了得網工業技術_黃土高原土壤侵蝕評價

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《黃土高原土壤侵蝕評價》可供從事水土保持、資源管理、水利工程和地理學等領域的研究人員和高校師生參考使用。

內容簡介

《黃土高原土壤侵蝕評價》是作者繫統總結多年來從事相關國家基金和水利部生產項目等多個研究成果，並在吸收前人研究成果的基礎上編寫而成。在闡述黃土高原土壤侵蝕特點和規律的同時，重點介紹土壤侵蝕評價方法及相關因子獲取和計算模型，希望為黃土高原水土保持建設提供技術工具。在撰寫過程中，突出了知識繫統性、目標實用性、資料可靠性和方法可行性等特點，《黃土高原土壤侵蝕評價》基本理論和方法不僅適用於黃土高原地區，對全國其他水土流失嚴重區也具有指導和借鋻意義。《黃土高原土壤侵蝕評價》共分八章，**章簡述土壤侵蝕一般問題。第二章講述黃土高原自然環境特征和河流泥沙問題。第三章論述土壤侵蝕模型及數據采集和計算流程。第四章介紹降雨侵蝕力因子計算方法及其分布特征。第五章介紹土壤可蝕性因子值及其估算方法。第六章介紹地形因子計算公式、計算流程及其變化特征。第七章介紹水土保持措施類型及其因子取值。第八章介紹和分析黃土高原**水土流失調查和評價結果。

《水科學前沿叢書》出版說明
前言
章概論
一、土壤侵蝕概述
二、土壤侵蝕類型
（一）分類目的及原則
（二）主要侵蝕類型
（三）幾個相關問題和概念
三、土壤侵蝕危害
（一）危害河流生態安全
（二）加劇水資源短缺程度
（三）降低土壤生產力，導致土地貧瘠化
（四）威脅交通和通信保障
（五）加劇全球環境變化程度《水科學前沿叢書》出版說明

前言

章概論

一、土壤侵蝕概述

二、土壤侵蝕類型

（一）分類目的及原則

（二）主要侵蝕類型

（三）幾個相關問題和概念

三、土壤侵蝕危害

（一）危害河流生態安全

（二）加劇水資源短缺程度

（三）降低土壤生產力，導致土地貧瘠化

（四）威脅交通和通信保障

（五）加劇全球環境變化程度

（六）影響社會綜合發展

四、黃土高原土壤侵蝕的特殊性

（一）區位上的特殊性

（二）問題上的特殊性

（三）研究上的特殊性

參考文獻

第二章黃土高原土壤侵蝕環境

一、黃土高原的範圍與面積

二、黃土高原自然條件

（一）地質地貌

（二）氣候條件

（三）河流水文

（四）土壤資源

（五）植被覆蓋

三、黃土高原土壤侵蝕特征

（一）土壤侵蝕類型多樣

（二）土壤侵蝕強度大

（三）土壤侵蝕區域分異顯著

四、黃土高原土壤侵蝕與黃河泥沙

（一）黃土高原水土流失是黃河泥沙根源

（二）黃河粗泥沙來源於黃土高原多沙區

參考文獻

第三章黃土高原土壤侵蝕定量評價方法

一、評價目的與意義

（一）土壤侵蝕模型的發展過程

（二）區域土壤侵蝕定量評價發展歷程

二、黃土高原土壤侵蝕評價方法

（一）評價方案設計與野外布局

（二）數據采集方法

（三）土壤侵蝕定量評價方法

（四）數據庫構建與計算程序

（五）評價成果及其應用

參考文獻

第四章降雨因子評價

一、降雨侵蝕力定義與指標

（一）主要降雨特性指標

（二）降雨侵蝕力

二、侵蝕性降雨標準

（一）侵蝕性降雨標準的確定方法

（二）侵蝕性降雨標準的評價指標

（三）黃土高原侵蝕性降雨標準的確定

三、降雨侵蝕力計算

（一）用降雨過程資料計算

（二）用次降雨資料計算

（三）用日降雨資料計算

（四）用月雨量資料計算

（五）用年雨量資料計算

（六）各種計算方法的誤差分析

四、降雨侵蝕力季節分布

五、多年平均年降雨侵蝕力空間分布

參考文獻

第五章土壤因子評價

一、土壤因子評價指標的選擇和使用問題

二、土壤可蝕性因子K的定義和計算方法

三、典型站點土壤可蝕性因子K實測值

（一）資料來源及處理

（二）土壤可蝕性實測值及其變化規律

四、土壤可蝕性因子K值估算問題

（一）主要估算公式

（二）不同估算公式的計算與應用問題

（三）土壤可蝕性估算方法及具體流程

五、黃土高原主要土壤類型的可蝕性因子值

六、土壤可蝕性K估算值精度分析

（一）資料選取及說明

（二）估算結果精度分析

（三）模型評價及應用

七、存在問題及未來發展

參考文獻

第六章地形因子評價

一、土壤侵蝕量與坡度的關繫

二、土壤侵蝕量與坡長的關繫

三、地形因子值計算公式

（一）坡面尺度的I。S計算公式

（二）區域尺度的I．S計算公式

（三）區域尺度的Ls計算流程

（四）黃土高原地區地形因子計算中相關參數設置

四、黃土高原坡度及坡度因子分布特點

（一）坡度分布

（二）坡度因子分布

五、黃土高原坡長及坡長因子分布特點

（一）坡長分布

（二）坡長因子分布

參考文獻

第七章水土保持措施因子評價--

一、水土保持措施類型

二、水土保持措施因子的定義

三、植被覆蓋與生物措施因子（B）的估算方法

（一）草地土壤流失比率SI。R

（二）林地土壤流失比率

（三）其他土地利用類型的生物措施因子

四、工程措施因子（E）的估計

五、耕作措施因子（T）的估計

（一）農地耕作措施因子估算方法

（二）其他耕作措施因子

六、存在問題和前景展望

參考文獻

第八章黃土高原土壤侵蝕空間分布特征

一、土壤侵蝕評價精度分析

（一）資料與處理

（二）模擬計算精度

二、土壤侵蝕強度及其空間分布

（一）黃土高原現代土壤侵蝕解析

（二）黃土高原土壤侵蝕強度特征

（三）黃土高原土壤侵蝕空間分布特征

三、土壤侵蝕和水土保持未來變化趨勢

（一）強度減弱，仍為嚴重區域

（二）分布格局發生變化

（三）河流泥沙威脅緩解

（四）研究重點領域變化

（五）政府投資思路需要轉變

參考文獻

在線試讀

章概論
由於獨特的自然環境特征和社會經濟條件，黃土高原水土流失問題十分突出。嚴重的水土流失導致地帶性土壤基本流失殆盡和土地生產力降低。同時，大量入河泥沙也會引起河床淤積抬升，加劇洪澇災害的威脅。自然環境的獨特性表現為地形崎嶇陡峻，土質疏松多孔，降雨集中且多暴雨。社會經濟的獨特性在於天然植被受破壞，陡坡普遍開墾，以及廣種薄收的農業生產習慣。在自然因素和人類活動的共同影響下，不論從發生機制、發展過程及分布規律，還是危害程度、社會影響和影響範圍等考慮，黃土高原的土壤侵蝕在中國土壤侵蝕研究中都具有不可替代的地位。在黃土高原發生的土壤侵蝕，猶如一本完整的土壤侵蝕教科書，研究黃土高原土壤侵蝕不僅有助於繫統理解侵蝕基本原理，而且還對全國其他地區土壤侵蝕和水土流失防治研究具有示範作用。另外，相對於我國其他土壤侵蝕類型區，黃土高原土壤侵蝕研究歷史悠久、過程機制清楚、資料積累豐富。因此，在黃土高原進行土壤侵蝕定量化評價，具有研究基礎豐富和區域特征典型的優勢。
一、土壤侵蝕概述
“侵蝕”一詞源於拉丁語動詞“erodere”，是剝掉、移走的意思，*早在19世紀末被Penck（1894）用於描述水流的形成以及河水流動過程中對固體物質的衝刷，而地表徑流和降雨的侵蝕被稱為衝刷或剝蝕（ablation），來自拉丁語“ablation”的“攜走”之意。“土壤侵蝕”一詞直到20世紀初纔出現，而廣泛使用始於20~30年代，美國學者Bennett、Fuller、Lowdermilk和Middleton，蘇聯學者Kozmenko、Pankov、Gussak、Sobolev和Zaslavskii，德國學者Kuron、Schultze、Glander和Flegel，法國學者Bauling等，先後在其文獻中使用並給出了土壤侵蝕的定義，一般是指水力和風力作用下對土壤的破壞（Zacher，1982）。章概論

由於獨特的自然環境特征和社會經濟條件，黃土高原水土流失問題十分突出。嚴重的水土流失導致地帶性土壤基本流失殆盡和土地生產力降低。同時，大量入河泥沙也會引起河床淤積抬升，加劇洪澇災害的威脅。自然環境的獨特性表現為地形崎嶇陡峻，土質疏松多孔，降雨集中且多暴雨。社會經濟的獨特性在於天然植被受破壞，陡坡普遍開墾，以及廣種薄收的農業生產習慣。在自然因素和人類活動的共同影響下，不論從發生機制、發展過程及分布規律，還是危害程度、社會影響和影響範圍等考慮，黃土高原的土壤侵蝕在中國土壤侵蝕研究中都具有不可替代的地位。在黃土高原發生的土壤侵蝕，猶如一本完整的土壤侵蝕教科書，研究黃土高原土壤侵蝕不僅有助於繫統理解侵蝕基本原理，而且還對全國其他地區土壤侵蝕和水土流失防治研究具有示範作用。另外，相對於我國其他土壤侵蝕類型區，黃土高原土壤侵蝕研究歷史悠久、過程機制清楚、資料積累豐富。因此，在黃土高原進行土壤侵蝕定量化評價，具有研究基礎豐富和區域特征典型的優勢。

一、土壤侵蝕概述

“侵蝕”一詞源於拉丁語動詞“erodere”，是剝掉、移走的意思，*早在19世紀末被Penck（1894）用於描述水流的形成以及河水流動過程中對固體物質的衝刷，而地表徑流和降雨的侵蝕被稱為衝刷或剝蝕（ablation），來自拉丁語“ablation”的“攜走”之意。“土壤侵蝕”一詞直到20世紀初纔出現，而廣泛使用始於20~30年代，美國學者Bennett、Fuller、Lowdermilk和Middleton，蘇聯學者Kozmenko、Pankov、Gussak、Sobolev和Zaslavskii，德國學者Kuron、Schultze、Glander和Flegel，法國學者Bauling等，先後在其文獻中使用並給出了土壤侵蝕的定義，一般是指水力和風力作用下對土壤的破壞（Zacher，1982）。

不同學者給出的具體定義會有所不同。中美聯合編審委員會（1986）指出，土壤侵蝕是通過各種自然作用，其中*重要的是水的作用，塑造地殼並使之磨損的過程。該定義更側重於地貌。《地理學詞典》編制委員會（1983）指出，土壤侵蝕是土壤或土體在外營力（水力、風力、凍融或重力）作用下，發生衝刷、剝蝕和吹蝕的現像。該定義較前一個定義更為具體和有針對性，目前被我國學者普遍所接受。Bennett（1939）指出土壤侵蝕是水和風力將土壤顆粒衝起或吹起並移走。1979年美國科學*農業局指出，土壤侵蝕是風和流水在地表對土壤的分離和移動。這兩個定義一致，主要強調的是風和水的作用，並細化了土壤侵蝕的兩個重要過程：分離和移動。Kirkby和Morgan（1980）給出的定義是：土壤侵蝕是雨滴和徑流對土壤移動的總量，沒有包括其他營力的作用。Lal（1994）與之類似指出，土壤侵蝕是土壤顆粒被濺離或被挾移。陳永宗等（1988）在其《黃土高原現代侵蝕與治理》一書中，對土壤侵蝕含義作過繫統評述與論證，認為侵蝕是指地表物質（岩石和土壤）在外營力作用下的分離、破壞和移動，外營力包括各種自然營力（如水、風、重力等）和人為作用。明確強調了人類活動在現代侵蝕中的作用。同時，他還特別將土壤侵蝕概念區分為狹義土壤侵蝕和廣義土壤侵蝕。廣義土壤侵蝕包括土壤和成土母質在外營力作用下的分離、破壞和移動過程，而狹義土壤侵蝕是指土壤被外營力分離、破壞和移動。我國水利部在其行業標準中沒有對土壤侵蝕作特別定義，而是分別給出了不同營力形成的各種土壤侵蝕的定義，包括水蝕、風蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕、人為侵蝕等。

綜合前人上述定義或論述，我們認為侵蝕應該是指地表組成物質（包括岩石、風化物和土壤等）在內外營力作用下被分離、搬運和沉積的過程。外營力包括自然營力（如水、風、凍融、重力等）和人為作用，內營力主要是指新構造運動。因為從長期而言，一個地區侵蝕強度與構造運動有一定關繫，在構造抬升區，總體侵蝕強度要大，相反在沉降區，總體侵蝕強度相對要弱。在侵蝕分區或強度圖編制時，都要考慮新構造運動。流水侵蝕衝刷塑造了各種溝谷地貌形態，風蝕作用造就了不同的風沙地貌類型。重力侵蝕發生則導致了滑坡、塌陷等。因此，侵蝕過程也是地貌過程的一種，是地貌塑造過程中的物質破壞、搬運和沉積過程。

土壤侵蝕是指在自然因子和人類活動共同作用下，地表土壤被分離、搬運和沉積，並導致土壤性狀或生產力發生改變的過程。鋻於侵蝕嚴重區地帶性土壤已經遭受強烈破壞，切溝等溝道侵蝕均在土壤母質中發生的事實，我們認為土壤侵蝕應該是指在自然因子和人類活動共同作用下，地表土壤或成土母質被分離、搬運和沉積的過程。與陳永宗等（1988）的定義比較，強調了沉積過程。因為在土壤侵蝕發生過程中，表層土壤結構被破壞，遭受分離、搬運和沉積過程是同時存在，交替發生。土壤侵蝕含義更多體現的是土壤遭受破壞後，自然生產力逐漸降低的過程。

與土壤侵蝕密切相關的概念還有兩個，土壤流失和水土流失。雖然3個概念本身有其自明性，但在實際應用中，人們的理解和使用會有所不同。從概念本身而言，土壤侵蝕是指外來作用對土壤進行的破壞並發生移動，而土壤流失是指相對於某個範圍而言，土壤組成物質的損失數量，即土壤遭受侵蝕後，從某個特定空間上流失的數量，對應的英文詞為soil loss，在使用上更具有專業性和世界通用性。水土流失是指相對於某空間而言水和土的同時損失，是我國土壤侵蝕研究者和水土保持工作者鋻於我國土壤侵蝕特點所使用的詞彙，對應的英文也應是soil loss。因為水資源問題在黃土高原與土的問題同樣重要，一直沿用水土流失來描述土壤侵蝕問題。盡管水土流失隱含著水的流失，但在實際使用時仍然是指土壤流失。關於水的問題，用徑流一詞來描述。水土流失在使用上有我國特色，在一定程度上更具有社會性。從這個意義上說，隻要土壤遭受外力的作用發生分離和移動，就發生了土壤侵蝕，但如果沒有從要研究的特定地塊範圍內流出去，就沒有土壤流失或水土流失的發生。對於土壤流失而言，必須有外營力的作用，如風力和水力，否則不會流失。因此，國外多用土壤流失，不用水土流失。目前水土流失的含義，是對所有營力導致的土壤流失的統稱，包括水蝕、風蝕、凍融侵蝕和重力侵蝕等引起的土壤流失量。有些學者認為水土流失僅是指水蝕過程中水分和土壤的損失，不包含風蝕；有些學者認為同時包括水蝕和風蝕造成的損失。已有學者建議不采用水土流失，但考慮到被普遍使用多年的習慣傳承，可將其看做是與土壤侵蝕相同的概念。

在土壤侵蝕和水土保持領域還有使用泥沙和產沙等詞彙，泥沙和產沙多為水利界同行使用，泥沙或產沙主要是從河流著眼來探討土壤侵蝕問題。泥沙量或產沙量與土壤流失量或水土流失量在概念內涵上有某些重疊，也有一定差別。泥沙量是對某個流域繫統河流中固體物質多少的描述，具體可用含沙量、輸沙量等來表示。產沙量則指某個時間段來自某個空間範圍的泥沙量，如坡面產沙量、溝道產沙量和流域產沙量等。

Kirkby和Morgan（1980）以及Lal（1994）給出了它們的區別。Kirkby和Morgan（1980）認為，土壤侵蝕量是指雨滴和徑流對土壤移動的總量；土壤流失量是指土壤被移出一個具體的坡面或田塊的數量；產沙量是指泥沙被輸送到一個特定點（斷面）的數量，一般是指進入河道的侵蝕物質多少。Lal（1994）認為，土壤侵蝕是指土壤顆粒被擊濺和分離移動的量，不同於淤積或沉積，以及泥沙輸移；土壤流失量是用單位面積和時間表示的量，常用於小區；產沙量是通過小區、田塊、溝槽或流域集水區一定地點流出的侵蝕物質的數量。從這些表述中不難看出，3個概念是有區別的，但在很小的面積內，三者基本一致。而在一般情況下，如進行坡面、流域等的研究，侵蝕量減去沉積量即為產沙量或流失量。在實際應用中，土壤侵蝕量是一個理論值，一般不可能測量得到。更有應用意義的指標是土壤流失量和產沙量。在計算流域的總侵蝕量時，必須考慮泥沙輸移比。如果用流域產沙量推算流域侵蝕量，也要通過泥沙輸移比計算。泥沙輸移比是指流域某一斷面產沙量與該斷面以上流域總侵蝕量的比值，它是0~1的無量綱變量。其值越小，表明流域侵蝕量多沉積在流域內；其值越大，表明侵蝕量多流出流域斷面。例如，黃土高原丘陵區的許多河流泥沙輸移比接近1（龔時旸和熊貴樞，1979；牟金澤和孟慶枚，1982）。

盡管土壤侵蝕量、流失量和產沙量在概念及其內在含義上有一定區別，但在目前土壤侵蝕研究和水土保持實踐中，在沒有指明的情況下三者實際含義相同，常常被混用，如對於坡面而言，坡面土壤侵蝕量就等於坡面土壤流失量，也等於坡面產沙量。在流域尺度上更是如此。不管是侵蝕量、流失量還是產沙量實際上都是侵蝕物質在運移過程中在不同面積尺度和不同輸移距離上的表述，在計算流域泥沙平衡時需要加以嚴格區分。為了定量描述土壤侵蝕，並便於調查計算和科學評價，我們建議一般情況下，使用土壤流失量概念更具有通用性。進入河道後，用輸沙量的概念則更為恰切。統一用坡面土壤流失量、小流域土壤流失量等用語取代坡面產沙量和小流域產沙量、坡面侵蝕量和小流域侵蝕量等稱謂。針對中大尺度流域，用輸沙量較為適宜，如延河流域輸沙量、黃河流域輸沙量，而不用延河流域土壤流失量和黃河流域土壤流失量。因為在大尺度下，下墊面情況變化很大，使用土壤流失量時指意不明。

侵蝕是一個自然過程。隻要地表出露，必然要始終處於不斷地被風化、侵蝕、搬運、堆積過程中，由此形成了各具特色的地貌。由於人類活動介入以後，改變了地表自然生態繫統，毀林毀草開荒，使地表物質自然的移動過程改變，原有的自然平衡被打破，地表物質運移過程加劇，導致土壤資源破壞，形成水土流失災害。因此，許多研究者將侵蝕分為地質（自然或常態）侵蝕和加速侵蝕。**代表性的是Bennett（1939）提出的自然侵蝕（normal erosion）和加速侵蝕（accelerated erosion），他認為自然侵蝕是指不受人類活動干擾時，地表在自然環境下的侵蝕過程。加速侵蝕或非自然侵蝕（abnormal erosion）是指由於人類活動干擾，打破了土壤形成與侵蝕過程的平衡狀態，從而導致土壤被移動的速度大大加快。隻有在進行人類活動影響評價或長時間環境演變等方面研究時，纔需要對自然侵蝕和加速侵蝕予以區分，現在所說的土壤侵蝕都是指加速侵蝕，不必再特別指明加速侵蝕。本書中對土壤侵蝕的論述和評價，統一使用土壤流失量，並主要針對坡面農耕地的土壤流失量估算問題。

二、土壤侵蝕類型

受地理位置和環境特征的決定，黃土高原土壤侵蝕不僅程度強烈，而且表現形式十分復雜。在不同侵蝕營力作用下，土壤遭受破壞及被運移的方式和過程不同，結果形成了不同的形態，同時，對流失量也有不同的貢獻。因此，對土壤侵蝕進行準確的分類，一方面有助於理清土壤侵蝕發生機理，也是進行流失量準確估算的基礎。關於黃土高原土壤侵蝕分類，從20世紀50年代開始，前人已經有過較為繫統的研究。黃秉維（1955）、朱顯謨（1956）、羅來興（1956）、陳永宗等（1988）和唐克麗（2005）等從不同角度論述了黃土高原地區的土壤侵蝕類型劃分及原則。這些成果為後來土壤侵蝕研究及相關圖件的繪制奠定了重要的理論基礎。但由於當時對土壤侵蝕過程機理方面研究成果和試驗觀測數據的匱乏，上述分類中或過分依據地貌形態，或過於關注類型區的劃分，而對不同類型的發生機制及其對總體流失量的貢獻考慮顯得不足。為了適應土壤侵蝕預報研究，以及指導對土壤侵蝕機理深入研究，有必要對土壤侵蝕分類再作繫統討論。

（一）分類目的及原則

進行土壤侵蝕分類是為了深入理解土壤侵蝕發生過程及控制機制，明確侵蝕泥沙來源及其產生方式，從理論和實踐兩方面為土壤流失量估算奠定基礎。*終，針對性明確地服務於水土流失的有效防治工作。因此，不論從理論研究層面，還是生產實踐層面，進行土壤侵蝕分類工作都十分必要。關於土壤侵蝕的分類原則，陳永宗等（1988）在20世紀80年代就明確指出，侵蝕分類與地貌分類一樣，應以成因和形態相結合為原則。形態是指幾何圖形，可以用面積、長寬、高度、坡度和形狀等要素進行表示。成因

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