基于最小图斑的流域土壤侵蚀快速评估模型与应用

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土壤侵蚀评估是水土保持决策的前提,也是土壤侵蚀学科的前沿领域与土壤侵蚀定量研究的有效手段。本文针对传统评估模型在区域通用性、空间尺度转化、评估精度和评估效率方面以及在集总式与分布式的结合等方面存在的问题,将流域进行逐级划分,在每级流域上用最小图斑表达流域土壤侵蚀的空间分异,以最小图斑为最小评估单元,通过类比相邻学科水体快速生物评价的思想,建立了流域土壤侵蚀快速评估模型。 模型通过流域分级和最小图斑划分,较好地解决了描述土壤侵蚀空间分异和模型计算量及数据要求之间的矛盾,并有利于研究流域土壤侵蚀的空间尺度效应。流域级别划分和最小图斑的生成过程基于地理信息系统软件,数据处理误差小,效率高。在每级流域的土壤侵蚀评估中,通过选取相应流域尺度上与土壤侵蚀相关的环境因子作为评估指标,采用层次分析法确定各个环境因子对土壤侵蚀的影响权重,并定义各环境因子标准化属性值与其权重乘积的加和为土壤侵蚀特征指标(EI),用以表征图斑内的土壤侵蚀特征。评估的主要步骤包括:环境因子选择,数据完备区日计算,数据缺乏区EI计算,数据空白区日计算,EI与土壤侵蚀强度之间的判别分析,以及土壤侵蚀强度评估结果的分级显示。该方法暂时避开了传统模型对土壤侵蚀量进行“精确评估”的难题,只评估土壤侵蚀的强度,既能满足水土保持实践要求,又提高了模型的准确性。该模型通过利用已有资料对数据缺乏和空白区进行评估,提高了数据利用效率,增强了模型实用性。 以黄河流域为例展开模型应用研究。将黄河流域划分为四级流域,并按照不同的流域级别,依次选择纸坊沟流域、杏子河流域、延河流域以及黄河全流域为研究区域,针对每个流域的空间尺度选择相应的环境因子,用该模型评估了四级流域的土壤侵蚀强度分布情况,并以土壤侵蚀遥感调查结果和实地调查结果对评估结果进行了验证。结果表明,四级流域的评估结果与调查结果均有较高的重叠率,说明了评估模型的合理性、尺度适用性和有效性。文中还分析了四级流域土壤侵蚀的特点,并通过因子分析的方法讨论了环境因子选取的合理性。最后,通过引入信息熵原理定量分析了各级流域土壤侵蚀与环境因子的空间相关性,探讨了流域土壤侵蚀的尺度效应。
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