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的大小可以决定一次降雨或多次降雨的量、降雨密度以及持续时间等因素。以半日降雨量为基础分别计算每半月的降雨侵蚀力因子,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(mm);
k——1年12个月(k=1,2,…,12);
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)。
Ri——月降雨侵蚀力[(MJ·mm)/(hm2·h·a)];
Pi——月降雨量(mm)。
根据2010年各雨量站的多年日雨量数据计算站点R后,通过IDW插值法进行空间内插,得到每个月降雨侵蚀力栅格图层(图略)。
在藏东南地区,从东南向西北方向,降雨侵蚀力逐渐减少。从时间上看,6~8月份降雨侵蚀力最高,这个和降雨量的变化密切相关。降雨大的时候降雨侵蚀力越大。
2000年、2005年各月降雨侵蚀力栅格图层获取方法同2010年。2000年、2005年降雨侵蚀力因子分布图(略)。
(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);
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。
藏东南地区可蚀性因子普遍较低,大部分地区的可蚀性因子在0.2t/(km2·a)以下。
(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Rastercalculator中采用下列公式可以计算得到地形因子LS。其计算公式为
LS=(1/22)0.3×(θ/5.16)1.3
l=m×cosθ
式中 l——坡长(m);
θ、t——角度坡度和百分比坡度;
m——地表面沿流向的水流长度。
藏东南地区总体上地形因子分布表现为北部高、南部低;其均值为17.39,区域间变异系数为172.74%,处于强变异水平,表明空间差异较强。
(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。MODIS250m分辨率植被覆盖度产品,取其每月中旬数据作为C因子参数,利用下列公式计算植被覆盖度因子;由此分别计算出每个月的植被覆盖度因子,即
fv=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)
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(%);
NDVImin、NDVImax——整个植被生长季节归一化植被指数NDVI的最小值和最大值。
2000年、2005年、2010年C值计算结果分布图(略)。
2010年功能区植被覆盖因子在3~8月逐渐降低,8月份之后逐渐升高;由植被覆盖因子计算公式可以看出,植被覆盖度与C因子成反比例关系。植被覆盖率越低,植被覆盖因子则越高。
(5)水土保持因子P
水土保持因子P是一个无量纲量,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,其值越低代表采取措施的水土保持效果越好,而1则代表没有采取任何保持措施。P值的大小参阅大量文献中试验成果,结合功能区实际情况来确定。
P=0.2+0.03α
式中 P——土壤保持措施因子,无量纲;
α——坡度百分比。
2000年、2005年、2010年P值计算结果分布图略。
在藏东南地区,绝大部分地区的P值较高,这是因为这些地区人烟稀少,人类活动对自然影响很小,因此P值普遍较高。