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基于GIS城市土壤侵蚀量的计算

作　者: 张东升
导　师: 蒋先军
学　校: 西南大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 土壤侵蚀 RUSLE GIS 武汉市
分类号: S157
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着水土流失的发展,城市水土保持受到了广泛的关注,城市化不断发展,给城市带来了严重的水土流失,因此,研究城市的水土流失特征及其影响因素,对于当地土壤侵蚀的防治和实现生态恢复具有重要的理论指导意义。文章以位于江汉平原的武汉市为研究对象,以研究区降雨、地形、土壤等为数据基础,运用GIS和RUSLE模型,分别从研究区水土流失总体现状、各水土保持类型区土壤侵蚀现状和不同土地利用类型土壤侵蚀现状等几个方面对研究区土壤侵蚀特征做出分析；估算了研究区潜在土壤侵蚀量并评估了各土地利用类型的土壤保持能力；基于研究区土壤侵蚀的特征和各地类土壤保持能力特征提出研究区土壤侵蚀控制措施。研究得到的主要结论如下：(1)研究区的平均土壤侵蚀模数为2075t/km2·a,属于轻度侵蚀级别,远大于水利部颁布的西南土石山区土壤允许侵蚀模数500t/km2·a,研究区轻度水土流失面积呈明显的下降趋势,4年来面积减少了399.44km2,中度、强烈水土流失面积下降幅度不大,4年来面积分别减少了16.37km2和1.82km2。这说明几年来研究区内水土保持治理取得了明显成效,但同时也说明近年来研究区水土保持治理的工作重心主要集中在强烈以下流失治理方面,水土流失治理的任务仍十分艰巨。研究区内强烈以上的土地面积只占研究区总面积的1.53%,但其侵蚀量却占区域侵蚀总量的26.94%,且极强烈和剧烈流失面积有一定程度的增加,主要是因为人为活动干预强烈,例如陡坡耕地以及工矿用地不合理开采所致。此外,中、轻度侵蚀等级侵蚀区的面积所占比重均最大,主要是旱地的不合理的利用导致,是需要重点进行治理的区域。(2)从各水土保持类型区土壤侵蚀的分布来看,研究区内重点治理区的侵蚀面积为895.96km2,占全部侵蚀面积的58.63%,土壤侵蚀模数2780t/km2·a,水土流失以中度侵蚀为主,旱地是水土流失的主要占地类型,极强烈流失面积较小,主要发生在未利用地,剧烈流失大部分发生在该区域,主要发生在坡度较大的旱地、来利用地和工矿用地。重点预防保护区的土壤侵蚀模数1013t/km2·a,水土流失以轻度侵蚀为主,主要发生在坡度较小的旱地与工矿用地,该区无剧烈水土流失等级。重点监督区的土壤侵蚀模数为1230t/km2·a,水土流失以轻度为土,未利用地是极强烈以上水土流失的主要占地类型。因此,重点治理区仍然是研究区主要采取水土流失治理的区域,早地、工矿用地与未利用地即为水土流失最为严重的土地利用类型。(3)从侵蚀面积、侵蚀强度和侵蚀量的分布来看,研究区各种土地利用类型侵蚀面积从大到小依次是旱地、灌木林地、林地、工矿用地、未利用地、草地和城镇居民用地,旱地占侵蚀总面积的60.16%,以轻度侵蚀为主。从侵蚀量比例来看,旱地所占的侵蚀量比例最大,占研究区土壤侵蚀总量的80.58%,其次是工矿用地、未利用地,分别占研究区侵蚀量的5.25%和5.01%,其他土地利用类型所占侵蚀量比例很小。可见旱地、工矿用地和未利用地是影响研究区土壤侵蚀的主要土地利用类型。旱地和工矿用地的年均土壤侵蚀量分别为2555749.0 t/·a、166428.6t/·a,旱地属中度侵蚀,工矿用地属于轻度侵蚀,如能将旱地与工矿用地降低到微度侵蚀,则研究区土壤侵蚀量至少可减少100万t。因此,研究区水土流失治理的关键是实现区域内旱地、未利用地与工矿用地的合理利用。(4)从潜在侵蚀与实际侵蚀量对比来看,研究区总体水土保持能力比较强。研究区内旱地占侵蚀面积比例较大且坡度相对较大,导致潜在侵蚀总量最大。从土壤保持能力来看(土壤保持模数与实际侵蚀模数之比),保持能力最大的土地利用类型是灌木林、林地和草地,分别达到7.80、7.13、7.72,其次是城镇居民用地,达到4.14,旱地、未用地和工矿用地的保持能力最弱,其值分别是1.62、2.57和2.61。灌木林、林地、草地的土壤保持能力最强,灌木林、林地、草地的实际侵蚀模数特别只有600t/km2a左右,属于轻度侵蚀,而土壤保持模数达到4000t/km2a以上,因此两者比值很大；城镇居民用地的土壤保持能力较强是因为研究区居民区全部硬化,属于微度侵蚀。旱地、未利用地的土壤保持能力最弱,原因是地表裸露,没有植被的保护也缺乏有效水土保持措施,工矿用地的土壤保持能力也较弱,是因为工矿用地不合理开采以及较陡地形所致。(5)研究区域内土壤侵蚀量的主导因素是该地区的土地利用类型,这意味着RUSLE方程中取决于土地利用类型的植被覆盖管理和水土保持措施两因子的变化会对研究区土壤侵蚀引起较为显著的影响。因此控制研究区土壤侵蚀防治的关键是调整其土地利用结构,把植被覆盖率低和管理水土保持措施差的地类进行合理改造。旱地合理配置沟、池等坡面水系及便道工程,达到防洪、减蚀、灌溉、方便耕作的要求,减轻水土流失,中心城区水土保持措施主要是对滨湖、道路、开发建设项目区、堤防和城镇居民区辅以必要的工程措施和植物措施。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-11
第一章文献综述  11-17
  1.1 国内外城市水土保持的研究  11-12
  1.2 城市水土流失的特点  12-14
    1.2.1 城市水土流失的普遍性  12-13
    1.2.2 城市水土流失的严重性  13
    1.2.3 城市水土流失的特殊性  13
    1.2.4 城市水土保持存在的问题  13-14
  1.3 土壤侵蚀预测与GIS的应用  14-17
    1.3.1 土壤侵蚀预测  14
    1.3.2 GIS的应用  14-17
第二章立项依据及研究内容  17-21
  2.1 立项的依据及意义  17
  2.2 研究目标  17
  2.3 研究内容  17
  2.4 研究方法  17-19
    2.4.1 水土流失预测模型  17-18
    2.4.2 GIS运行平台  18
    2.4.3 坐标投影的转换  18
    2.4.4 数据格式的统一  18-19
    2.4.5 空间叠加分析  19
    2.4.6 DEM模型  19
  2.5 技术路线  19-21
第三章研究区概况  21-25
  3.1 地理位置  21
  3.2 气候  21-22
  3.3 水系  22
  3.4 地形  22
  3.5 地貌  22-23
  3.6 土壤  23-25
第四章水土流失模型参数计算  25-37
  4.1 降雨侵蚀力因子R计算  25-26
  4.2 土壤可侵蚀性因子K计算  26-29
  4.3 DEM的生成及坡长坡度因子LS计算  29-32
    4.3.1 DEM数据生成  29-31
    4.3.2 坡度坡长因子LS计算  31-32
  4.4 植被与经营管理因子、水土保持因子CP计算  32-37
    4.4.1 植被覆盖度计算  32-33
    4.4.2 土地利用分类  33-34
    4.4.3 CP因子计算  34-37
第五章土壤侵蚀特征分布  37-45
  5.1 水土流失总体现状分布  37-39
  5.2 各水土保持类型区土壤侵蚀现状分布  39-40
  5.3 不同土地利用类型土壤侵蚀状况分布  40-41
  5.4 研究区潜在土壤侵蚀量的计算  41-43
  5.5 城市土壤侵蚀控制措施  43-45
第六章结论与建议  45-47
  6.1 结论  45-46
  6.2 建议  46-47
参考文献  47-51
致谢  51-52
在校期间发表的论文及参与科研项目  52

基于GIS城市土壤侵蚀量的计算

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