水蝕預(yù)報模型的分析

1、水蝕預(yù)報模型的分析土壤侵蝕預(yù)報是土壤侵蝕研究的核心內(nèi)容，同時也是進(jìn)行水土流失監(jiān)測、評價水土保持效益、合理布設(shè)水土保持措施的工具。目前，國內(nèi) 外水蝕預(yù)報模型按照不同的分類依據(jù)，主要可以分為以下幾種類型： (1) 根據(jù)研究區(qū)范圍大小，主要可以分為坡面模型 (HillslopeModel) 、 流域模型 (WatershedModel) 和區(qū)域模型 (RegionModel) 。坡面模型如 USLE小流域模型如LISEM區(qū)域模型如SEMMED(2)根據(jù)模型建立的 方法和對水蝕過程的模擬，可以分為經(jīng)驗(yàn)預(yù)報模型 (EmpiricalModel) 、 物理過程預(yù)報模型(Physically basedMo

2、del)。經(jīng)驗(yàn)預(yù)報模型依據(jù)實(shí) 際觀測資料，采用數(shù)理統(tǒng)計分析的方法，建立坡面、流域或區(qū)域侵蝕 產(chǎn)沙量與其主要影響因素之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，例如美國建立的通用水 土流失方程 USLE(U-niversalSoilLossEquation) 、 RUSLE(RevisedUniversalSoilLossEquation) 1-2 ，我國建立的劉 善建模型、江忠善模型、 CSLE(ChineseSoilLossEquation) 等3-5 ;物理過程預(yù)報模型是對整個事件或系統(tǒng)過程的模擬，以侵蝕產(chǎn)沙的基 本物理過程為基礎(chǔ)，利用水文學(xué)、水力學(xué)、土壤學(xué)、泥沙動力學(xué)以及 其他相關(guān)學(xué)科的基本原理，根據(jù)降雨、下墊面

3、狀況等來描述土壤侵蝕 產(chǎn)沙過程，通過對復(fù)雜的侵蝕產(chǎn)沙現(xiàn)象和過程的概化，建立模型的整 體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)，并用實(shí)際觀測資料來優(yōu)選和決定模型中的參數(shù)， 如美國建立的 WEPP(WaterErosionPredictionProject)6、澳大利亞建立的 GUEST(GriffithUniversityErosionSystemTemplate)等7。(3) 根據(jù)是否反映時空差異，區(qū)分為集總式模型和分布式模型。集總式 模型以整個流域?yàn)轭A(yù)報對象，不反映其內(nèi)部差異，而分布式模型則按 照一定的方法將流域劃分成一個個相對均質(zhì)的網(wǎng)格，按照一定的數(shù)學(xué) 法則來計算每個網(wǎng)格單元的侵蝕量，并將計算結(jié)果推演到流域出口，

4、 得到整個流域土壤侵蝕量。水蝕是土壤侵蝕中的一種重要形式，根據(jù)水利部公布的全國第二次水土流失遙感調(diào)查結(jié)果，全國水土流失面積356萬km2占國土面積的1/3強(qiáng)，其中水蝕面積165萬km2水蝕治理是我國今后很長一段時間的重要任務(wù)。自 20世紀(jì) 50年代，國內(nèi)外許多學(xué)者開展了大量的水蝕 預(yù)報模型研究，取得了豐碩的成果，并被用于水土保持措施配置和水 土資源持續(xù)利用等方面。水蝕預(yù)報模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀锢磉^程模 型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵罁?jù)實(shí)際觀測資料，采用統(tǒng)計分析方法，建立侵蝕產(chǎn)沙 量與其主要影響因素之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，而物理過程模型則強(qiáng)調(diào)模擬 整個事件的過程，模型涉及多個指標(biāo)，一般通過實(shí)測獲取。我國國土 面積遼闊

5、，水蝕面積很大，目前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平難以保證大范圍、 多指標(biāo)的實(shí)地觀測，因此在相當(dāng)長的時間內(nèi)，水蝕經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⑹俏覈?水土保持研究中的主要內(nèi)容。雖然目前已經(jīng)有學(xué)者對水蝕預(yù)報模型進(jìn) 行了介紹 8-9 ，但尚缺乏對經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型的系統(tǒng)研究。1 國外經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型發(fā)展歷程國外經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型研究以美國為代表，經(jīng)歷了從考慮單因子、部 分因子、到全因子的發(fā)展歷程，與此同時研究相對滯后的其他國家也 開展了相關(guān)研究10。Zingg于1940年發(fā)表的計算田間土壤流失量 的第一個數(shù)學(xué)方程式，描述了地形因子坡度和坡長在土壤侵蝕中的 作用11 ;1941年Smith在原來考慮地形因子的基礎(chǔ)上增加了反映天 氣、土壤

6、、耕作等的綜合特征的常數(shù)和水土保持措施因子12 ;隨后，Browning 和他的助手們在此基礎(chǔ)上又增加了土壤可蝕性因子:13 ;1948年Smith和Whitt提出了一個“概念性”土壤流失方程， 他們根據(jù)一定條件下觀測侵蝕量的基礎(chǔ)上綜合考慮了地形、土壤、措 施因子，并將其推廣應(yīng)用于美國密蘇里州的主要土壤類型，在應(yīng)用中 引入了一個降水因子使該方程應(yīng)用于其他地方 14 ;與此同時，美國 農(nóng)業(yè)部土壤保持局認(rèn)識到土壤流失方程對于農(nóng)業(yè)規(guī)劃很有價值，通過 學(xué)術(shù)研討會回顧了長久以來美國的土壤侵蝕研究資料，重新評估了以 前方程中使用的各個因子，最終形成了包括了降水因子、包含坡度和 坡長信息的地表徑流因子、土壤

7、特征、植被覆蓋影響因子等的Musgrave方程15, Lloyd和Eley利用該方程繪制了 Musgrave方 程的圖解圖，并將美國東北部各州主要條件下的侵蝕影響數(shù)值制成表16;隨著州和地區(qū)級土壤侵蝕預(yù)報方程的應(yīng)用成功，土壤保持決策 者建議全力研制全國性的土壤侵蝕預(yù)報方程， 1 954年美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè) 研究局在印第安納州普度大學(xué) (PurdueUniversity) 建立了國家數(shù)據(jù)中 心，進(jìn)行全國徑流和土壤流失資料的匯總、整理以便更進(jìn)一步的深入 分析，利用中心收集的 1 萬多個小區(qū)的年徑流和土壤流失基礎(chǔ)資料， 研制出了 USLE出版了美國第一個官方版的 USLE手冊2,并且運(yùn) 用USLE和風(fēng)蝕

8、方程每5年進(jìn)行一次全國土壤侵蝕狀況定量調(diào)查，USLE 用 6 個因子的乘積形式量化了土壤侵蝕,這 6 個因子分別是降雨侵蝕 力、土壤可蝕性、坡度、坡長、覆蓋和管理、水土保持措施,至此涵 蓋氣候、地形、土壤、植被、人類活動因素的水蝕預(yù)報模型正式形成。 自USLE發(fā)表以來，新的研究和試驗(yàn)又使 USLE得以改進(jìn)：降雨侵蝕力、 土壤可蝕性因子、覆蓋管理因子、坡度坡長因子等的改進(jìn),改進(jìn)結(jié) 果即為1997年美國發(fā)表的USLE的修訂版RUSLE： 1。在經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù) 報坡面模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合 GIS工具，又發(fā)展了流域、區(qū)域經(jīng)驗(yàn)水蝕 預(yù)報模型，如 AGNPSSWAT等17-19 。1.1 “地形因子”經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)

9、報模型 Zingg 模型Zingg 模型研究的是地形對土壤侵蝕的影響,模型集成了眾多個人和 組織的研究結(jié)果,首次定量評價了坡度坡長對土壤侵蝕的影響,為土 壤侵蝕定量評價、模型的建立開創(chuàng)了一個良好的開端,同時也將土壤 侵蝕研究推向了一個新臺階定量研究 11。模型包括坡度、坡長 及坡度坡長對土壤侵蝕的影響： Xc=0.065S 1 .49 , Xc=0.0025L1.53, Xi=CSmLn其中Xi為小區(qū)單位寬度侵蝕量，C為常數(shù)，由區(qū)域條件決 定，S為百分比坡度，m為坡度指數(shù)，L為坡長，n為坡長指數(shù)。1.2 “地形措施因子”經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型 Smith 模型Smith 利用許多水土保持和其他實(shí)驗(yàn)站

10、點(diǎn)獲得的有關(guān)因子間關(guān)系的成 果和自己小組研究結(jié)果,獲得了侵蝕量和坡度坡長的關(guān)系12：A二CS7/5L3/5，其式中，A為單位面積侵蝕量，單位為t/acre , S為坡 度，L為坡長，C為常數(shù)，是天氣、土壤、作物、輪作制度和管理的綜 合反映。與以往模型不同的是,考慮了水土保持措施的作用,同時根 據(jù)允許流失量和地形條件、侵蝕量、措施情況等可以確定地塊的最大 坡長。 Smith 模型考慮了措施因子，確定了土壤侵蝕和地”形的關(guān)系， 根據(jù)土壤容許流失量為水土保持治理提供了確定最大坡長的方法。1.3 “地形土壤措施因子”經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型 Smith、Whitt 模 型Smith 等通過系統(tǒng)總結(jié)前人的研究成

11、果認(rèn)為影響農(nóng)地土壤侵蝕的主要 因素包括了作物體系、地形、降雨特征、土壤性質(zhì)和各種水土保持措 施，據(jù)此建立了農(nóng)地土壤侵蝕模型14: A二CSLKP其中，A為單位 面積侵蝕量， C 為普通輪作小區(qū)上單位面積侵蝕量，單位為 t/acre ， S、 L、K為坡度、坡長、土壤可蝕性的尺度轉(zhuǎn)換系數(shù)，P為措施因子。與此同時還系統(tǒng)研究了不同條件下普通輪作小區(qū)單位面積土壤侵蝕量和 不同措施條件下的措施因子。1.4“降雨地形植被覆蓋土壤因子”經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型Musgrave 方程Musgrave 基于前人已有的成果，匯集所有關(guān)于土壤侵蝕和影響因子間 關(guān)系的數(shù)據(jù)，水土保持局組織了專門的研究隊(duì)伍來分析這些數(shù)據(jù)，得 出

12、了降雨地形植被覆蓋土壤因子預(yù)報模型15: (1) 侵蝕和降雨的關(guān)系：ExP1.7530;(2)地形和侵蝕的關(guān)系：ExS1.35,ExL0.37;(3)植被覆蓋狀況和侵蝕的關(guān)系：Musgrave等發(fā)現(xiàn)關(guān)于植被 覆蓋狀況對土壤侵蝕影響的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地形對侵蝕的影響研究，如 果將非等高、連續(xù)耕種的地塊如棉花地、玉米地、煙草地等植被覆蓋 條件下的侵蝕量等視為 100，則草原、林地覆蓋情況下侵蝕約為 1;(4) 土壤狀況和侵蝕的關(guān)系：研究小組將不同的實(shí)驗(yàn)條件都統(tǒng)一轉(zhuǎn)到了標(biāo) 準(zhǔn) 30 分鐘雨量、標(biāo)準(zhǔn)坡度坡長條件下的侵蝕，借此探討并確定了不同 土壤和侵蝕的關(guān)系，對于那些尚沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測的土壤，可根據(jù)和 其

13、理化特征接近的土壤來判斷可蝕性。1.5“降雨土壤地形覆蓋管理措施因子”經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型USLE隨著水蝕預(yù)報模型研究的進(jìn)一步深入， 1965年 W.H.Wischmerier 和 D.D.Smith 以美國國家水土流失中心收集的美國 30 個州、近 30年徑流 小區(qū)觀測資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過對近萬個徑流小區(qū)統(tǒng)計分析提出了美國第 一個綜合考慮了降雨、土壤、地形、覆蓋管理、措施的較為成熟的侵 蝕預(yù)報模型通用水土流失方程 USLE(UniversalSoilLossEquation) 用 來預(yù)報坡面或田間尺度的年平均侵蝕 2，模型結(jié)構(gòu)如下：A=R KX LX SX CX P,其中A為單位面積的年土壤侵蝕量；

14、R為年降雨 侵蝕力因子;K為土壤可蝕性因子;L為坡長因子;S為坡度因子;C為植 被和管理因子，P為措施因子。USLE考慮因子全面，通過對侵蝕過程 機(jī)理的分析確定了模型中考慮的影響侵蝕因素,方法上采用統(tǒng)計分析 以建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?為各國和各地研究發(fā)展土壤侵蝕預(yù)報模型做出了示 范，USLE可用來計算年均土壤侵蝕量，根據(jù)侵蝕狀況和容許侵蝕量對 比可指導(dǎo)人們采取適當(dāng)?shù)乃帘３执胧┻M(jìn)行正確的耕作和經(jīng)營管理, 具有較強(qiáng)的實(shí)用性。但模型計算的是年均土壤侵蝕量,難以反映次降 雨過程的土壤侵蝕狀況,而且方程建立在緩坡條件下,在地形復(fù)雜地 區(qū),尤其是陡坡地的應(yīng)用受到很大限制,模型中沒有考慮沉積量和溝 道、河床、河岸侵

15、蝕,不太適用于就地沉積的帶狀耕作及河道等。1.6 因子計算方法更為完善的“降雨土壤地形覆蓋管理措施 因子”經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型 RUSLE隨著研究的進(jìn)一步深入，科學(xué)家在 USLE基礎(chǔ)上，對因子算法進(jìn)行了 細(xì)化并大大提高了模型預(yù)測精度1,主要表現(xiàn)為：R因子采用分區(qū) 對待，東部地區(qū)同USLE用降雨動能與最大30分鐘降雨強(qiáng)度的乘積， 用長時段降雨資料計算，西部地區(qū)則利用更多氣象數(shù)據(jù)訂正，針對緩 坡積水、土壤凍融與融雪作用進(jìn)行了修正;K值計算則在USLE的基礎(chǔ)上 考慮了凍融作用、土壤水分、土壤固結(jié)等；在LS因子上增加了細(xì)溝/細(xì) 溝間侵蝕比率,可以處理復(fù)雜坡型 ;C 值在考慮作物季相、表層覆蓋、 糙度等。P

16、值則在根據(jù)已布設(shè)削弱徑流、阻滯土壤移動的水保措施，根 據(jù)坡度微起伏確定的基礎(chǔ)上由水文、土壤類型、坡度、冬播程度、壟 高、十年一遇侵蝕指數(shù)等確定。RUSL可以反映次降雨過程的土壤侵蝕狀況，但方程建立在緩坡條件下，在地形復(fù)雜地區(qū)，尤其是陡坡地的 應(yīng)用受到很大限制。1.7 基于坡面模型的流域、區(qū)域經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型 AGNP，S SWAT 流域經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型是基于坡面模型研究成果，引入 GIS 工具來解 決流域水土流失預(yù)報的工具。農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染 AGNPS(AgriculturalNonpointSource) 將流域劃分為若干柵格單元，在 每個柵格單元上輸入計算所需要的參數(shù)，采用USLE進(jìn)行侵蝕量

17、的計算17;水土資源評價工具 SWAT(SoilandWaterAssess-mentTool) 則采 用Williams根據(jù)USLE改進(jìn)的 MUSLE(ModifiedUniversalSoilLossEquation) 模型進(jìn)行流失量的計算18。2 我國經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型發(fā)展歷程我國經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型是從 20世紀(jì) 50年代開始的，由于受觀測站點(diǎn) 較少且長時段連續(xù)的不夠，雖然也建立了一些模型 5，但更多的是 在吸收國內(nèi)外已有成果的基礎(chǔ)上來建立適合我國國情的經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報 坡面模型 3， 20。 1953 年劉善建等人根據(jù)甘肅天水水土保持科學(xué)實(shí) 驗(yàn)站的小區(qū)觀測資料提出的農(nóng)地年侵蝕量模型，模型綜合考

18、慮了降雨、 徑流、地表覆被及地形對侵蝕的影響 5。到 20世紀(jì) 70年代美國通 用土壤流失方程引進(jìn)我國以后，一些研究者陸續(xù)以通用土壤流失方程 為原型，綜合考慮了影響土壤侵蝕的各個因子，利用水蝕區(qū)徑流小區(qū) 觀測資料和研究區(qū)的實(shí)際情況對各因子指標(biāo)及其算法進(jìn)行修正，建立 了若干個地區(qū)性水蝕預(yù)報模型，主要包括東北漫崗丘陵區(qū)21、黃土高原區(qū) 5， 22-23 、長江三峽庫區(qū) 24、福建地區(qū) 25、廣 東地區(qū) 26、滇東北山區(qū) 27、紅壤丘陵地區(qū) 28等。然而， 我國國土面積廣闊，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家相比相對程度低， 能投入到水土流失監(jiān)測人力、物力、財力十分有限，無法像國外進(jìn)行 大規(guī)模的監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)，

19、因此觀測點(diǎn)布設(shè)相對稀疏、測次相對較少、測 時相對較短、觀測數(shù)據(jù)相對較少，我國水蝕預(yù)報模型有著與國外迥然 不同的特點(diǎn)：國外基于大量監(jiān)測數(shù)據(jù)建立了坡面、區(qū)域、流域經(jīng)驗(yàn)、 半經(jīng)驗(yàn)半過程、過程水蝕區(qū)域模型 29-30 ，我國坡面、流域、區(qū)域 經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型在借鑒國外水蝕模型發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)上得到了長足的發(fā) 展發(fā)展，物理過程模型在近 20 年發(fā)展加快 31-33 。2.1 我國最早的經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型劉善建模型劉善建利用甘肅天水水土保持試驗(yàn)站在天水城南梁家坪沙壤土的坡地 上布設(shè)了 19個小區(qū)里記錄的19451950年不同降雨、地表覆蓋、坡 度下徑流、沖刷數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，得出了該地區(qū)土壤水蝕預(yù) 報模型該

20、模型是我國第一個比較完善的經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型5，為我國水蝕預(yù)報經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。2.2基于USLE勺中國特色的綜合因子經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型江忠善、鄭粉莉等基于USLE在綜合分析我國坡面模型研究成果的基 礎(chǔ)上，提出了適于我國侵蝕環(huán)境的坡面水蝕預(yù)報模型 20，模型最 大特點(diǎn)是考慮了淺溝侵蝕對坡面土壤侵蝕的貢獻(xiàn)，模型形式為 A=RKLS- GCP其中，A為年平均年土壤流失量;R為降雨侵蝕力，根據(jù)全國降雨 侵蝕力的研究結(jié)果，擬定次降雨量為 10mm勺降雨為侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)， 并選用 EI30 指標(biāo)作為全國降雨侵蝕力的統(tǒng)一評價指標(biāo)，基本兼顧了我 國絕大多數(shù)地區(qū)的降雨特性，且預(yù)報效果較好 ;K 為土壤

21、可蝕性因子， 以江忠善提出的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)為基準(zhǔn)，以現(xiàn)有各地小區(qū)資料分析為主， 補(bǔ)充必要的天然或人工降雨試驗(yàn)，研究主要土壤亞類的土壤可蝕性 K 值與土壤機(jī)械組成、水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量、土壤入滲和土層 厚度的關(guān)系，繪制諾謨圖，用于查算我國土壤亞類的土壤可蝕性 K 值;L為無量綱的坡長因子;S為無量綱的坡度因子;G為無量綱的淺溝侵 蝕影響因子，計算采用G=1+(3 , B為淺溝侵蝕影響因子的校正系數(shù)， 主要受降雨、匯流強(qiáng)度、坡度坡長和土壤性質(zhì)的影響。當(dāng)坡面無淺溝 侵蝕時，B =0;C為無量綱的覆蓋與管理因子;P為無量綱的水土保持措 施因子。江忠善、鄭粉莉模型考慮了淺溝侵蝕對坡面侵蝕產(chǎn)沙的重要

22、影響，結(jié)合我國地形復(fù)雜陡坡地比例大的地形特征，確定了我國標(biāo)準(zhǔn) 小區(qū)的規(guī)格，建立了我國坡面水蝕預(yù)報模型，利用自然坡面徑流小區(qū) 實(shí)測資料對模型進(jìn)行驗(yàn)證表明模型具有較高的預(yù)報精度，在有淺溝和無淺溝的坡面上預(yù)報精度達(dá) 88%以上。 CSLE(ChineseSoilLossEquation) 是劉寶元等以USLE為原型、以黃土高原丘陵溝壑區(qū)安塞、子洲、離石、 延安、綏德等徑流小區(qū)實(shí)測資料為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，考慮了我國陡坡土壤侵 蝕特征以及長期形成的系統(tǒng)化水土流失防治措施，建立了中國土壤侵 蝕方程3: A二RKLSBET其中A為單位面積的年土壤侵蝕量；R為降 雨侵蝕力因子，是降雨量和最大 10分鐘雨強(qiáng)的函數(shù)，實(shí)際

23、應(yīng)用中，要 獲得次降雨數(shù)據(jù)是很難的，為此建立了用日降雨數(shù)據(jù)計算半月降雨侵 蝕力的模型;K為土壤可蝕性因子，計算采用的標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)為 20m長，5m 寬，坡度為 15順坡耕作的清耕休閑地 ；L 為坡長因子， S 為坡度因子， 長時間以來坡長和土壤侵蝕的關(guān)系在野外實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬都做了大 量的研究，結(jié)果表明，土壤侵蝕和坡長的指數(shù)成正比，只是指數(shù)大小 略有不同，例如 Zingg 得到坡長指數(shù)為 0.6 11 ;Musgrave 認(rèn)為坡長 指數(shù)為0.35 : 15 ;1965年出版的USLE建議坡度大于10%坡長指數(shù)采 用 0.6，坡長比較長的坡長指數(shù)采用 0.3，其他情況坡長指數(shù)則用 0.5;1978年

24、，USLE調(diào)整了不同情況下坡長指數(shù)，對于坡度大于或等于 5%，坡長指數(shù)為 0.5，坡度介于 3.5%和 4.5%之間的坡長指數(shù)為 0.4， 坡度介于 1%和3%之間的坡長指數(shù)為 0.3，坡度小于 1%坡長指數(shù)為 021997年出版的RUSLE則用了一個坡度的連續(xù)函數(shù)來計算坡長指數(shù)。 我國陡坡土壤侵蝕非常嚴(yán)重，劉寶元等利用中國黃土高原的綏德、安 塞、子洲等地的觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn) RUSL沖的LS計算方法不適合陡坡 條件，1978年出版的USLE中坡長因子計算模型在中國適用，同時繼承 他人成果和完善陡坡地坡度因子計算，確定了 CSLE中坡度因子的計算 方法;B為生物措施因子;E為工程措施因子;T為耕

25、作措施因子。這幾個 因子均無量綱。與USLE模型相比，CSLE充分考慮了我國地形特征、水 土保持措施的實(shí)際情況，將原來的作物覆蓋管理因子、措施因子根據(jù) 我國水土保持實(shí)際情況重新歸納為了生物措施因子、工程措施因子和 耕作措施因子，因子更能反映我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水土保持狀況，同時 對地形因子算法，尤其是陡坡的地形因子進(jìn)行了改進(jìn)，使結(jié)果更符合 中國實(shí)際情況。2.3 小流域經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型江忠善等利用陜北、晉西、隴東南黃土丘陵溝壑區(qū) 10 條典型溝道小 流域19541970年期間的406場降雨洪水徑流泥沙的實(shí)測資料，分析 了影響流域產(chǎn)沙的降雨、地形、土質(zhì)、植被等因素和產(chǎn)沙的一些特性， 并將影響產(chǎn)沙的因素

26、概括為洪水徑流總量、流域平均坡度、黃土中砂 粒粉粒含量和植被作用系數(shù)，將這些作為產(chǎn)沙量預(yù)報模型的指標(biāo)，建 立了未治理流域暴雨產(chǎn)沙量的預(yù)報模型4: Ms=0.37M1.15JKP其 中，Ms為一次暴雨的流域產(chǎn)沙模數(shù)，單位為t/km2 , M為一次暴雨的洪 量模數(shù)，單位為m3/km2 J為流域平均坡度，以比值計，K為土壤可蝕 性因子，以黃土中砂粒和粉粒占總量比例表示可蝕性指標(biāo)，以小數(shù) 計;P為與流域植被度有關(guān)的植被作用系數(shù)，模型提供了查找圖供使用 者查找P值。江忠善、宋文經(jīng)模型根據(jù)黃土高原丘陵溝壑區(qū)內(nèi)不同地 區(qū)小流域本身都存在著較好的水沙關(guān)系，綜合考慮了徑流、地形、土 壤、植被對流域產(chǎn)沙的影響，模

27、型考慮因素全面，結(jié)構(gòu)較為合理，為 黃土高原丘陵溝壑區(qū)沒有開展水土保持工作的小流域產(chǎn)沙提供了工具， 但模型預(yù)報的只是流域產(chǎn)沙總量，不能反映流域內(nèi)產(chǎn)沙的空間差異， 可以對流域內(nèi)水土保持措施需求提供參考，但對內(nèi)部水土保持措施的 具體配置則無法使用，同時模型所選用的水文觀測資料都是來自沒有 開展水土保持治理的小流域，如果對水土保持治理程度較高的流域， 則需要考慮治理程度對產(chǎn)沙量的影響。2.4 區(qū)域經(jīng)驗(yàn)水蝕預(yù)報模型周佩華等分析了河流輸沙量與流域內(nèi)的水土流失之間的關(guān)系，建立了 河流輸沙量與流域內(nèi)影響水土流失各主要因素之間的相關(guān)方程，用以 進(jìn)行水土流失預(yù)測?？紤]到我國地域遼闊，區(qū)域間差異顯著，將我國 分成了

28、東北漫崗丘陵區(qū)、黃土高原區(qū)、青藏高原區(qū)、北方山地丘陵區(qū)、 云貴高原及四川盆地區(qū)、江南丘陵區(qū) （含臺灣省 ）及華南山地丘陵區(qū) （含 海南諸島 ）七大區(qū)，選擇了松花江、黃河、淮河、長江、贛江、西江作 為代表河流，分區(qū)建立了模型 34:黃土高原區(qū):y=0.075M2.399 X Q- 0.027 X 1.573（1 p）青藏高原區(qū)：y=0.3357M 0.268 X Q1.919X P 0.394北方山地丘陵區(qū)：y=76100M0.705X Q0.986X P 2.477 云貴高原及四川盆地區(qū)： y=0.000765M0.409 X Q1.131X P 0.629 江南丘陵區(qū)： y=66.09M0.

29、988X Q0.178X P- 0.151 東北漫崗丘陵區(qū)：y=0.226M0.2 X Q1.368（缺少水土保持?jǐn)?shù)據(jù)故未考慮 P）華南山地丘陵區(qū)： y=0.0127M0.076X Q1.698（缺少水土保持?jǐn)?shù)據(jù)故未考慮 P）式中，y為河 流年輸沙量，單位為億t，M為一日最大洪水量，Q為年徑流量，單位 為億m2 P為水土保持治理面積占水土流失面積的百分比。該模型充 分考慮了地域差異，對全國進(jìn)行了分區(qū)建模型，同時也考慮了徑流、 降雨、水土保持措施對侵蝕的影響，但模型仍屬于集總模型，無法反 映區(qū)域內(nèi)水土流失差異，也無法為水土保持措施配置提供參考，同時， 模型基于一定水平水土保持水平下統(tǒng)計分析結(jié)果，

30、當(dāng)水土保持措施發(fā) 生變化時，需要重新率定。考慮到目前國內(nèi)外對區(qū)域水土流失的研究 還比較薄弱，如我國一般通過宏觀分區(qū)的方法來實(shí)現(xiàn)區(qū)域的整體評價 34; 國外如美國，則通常通過地面定位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)評價并結(jié)合統(tǒng) 計匯總的方式，定期得到全國土壤侵蝕狀況的數(shù)據(jù)資料1; 關(guān)于全球變化的研究則力圖在坡面研究的基礎(chǔ)上，通過尺度轉(zhuǎn)換的方法獲得 區(qū)域乃至全球的土壤侵蝕數(shù)據(jù) 35。胡良軍、李銳等對黃土高原的 水土流失進(jìn)行系統(tǒng)、宏觀、綜合的分析，確定了一套適用于黃土高原 的水土流失宏觀定量評價的指標(biāo)體系，建立了適用于黃土高原的水土 流失預(yù)報的宏觀定量數(shù)學(xué)模型 23： L=3.5210P0.7887S 0.09616G1.9945M0.01898e 0.00144C，式中，L 為侵蝕模數(shù);P 為汛期 降雨量;S為大于0.