研究区土壤侵蚀敏感性主要以中度和高度敏感为主，轻敏感所占比例较小。从空间分布上来看，极敏感区集中分布于观景台区域；较敏感区主要分布在干海子1区域；敏感区集中分布于干海子2区。关键词：USLE 生态敏感性 土壤侵蚀模数 水土流失 泸山风景区0 引言生态环境敏感性指在自然状况下生态系统某一生态过程潜在的活动强度，用于标明其对人类活动反应的敏感程度，说明产生生态失衡与生态环境问题的可能性大小。土壤侵蚀敏感性评价是其中一个很重要的内容。土壤侵蚀敏感性是指在自然状况下土壤发生侵蚀可能性的大小，它是评价生态系统对人类活动影响的敏感程度的指标，土壤侵蚀敏感性评价是根据区域土壤侵蚀的形成机制，分析其区域分异规律，明确可能发生的土壤侵蚀类型、范围与可能程度，开展水土流失敏感性评价，可为编制生态环境保护与建设规划、维护区域生态安全、促进社会经济可持续发展提供科学依据。泸山位于青藏高原横断山区东缘，海拔2317米，是四川省十大风景名胜区之一，是凉山州的旅游支柱。同时是西昌的后花园，是西昌舒适宜人气候的调节器，是西昌市民优质生活的自然宝贵资源。然而由于地处云贵高原，地质结构复杂，生态环境状况较脆弱，水土流失是较为严重的生态环境问题。（模型历史）目前，国内外对土壤侵蚀敏感性评价有多种方法，不同地区采用的方法差异较大，尚未出现应用范围较广、适用性较强的评价模型，加上对土壤侵蚀敏感性等级的界定没有统一的标准，因此对影响土壤侵蚀敏感性的各单因子评价也未能完全做到定量化。鉴于此，本文以泸山风景区水土流失区域为研究对象，结合通用土壤流失方程(USLE)及研究区自然环境特征，选取合适的土壤侵蚀影响因子及计算模型，建立研究区土壤侵蚀敏感性评价指标体系，完成了对研究区土壤侵蚀敏感性有较大影响的单因子及多因子综合评价，得到了研究区土壤侵蚀敏感性的数量特征及空间分布特征。为取得研究所需相关数据，于2014/5/29针对研究区各个区域的面积、坡长坡度、植被覆盖、土壤情况等进行了实地调查，得到相关调查数据。1 研究区概况 泸山位于东经10218，北纬2753，呈北西-南东向展布, 南东端接螺髻山尾脉, 北西端及西坡插入安宁河谷平原, 北东坡与邛海紧连, 北陡南缓, 山域面积29km2, 主峰沙帽顶海拔高程2317m, 与邛海水面相对高差808m。泸山由侏罗系、白垩系红色砂岩、泥岩互层组成,总面积46平方公里，现有森林面积2万余亩，泸山景区是西昌市南部一天然生态屏障，森林覆盖率55.8%。由于受印度洋西南暖流的影响，属亚热带高原季风气候区，光、热资源较充足，冬暖夏凉，四季如春，雨量充沛集中，干、雨季分明，5-10月为这里的雨季，降水量占全年的93%，年平均降水量为1013mm，据统计日最大降水量可达183.5mm。泸山与邛海一起被誉为“川南胜景”，是四川省著名的风景区。2 研究过程21 评价方法的选择目前，有关区域土壤侵蚀敏感性的研究，主要采用地理信息系统（GIS）技术Arc/ Info 与通用土壤流失方程( USLE) 相结合进行区域土壤侵蚀量的预测和估算，该方法运用GIS的栅格数据空间分析功能与合适的USLE因子算法，可预测出每个栅格的土壤侵蚀量，进而对区域内土壤侵蚀强度空间分异和区域内侵蚀量进行统计分析。然而，鉴于本文主要目的在于对泸山水土流失区域土壤侵蚀的现状进行调查与评价且调查区域已选取确定，再考虑技术上的限制和调研区域的实际情况，本文未使用GIS技术而是创新性地采用土壤侵蚀敏感性影响因子的逐一分级评价、综合评价且与合适的USLE因子算法相结合的方式进行研究区内土壤侵蚀敏感区域划分和土壤侵蚀量估算。本文采用的通用土壤侵蚀方程（USLE）形式简单，参数容易获取，且各因子具有明显的物理解释意义，是目前应用广泛的土壤侵蚀模型之一，在1958年由Smith和Wischemier提出。该模型主要考虑了在自然状况下对区域土壤侵蚀敏感性影响较大的降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度和坡长、植被覆盖4个因子，模型基本形式如下： （1）式中：为单位面积上年平均土壤流失量（/）；为降雨侵蚀力因子（）；为土壤可蚀性因子（）；为坡长因子；为坡度因子；为植被覆盖因子；为土壤保持措施因子。土壤侵蚀敏感性评价是在不考虑人为因素影响的前提下对容易产生土壤侵蚀的区域进行判别，水土保持措施因子（）是与人类活动密切相关的因子，与生态系统的自然敏感性关系不大，因此在本文中暂不考虑。2.2 敏感性评价分级标准在参照国内专家对土壤侵蚀敏感性评价的研究成果的基础上，根据泸山风景区的自然环境特征，确定各因子等级标准及其权重，见表1：表1 土壤侵蚀敏感性评价因子和分级标准及权重分级不敏感轻度敏感中度敏感高度敏感极敏感权重R值25251001003003005005000.35K值石砾、沙粗砂土、细砂土、黏土面砂土、壤土砂壤土、粉黏土、黏壤土砂粉土、粉土0.25LS值202050501501503003000.15C值水域、水田、沼泽地、城乡居民点和工矿用地林地草地旱地未利用地（沼泽地除外）0.25分级赋值13579_分级标准13.53.54.54.55.55.56.56.59-2.3 数据来源及整理 本次调查分别于2012年11月21日和2012年12月15日共两天进行。调查路线是沿泸山登山小路，选取水土流失发生或潜在发生区域的代表性区域作为具体的调查点，由于实际调查区域范围不易表示，因此以该区域的知名景点来代表。共确定六个区域分别为：光福寺1、2，财神殿，干海子1、2，观景台。主要采用的调研方法为利用GPS等工具进行实地测量、实地取样、实验分析、文献资料法等。实地调查内容主要包括研究区面积、海拔、坡度坡长、土壤、植被等。具体调查数据整理见表2：表2 泸山水土流失区域调查数据 地点面积（）海拔（m）经度纬度坡度()坡长(m)土壤质地土壤类型光福寺13001629E10215.859N2750.042 8022.3砂土中壤偏重 紫色土财神殿21031832E10215.857N2749.954 6535砂土重壤紫色土干海子167802054E10215.651N2749.907 50100砂土重壤到轻黏紫色土干海子2 7692050E10215.813N2749.597 4550砂土重壤到轻黏紫色土观景台104722253E10215.598N2749.567 55436.6砂土轻壤到中壤紫色土光福寺250016823022.3砂土中壤偏重紫色土经过对研究区进行土样采集和实验分析，结果表明几乎所有土壤均属于紫色土壤，因此确定各个区域土壤类型均为紫色土。此次调查选取的6个水土流失易发生区域，总面积为20924。2.4 单因子敏感性评价考虑在自然状况下对土壤侵蚀敏感性影响较大的是降雨、土壤质地、地形起伏度和植被覆盖情况4个因素，因此选取USLE模型中的R、K、LS、C共4个敏感因子，采用表l所列等级标准分别进行研究区土壤侵蚀敏感性评价。2.4.1 降雨侵蚀力因子（R）降雨是引起土壤侵蚀最重要的因子，它主要是由雨滴降落时所具有的动能对土粒产生冲击而引发的土壤冲蚀。与土壤侵蚀关系比较密切的降雨特征参数较多，包括：降雨量、降雨强度、降雨历时、瞬时雨率以及降雨雨型等。实际工作中一般采用综合的参数R值降雨侵蚀力来反映降雨对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力因子R是评价降雨引起土壤分离和搬运的潜在动力指标。在实际研究过程中，由于降雨特征和地理位置等因素不同，不同地区的R值最佳计算组合是有差异的。本文R值计算采用福建农林大学和福建水土保持实验站【】提出的计算公式: （2）式中: 为全年平均降雨侵蚀力，单位为J.cm/（.h）；为年平均降雨量，单位为。由于缺乏各年份的月降雨量数据，本文采用本地多年平均降雨量代替月降雨量，计算多年平均降雨侵蚀力，即将以上公式修改如下: （3）式中: 为多年平均降雨侵蚀力；为多年平均降雨量。由于研究区范围较小，根据资料统一确定该地的多年平均降雨量（）为1013.02/年。按以上公式计算得R =167.67 J.cm/（.h），介于100300。然后根据表1的分级标准，得到研究区在降雨侵蚀力因子的影响下，土壤侵蚀敏感性属于中度敏感，分级赋值为5，分级标准为56。2.4.2 土壤可蚀性因子（K）土壤是水土流失发生的主体，是被侵蚀的对象。土壤质地对风化过程、风化产物、土壤类型及其抗侵蚀能力都有着重要的影响。土壤可蚀性因子K值即单位降雨侵蚀力在一定区域内所造成的土壤流失量，反映了在其他影响侵蚀的因子不变时，不同类型土壤所具有的不同的侵蚀速度，其数值越大表明土壤越容易被侵蚀。土壤质地组成主要包括砂粒、粉粒和黏粒这三类组分。根据国际制土壤质地分类系统， 0.002mm的土粒为黏粒，0.02-0.002mm的为粉粒，2-0.02mm的为砂粒。根据这三类粒级组分的不同含量(%)，可以把土壤质地进一步细分为砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土、砂质黏壤土、砂质黏土、黏壤土和黏土等。根据对研究区土壤的实地调查、土样采集与实验分析，得到该区域的土壤质地、土壤类型数据见表2。同样根据表1的分级标准，得到研究区在土壤可蚀性因子（K）的影响下，各个区域不同的土壤侵蚀敏感程度见表3，表3 K因子影响下的土壤侵蚀敏感区域划分地点光福寺1财神殿干海子1干海子2观景台光福寺2K值砂质中壤偏重砂质重壤砂质重壤到轻黏砂质重壤到轻黏砂质轻壤到中壤砂质中壤偏重敏感区划分中中高高2.4.3 地形因子（LS）地形起伏反映了坡长、坡度等地形因子对土壤侵蚀的综合影响，对于坡面水土流失具有重要影响。在地形因子中，坡度对土壤侵蚀的影响最大。研究表明,一般情况下，土壤侵蚀量与坡度大小成正相关；坡度越陡，降雨汇流的时间越短，径流能量就越大，对坡面的冲刷就越强烈，侵蚀量就越大。在USLE模型中，地形因素对土壤侵蚀的影响可以通过坡长（L）和坡度（S）的乘积进行量化。坡长因子L是指在其他条件相同情况下，任意坡长的单位面积土壤流失量与标准坡长单位面积土壤流失量之比。坡度因子S是指其他条件相同的情况下，任意坡度下的单位面积土壤流失量与标准小区坡度下单位面积土壤流失量之比。由于本次调查范围较小，坡长坡度因子较好确定，因此本文分别计算出了坡长与坡度因子值。基于表2的调查数据，坡长因子采用Wischmeier 和Smith 提出的经验公式计算8，即 （4）式中：为坡长（m）；为坡长效应指数，当坡度5%时，=0.5。得出各区域值，然后根据各区域值和表1的分级标准对6个区域进行分类，得出在地形因子（）影响下，各个区域不同的土壤侵蚀敏感程度，结果见表3，表3 各研究区值地点光福寺1财神殿干海子1干海子2观景台光福寺2L值1.009xm1.584xm4.525xm2.26219.7561.009敏感区划分 坡度因子（S）根据坡度的不同，S的计算需要分为缓坡和陡坡，本次泸山调查得出的数据偏大，属于陡坡，因此我们采用刘宝元的坡度公式，即S=10.80 sin+0.03 5 S=16.80 sin05 510 S=2191 sin096 10 （5）式中：S为坡度因子；为坡度（）。表4 研究区各区域的S值地点光福寺1财神殿干海子1干海子2观景台光福寺2S值19.7561.009敏感区划分2.4.4 植被覆盖因子（C）植被是影响土壤侵蚀最敏感的因素，植被冠层和地表覆盖对减少土壤侵蚀的作用主要包括对降雨能量的削减作用、保水作用和减弱径流冲刷作用。不同的地表植被类型阻抗侵蚀的作用差别较大。植被指数是反映地表面的植被覆盖状况的有效指标之一。本文对研究区6个区域的植被覆盖情况进行实地调查，然后根据表1分级标准，确定植被覆盖对土壤侵蚀敏感性的不同程度的影响。 虽然研究区总体上属于林地，但是各个区域的植被覆盖情况是有差别的。调查结果表明，干海子1、2区域主要为裸地和新开发用地，观景台区域主要为火烧地，根据表1均视为旱地，属于高度敏感，分级赋值为7，分级标准为78；光福寺1、2，财神殿区域主要是植被覆盖较高的地表裸地，根据表1均视为林地，属于轻度敏感区，分级赋值为3，分级标准为34。2.5 土壤侵蚀敏感性综合评价单因子对土壤侵蚀敏感性的影响仅反映了某一因子对土壤侵蚀的作用程度，要将研究区土壤侵蚀敏感性综合反映出来，则要在单因子敏感性评价的基础上进行土壤侵蚀敏感性综合评价，为此，采用土壤侵蚀敏感性综合指数对该研究区土壤侵蚀敏感性状况进行评价。加权指数法公式如下： （6）式中，为j空间单元土壤侵蚀敏感性指数；为i因素敏感性等级值。结合以上4种因子的评价结果，利用公式（6）计算土壤侵蚀敏感性指数，参考表1分级标准，将土壤侵蚀敏感性综合指数划分为5个级别，即一般敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感和极敏感，见表6表6 土壤侵蚀敏感性综合指数与区域划分地点光福寺1财神殿干海子1干海子2观景台光福寺2综合敏感指数敏感区划分2.6 USLE模型值计算将各个因子的值带入USLE模型进行计算，得到USLE值见表7表7 泸山水土流失地区的USLE值计算地点RKSLCUSLE值光福寺1167.670.3180.5277.31财神殿167.670.31865350.5398.93干海子1167.670.3185010011908.76干海子2167.670.31845501876.54观景台167.670.31855436.618946.38光福寺2167.670.3183022.30.5134.44表7运用USLE模型，计算出研究区各USLE值即各区域的土壤流失量。由于实际调查区域范围不容易划定，因此以该区域的知名景点作为调查区域代表。裸地、火烧地、新开发用地由于没有植被覆盖，故将干海子1、2和观景台三个区域均赋C值为1；光福寺和财神殿的区域是植被覆盖较高的地表裸地，故将其C赋值为0.5。根据前文结论，由于研究区土壤主要属于林地紫色土，土壤可侵蚀性因子（K）值均为0.318；降雨侵蚀力因子（R）值均为167.67。基于表7得出的USLE值，根据土壤侵蚀敏感性的侵蚀模数分级标准，将研究区的生态敏感性分为了四个等级，见表8：表8 基于USLE模型的泸山风景区敏感区划分土壤侵蚀敏感性级别等级侵蚀模数地点 面积（）敏感区无明显侵蚀1 5000观景台10472极敏感区根据侵蚀模数分级标准，将6个调查区域分为了4个不同敏感程度的区域。由于研究内并没有符合侵蚀模数为25005000范围的区域，因此中度土壤侵蚀敏感性没有值将研究区不同土壤侵蚀敏感性等级面积及比例整理如下表，表9 不同土壤侵蚀敏感性等级面积及比例敏感性等级面积（）比例（%）轻度敏感290313.87中度敏感7693.68高度敏感678032.40极敏感1047250.05合计20924100根据以上数据划分出的土壤侵蚀敏感性区域，运用Google Earth及ArcView工具绘制出研究区的不同土壤侵蚀程度敏感性分布图，如图1：图1 泸山研究区土壤侵蚀敏感性分布图4 结论4.1 单因子评价结论删除4.2 综合评价结论由以上数据可知，就土壤侵蚀敏感性的数量特征而言，泸山风景区水土流失以中、高度敏感性所占面积较大，土壤侵蚀敏感性程度较高。轻、中、高度敏感性面积调查总面积的86.05%。其中观景台为