基于gis的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其具體過程為：把流域劃分為若干柵格單元，作為計算單元；利用土壤侵蝕試驗觀測研究成果和認識，基于土壤侵蝕試驗觀測數(shù)據(jù)，提取關于土壤侵蝕的相關各因子；將上述各因子進行分析總結(jié)，建立侵蝕因子圖集，完成對每個柵格單元土壤侵蝕量的估算；基于土壤侵蝕空間變化分析，完成對流域土壤侵蝕狀況的評價和分析。本發(fā)明考慮了土壤侵蝕及其因子的空間不均勻性，因而將坡面模型與GIS集成，完成每個單元的運算，并適當考慮了物質(zhì)傳輸和遷移，完成了對土壤流失的分布計算，輸出了土壤侵蝕圖。
【專利說明】基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及區(qū)域土壤侵蝕領域，尤其涉及一種基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤侵蝕是一個多時空尺度過程，土壤侵蝕的分布具有明顯的時空變化特征，科學進行土壤侵蝕防治則需要研究其時空變化規(guī)律。土壤侵蝕模型包括經(jīng)驗模型，即從侵蝕產(chǎn)沙的基本成因出發(fā)，依據(jù)實際觀測資料，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)驗關系式。
[0003]目前USLE模型具有較廣的應用范圍，其可以為土地利用規(guī)劃者、水保專家估算不同土壤、坡長、坡度、作物管理條件下的土壤流失率，并確定可供選擇的土地利用措施，以使土壤流失率限制在允許流失量以內(nèi)。但是該模型的應用具有地域性，需要根據(jù)不同的地域特征進行修正和完善。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，已存在充分考慮地域差異的模型，其對全國進行分區(qū)建模，同時考慮徑流、降雨、水土保持措施對侵蝕的影響，但該模型仍屬于集總模型，無法反應區(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，模型基于一定的水土保持水平下統(tǒng)計分析結(jié)果，當水土保持措施發(fā)生變化時，需要重新測定。
[0005]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其具體過程為:其具體過程為:
[0008]步驟1，把流域劃分為若干柵格單元，作為計算單元；
[0009]步驟2，利用土壤侵蝕試驗觀測研究成果和認識，基于土壤侵蝕試驗觀測數(shù)據(jù)，提取關于土壤侵蝕的相關各因子；
[0010]步驟3，將上述各因子進行分析總結(jié)，建立侵蝕因子圖集，完成對每個柵格單元土壤侵蝕量的估算；
[0011]步驟4，基于土壤侵蝕空間變化分析，完成對流域土壤侵蝕狀況的評價和分析；
[0012]所述步驟4中采用的評價模型的基本形式如下述公式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)所示，其為:
[0013]Ac=f (R，K，LS, BET, g, w)(1-1)
[0014]w=f (Vegcov, wind)(1-2)
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，其具體過程為: 步驟I，把流域劃分為若干柵格單元，作為計算單元； 步驟2，利用土壤侵蝕試驗觀測研究成果和認識，基于土壤侵蝕試驗觀測數(shù)據(jù)，提取關于土壤侵蝕的相關各因子； 步驟3，將上述各因子進行分析總結(jié)，建立侵蝕因子圖集，完成對每個柵格單元土壤侵蝕量的估算； 步驟4，基于土壤侵蝕空間變化分析，完成對流域土壤侵蝕狀況的評價和分析； 所述步驟4中采用的評價模型的基本形式如下述公式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)所示，其為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，在上述步驟2中，提取關于土壤侵蝕的相關各因子的過程為: 步驟21，計算降雨侵蝕力因子R ； 步驟22，計算土壤可蝕性因子K ； 步驟23，計算地形因素，包括坡度因子S、坡長因子L、坡度坡長因子LS ； 步驟24，計算水土保持措施因子，包括:植物措施因子B ;工程措施因子E ;耕作措施因子T ； 步驟25，計算流域溝蝕因子g ； 步驟26,計算流域風蝕量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，在上述步驟21中計算降雨侵蝕力因子R，利用區(qū)域氣象觀測資料，按照下述公式(2-1)、(2-2)和(2-3)計算，
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，在上述步驟22，計算土壤可蝕性因子K時，根據(jù)得到的土壤類型數(shù)據(jù)圖為數(shù)據(jù)依據(jù)，按照下述公式(2-4)進行計算，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，坡度因子算法如公式(2-5)，
S=I0.8sinθ+0.03
S=16.8sinθ-0.05θ〈5。
S=21.91sin θ-0.965° ≤ θ <14° (2-5) 坡長因子算法如下，θ≥14° m=0.2 θ ^ 1° L=U /22.1)-111=0.31°〈 θ ≤ 3。(2-6) m=0.43°〈 θ ≤ 5。 m=0.5 θ >5° 式中，S為坡度因子；θ為坡度；L為坡長因子；入為由DEM提取的波長；m為坡長指數(shù)，22.1為22.1m標準小區(qū)坡長；α為坡度坡長指數(shù)，黃土高原取值0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，植物措施因子B根據(jù)土地利用圖和植物蓋度圖，利用N DVI根據(jù)下述公式(2-7)計算，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，工程措施因子E根據(jù)下述公式(2-9)計算，
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于， 計算流域溝蝕因子g，在無植被覆蓋的黃土坡條件下，溝蝕因子g主要受降雨因素和地形即坡度的影響，參見公式(2-10)所示， G=l+1.60sin( Θ-15)(2-10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，根據(jù)上述各因子的計算結(jié)果，通過圖形計算代數(shù)方法將上述各因子圖層相乘，完成CSLE模型，得到土壤侵蝕模數(shù)圖， 在獲取土壤侵蝕模數(shù)后，對計算結(jié)果進行精度驗證，采用確定性系數(shù)法進行精度驗證，所述確定性系數(shù)法，用來描述計算值對目標值擬合精度的無量綱統(tǒng)計參數(shù)，一般取值在0-1之間確定性系數(shù)E的計算公式2-11)所示，
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于GIS的中尺度流域土壤侵蝕時空動態(tài)分析方法，其特征在于，在上述步驟23中，計算地形因素的過程為: 步驟31，首先建立孤山川流域的DEM，采用原始數(shù)據(jù)是1:5萬地形圖，生成IOm分辨率的 Hc-DEM ； 步驟32，提取坡度和坡長，本發(fā)明對坡度的提取采用D8算法，若得到值為0，則將柵格值賦值為0.1°，以確保柵格之間徑流連續(xù)，生成坡度圖； 坡長計算首先通過DEM進行填挖運算得到填挖后的DEM圖，再計算其流向，通過運行流向圖來計算流域的柵格坡長，同時結(jié)合坡度圖確定坡面的徑流原點及徑流終點； 在具體計算時，徑流終點計算的標志用2.75°的坡度來實現(xiàn)，再根據(jù)計算的柵格坡長結(jié)合徑流原點及徑流終點來設置坡長，再次結(jié)合坡度圖計算坡長指數(shù)，由坡長指數(shù)與流向圖進行迭代計算得到流域的累計坡長，并最終獲得流域坡長圖； 步驟33，根據(jù)上述式(2-5)、(2-6)計算坡度因子S，坡長因子L和坡度坡長因子LS。
【文檔編號】G01N33/24GK103940974SQ201410058769
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】張宏鳴, 楊勤科, 李書琴, 韓文霆, 黃玉祥, 王美麗, 劉晴蕊, 程琳 申請人:西北農(nóng)林科技大學