土壤侵蚀模型研究进展.pdf

土壤侵蚀模型研究进展 1 2 1 1 王韶伟 ，李景玉 ，徐宗学 ，张楠 1. 北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室，北京（100875 ） 2. 中国土地勘测规划院国土资源部土地利用重点实验室，北京（100035 ） E-mail ：wangshaowei@ 摘 要：土壤侵蚀模型是预报水土流失、优化水土资源利用、指导水土保持工作的有效工具， 同时也是非点源污染研究的基础，长期以来受到世界各国的普遍重视。根据土壤侵蚀模型建 模的手段和方法，可将其分为经验统计模型和理论物理模型。对国内外土壤侵蚀模型的研究 进展进行了较为全面的回顾，分析了各个阶段主要土壤侵蚀模型的特点。在此基础上，探讨 了经验统计模型和理论物理模型各自的不足及其面临的问题，并提出了未来模型发展的方向 —— 即通过与GIS 有机耦合开发具有物理机制的分布式土壤侵蚀模型。 关键词：土壤侵蚀；模型；分布式；研究进展 1 引言 我国是一个农业大国，更是一个人口大国，要以有限的土地资源，养活大量的人口。然 而长期以来由于土地、植被资源开发不当，给我国国土资源的质量造成很大的负面影响：水 土流失严重、生态环境恶化、农业生产力降低、干旱洪涝灾害频繁发生、抵御自然灾害能力 不强。据估算，我国因土壤侵蚀造成的经济损失每年在 100 亿元以上[1] 。土壤侵蚀模型能够 较为有效地预报水土流失、指导水土保持工作、优化水土资源高效利用，长期以来倍受国内 外学者的广泛关注[2] 。尤其是近半个世纪以来，随着计算机技术及相关学科的迅速发展和土 壤侵蚀机理研究的不断积累，各国学者在土壤侵蚀方面作了大量卓有成效的工作[3-7] 。近年 来，随着对环境污染问题研究的深入和对点源污染治理的加强，非点源污染在环境污染中所 [8-11] 占的比重越来越高，引起广泛关注，成为研究热点 。降雨径流是引起非点源污染的主要 原因，水土流失是非点源污染的主要形式，水体中的土壤颗粒成为吸附污染物的主要载体 [12] 。因此，土壤侵蚀研究在非点源污染模拟研究中具有重要的地位，土壤侵蚀模拟已成为 非点源污染模拟的基础。本文通过对国内外土壤侵蚀模型研究现状的回顾，分析了土壤侵蚀 模型研究中存在的问题及可能的发展方向。 2 国内外土壤侵蚀模型研究进展 根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法，一般可将其分为经验统计模型和理论物理模型 [13] 。经验统计模型一般不考虑侵蚀产沙过程的物理机制，主要从侵蚀因子角度入手，建立 径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等因素之间的多元回归因 子关系式，由于其结构简单、使用方便，被视为一种有效的土壤侵蚀模拟工具；理论物理模 型以土壤侵蚀的物理机制为基础，借助水文学、水力学、土壤动力学、河流动力学的基本原 理，根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀过程，其特点是能够较为详细地描述土壤侵蚀 发生的物理过程及其机理。国内外的研究大多是围绕着这两方面展开的，只是各个时期的侧 [14] 重点有所不同而已 。 2.1 国外土壤侵蚀模型研究进展 项目名称：国家自然科学基金“渭河流域分布式土壤侵蚀模拟与水沙变异规律”；教育部高 等学校博士学科点专项科研基金“渭河流域水循环变化及其机理研究”（20040027005）。 - 1 - 国外有关土壤侵蚀模型的研究工作大致分为三个阶段： 第一阶段从 1877 年德国土壤学家 Ewald Wolly 定量化研究土壤侵蚀开始到美国的通用 土壤流失方程 USLE （Universal Soil Loss Equation ）建立以前结束。这一阶段的研究工作主 要围绕影响水土流失的单个因子展开，诸如坡度、植被覆盖、坡长等。大量径流试验小区的