3.1.1 土壤保持参数因子
(1)降雨侵蚀力因子R
降雨侵蚀力因子R是指降雨引起侵蚀的潜在能力,是土壤流失方程中首要的基础因子。R的大小可以决定于次降雨或多次降雨的量、降雨密度以及持续时间等因素。以流域月降雨量为基础分别计算每一季度的降雨侵蚀力因子。计算公式如下
式中 R——多年平均年降雨侵蚀力[(MJ·mm)/(hm2·h·a)];
——第k半月的多年平均降雨侵蚀力[(MJ·mm)/(hm2·h)];
Pdij——第i年第k半月第j日大于或等于12mm的日雨量(mm);
α、β——回归系数;
——日雨量大于或等于12mm的日平均值(mm);
Pdl——统计时段内第l日大于或等于12mm的日雨量;
k——1年24个半月(k=1,2,…,24);
i——年数(i=1,2,…,N);
j——第i年第k半月日雨量大于或等于12mm的日数(j=1,2,…,m);
l——统计时段内所有日雨量大于或等于12mm的日数(l=1,2,…,n)。
由各雨量站的多年日雨量数据计算站点R后,通过Kriging插值法进行空间内插,得到降雨侵蚀力栅格图层(图略),式中,Ri为月降雨侵蚀力,单位为(MJ·mm)/(hm2·h·a);Pi为月降雨量,单位为mm。
由计算得出桂黔滇2010年1~12月的降雨侵蚀力分布图(图略),从中可以看出降雨侵蚀主要发生在5~6月,尤其是6月降雨侵蚀力能达到2000~3000(MJ·mm)/ha,其他时间侵蚀力较低,2月和3月的降雨侵蚀力。侵蚀力强度呈现东南高西北低的格局。
(2)土壤可蚀性因子K
土壤可侵蚀因子K是指土壤潜在的可侵蚀度量,反映的是土壤的抗侵蚀能力。其大小受土壤理化性质的影响。采用William等用EPIC模型提出了基于土壤有机质和土壤颗粒分析的K值计算方法,计算方法如下
K=0.1317×{0.2+0.3×exp[-0.0256×Sd×(1-S1/100)]}×[S1/(C1+S1)]0.3×
{1.0-0.25×C/[C+exp(3.72-2.95×C)]}×
{1.0-0.7×(1-Sd/100)/[(1-Sd/100)+exp(-5.51+22.9×(1-Sd/100))]}
式中 K——土壤可蚀性因子,为英制单位,乘以0.1317后转换成国际制单位t·h/(MJ·mm·a);
Sd——砂粒含量百分比;
S1——粉粒含量百分比;
C1——黏粒含量百分比;
C——有机碳含量百分比。
(3)地形因子LS
地形因子LS,是指在其他条件相同的情况下,特定坡面(特定坡度和坡长)的土壤流失量与标准径流小区土壤流失量的比值。其值为坡长因子L与坡度因子S的乘积。地形因子的计算采用Arcgis的水文分析模块和地形分析模块进行,通过汇流计算可以得到坡长l,利用坡度分析工具可以得到坡度θ,之后在栅格计算器Raster calculator中采用下列公式进行计算
式中 LS——需要计算的地形因子;
L——坡长因子;
S——坡度因子;
l——单个象元的坡长(m);
m——坡长指数,其确定方法如以下,其中的t代表百分比坡度;θ则代表象元的坡度
桂黔滇的地形因子范围在0~505.72,由于该区域多山地丘陵,LS因子的极大值在全区域均有分布,总体上LS因子趋于低水平。
(4)植被覆盖因子C
植被覆盖因子C是USLE方程中最重要的参数,无纲量,在特定情况下它可以决定土壤侵蚀强度的大小,其大小取决于植被类型、植被长势和植被覆盖度。利用研究区域当年各月中旬的MODIS植被覆盖度数据计算C值。
植被覆盖度因子C的计算在Arcgis软件的Raster Calculator中完成,计算方法如下
式中 C——作物管理及植被覆盖因子,无量纲;
fv——年均植被覆盖度(%)。
植被覆盖度因子C显示了地表植被对地表易受侵蚀的程度的影响,其值在0~1,无量纲量。值越大表示植被阻止侵蚀的能力越弱。全年C值大部分处于0~0.1,1~5月,功能区北部威宁县和赫章县境内植被覆盖度因子大部分处于0.1~0.4。
(5)水土保持因子P
水土保持因子P是一个无纲量,它指的是特定水土保持措施下的土壤流失量与相应未采取措施进行顺坡耕作的土壤流失比值,取值在0~1,值越低代表采取措施的水土保持效果越好。