[发明专利]土壤风蚀模型建立方法及风蚀快速估算系统

说明书

本发明提供了一种土壤风蚀模型建立方法及风蚀快速估算系统。土壤风蚀模型建立方法将非风蚀地表类型以外的易风蚀地表划分为耕地、林草地、沙地三大类，分别针对不同地表类型建立土壤风蚀量子模型；本发明的风蚀快速估算系统基于DTGIS核心服务平台，为用户提供了GIS查询功能、站点数据管理、风力因子计算、土壤侵蚀模数计算、土壤侵蚀强度分级、时间分析、空间分析等功能服务，支持远程客户端连接和多点同时上传数据。实现了土壤风蚀数据系统化管理和数据可视化管理，可为评价土壤风蚀的危害提供科学依据。

技术领域

本发明涉及防风固沙和绿洲防护领域，具体涉及一种土壤风蚀模型建立方法及风蚀快速估算系统。

背景技术

经过过去几十年的努力，已有若干国家的科学家们提出了不同形式的土壤风蚀预报模型，用于估算风蚀量与评价各种防风蚀措施。建立预报模型的基本思想是用定量函数表达土壤风蚀过程中诸影响因子的作用及其定量关系。根据目前研究成果，风蚀模型可分为物理模型。经验模型和理论模型3类。物理模型需表达土壤风蚀中的各种物理过程，大都含有一些经验系数。但是，描述各种下垫面条件下气流作用的物理特征目前仍然是科学界难以解决的问题。经验模型的边界条件仅限于建模时的一系列实验条件，同时需要严格控制的实验来确定基本系数。理论模型具有较广泛的适应性，但取决于模型所采用的理论与假设的正确性。例如桑伦森 (Sorensen)提出的分析模型应用了颗粒运动轨迹、气流调整以及颗粒—床面碰撞等方面的理论。

实际上，截止目前所提出的各种模型无一可以被广泛接受。应用者需根据自己的目的以及可获得的资料情况来具体采用。其原因在于，经验模型缺乏可靠理论与物理过程基础，而理论模型又缺乏实验与实地观测的佐证，物理模型又缺乏对风沙物理过程各环节的清晰掌握。

国外方面：风蚀模型以经验模型为主，通过对比比较发现，国外的模型是依托于当地特有的自然环境状况而建立起来的，如果将模型照搬到国内，必然会有大的偏差。

(1)WEQ模型。进入20世纪60年代，土壤风蚀研究逐渐从理论研究向实践应用转变，W.S.Chepil与N.P.Woodruff总结了20多年来在美国大平原地区的研究成果，在此基础上N.P.Woodruff和F.H.Sid-doway建立了世界上第一个通用风蚀方程WEQ。WEQ是第一个用于估算田间年风蚀量的模型，该模型包含5组11个变量，即气候因子、土壤可蚀性、土壤表面粗糙度、田块长度以及作物残留量，其中前二者为最重要的因变量。该公式可用于计算在当地气候条件下任一田块的潜在风蚀量，以及可以作为确定地表粗糙度、土壤条件、植被覆盖、遮蔽条件的依据，或是作为减少风蚀到可容许程度所需要田块宽度与排列方向的依据。WEQ模型可表示为：

E＝f(I，C，K，L，V)

式中：E为土壤年风蚀量[t/(hm²·a)]，I为土壤可蚀性(t/hm²)，C 为气候因子，K为土壤粗糙度因子，L为田块裸露长度(m)，V为植被因子。

WEQ模型的各变量关系十分复杂，不能以简单明确的数学公式来表达，为了求解WEQ的各种函数关系，E.L.Skidmore等于1970年用FOR-TRAN语言设计程序和滑动计算尺来方便该模型的应用。

WEQ模型是建立在大量野外观测基础上的风蚀预报模型，随着时间的推移，随着新资料的积累与新技术手段的采用，WEQ的局限性也日渐明显，主要表现在两个方面：①WEQ模型是建立在Kansas州Garden city的气候条件基础上的，显然这一地区的气候与其他地区有着不同程度的差异，从而使得模型计算结果误差很大；②WEQ将气候因子、土壤可蚀性等因子均视为彼此独立的，而未考虑各种风蚀因子之间的复杂关系，各因子简单的乘积并不能完全而地表达风蚀的总体效应。因此WEQ不适用于作为我们研究区的模型，但是WEQ首次引入了综合性思想来预报风蚀，不仅被广泛地采用，而且为此后的风蚀预报的深入发展提供了良好的思路、借鉴与参考。

(2)Pasak模型。这是由Pasak于1973年提出，旨在预测单一风蚀事件，其模型形式为：