土壤侵蚀模型在黄土高原水土保持实践中的应用研究

韩 波

（蓝田县水利水保工作站，陕西 蓝田 710500）

土壤侵蚀是世界上严重的环境和土地退化问题之一。近些年来，随着全球环境问题的逐渐加剧，我国加强了对土壤侵蚀问题的重视。减少水土流失，做好水土保持工作，对经济以及环境的发展，都具有重要意义，且具有一定的社会价值。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段，土壤侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具，具有较高的应用价值。

1 土壤侵蚀模型

土壤侵蚀模型指的是对土壤侵蚀情况进行分析与研究的模型，从19世纪开始，便已被应用于土壤侵蚀的研究过程中。但是在应用的最初阶段，这一模型仅限于对土壤表面情况进行观察，并对水土情况进行定性描述。随着相关技术发展水平的提高，进入到20世纪30年代后，对这一模型的应用逐渐成熟，开始能通过力图的方式，呈现侵蚀报告[1]。计算机技术兴起并普及后，土壤侵蚀模型的应用效果得到了前所未有的改善，模型开始从集总式向分布式过渡，用于评价水土保持的结果，呈现方式也体现出了多元化的特点。因此，我国环境领域开始高频率应用这一模型，为环境问题的解决奠定基础。

2 土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用

2.1 调查区域土壤侵蚀情况

土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用价值之一，便在于调查区域土壤的侵蚀情况。1934年“黑风暴”的产生，受到了世界各国的广泛关注，各国均加强了对土壤侵蚀问题的重视，首次对土壤侵蚀的调查逐渐展开。随着研究逐渐深入，环境领域借助土壤侵蚀模型而制定的区域土壤侵蚀报告，也逐渐出现在公众的视野中。据报道，1982—2007年间土壤侵蚀量减少了43%，而水蚀模数从1982年的896.7t/（km2·a）降到了2007年的605.3t/（km2·a），风蚀模数从739.8t/（km2·a）降到了470.8t/（km2·a）[2]。其中可以看出，将土壤侵蚀模型应用到区域土壤侵蚀调查中，可以有效判断出当地土壤侵蚀的发展状况以及脉络。

2.2 分析水土保持环境效益

将土壤侵蚀模型应用到水土保持中，同样能实现对水土保持环境效益的分析。水土保持评价过程中，常见的评价内容包括耕地、草地、湿地与野生动植物栖息地。上述四种评价内容之中，应用土壤侵蚀模型，能判断出耕地的面积变化特征、草地是否存在退化、解湿地面积是否增加以及野生动植物栖息地面积是否足够等问题。为了达到上述目的，在应用模型的过程中，需要首先以NRI草地抽样点数据作为基准，建立模型数据库，然后利用草地土壤侵蚀模型RHEM模拟当地水土保持情况，最终通过模拟结果分析水土保持可能产生的环境效益[3]。

3 土壤侵蚀模型在黄土高原水土保持实践中的应用

3.1 水土迁移过程

影响黄土高原水土保持情况的因素，包括水力侵蚀与重力侵蚀两种，具体表现包括受降雨、河流径流、受重力影响出现的土壤剥离以及土壤沉积等。在上述因素的共同作用下，水土极容易发生迁移。在黄土高原坡面上，导致水土流失发生的原因，以降雨渗透为主。调查显示，近些年来黄土高原的坡长逐渐增加，同样与降雨所导致的土壤迁移存在联系。常见的重力侵蚀主要包括滑坡、崩塌等形式。滑坡与崩塌的发生，与当地土体的结构存在一定的联系。因此，了解迁移过程，对解决黄土高原水土流失问题，提高水土保持水平，具有重要价值。

3.2 模型的建立

（1）模型类型。采用土壤侵蚀模型对黄土高原水土保持情况进行分析前，需要建立模型。

该模型一般可以分为经验统计模型与物理成因模型：经验统计模型是通过试验观测资料和数理统计技术，选定影响土壤侵蚀的相关因素，得出计算土壤流失量的方程式；物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础，利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理，根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程，从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量[4]。

两者之中，前者又被称之为“黑箱”或“灰箱”模型，要求工作人员在整理过去当地水土流失数据的基础上，建立相应的模型以及计算公式，最终制定出模型，为当前的水土保持情况提供参考。后者强调对区域当地水土流失的过程进行模拟。需要注意的是，经验统计模型经验公式结构简单、计算方便，且在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度，但是模型被移植到其他区域使用及向建模条件外延时，模型精度难以控制，模型的实用性容易受到影响。物理成因模型的建立难度较高，模型参数的确定，对精准度的要求同样较高。

（2）模型结构。本次研究主要从集总式和分布式两种结构型式来分析土壤侵蚀模型：集总式模型是将流域系统作为整体来考虑，用一系列的参数反映全流域的各种下垫面条件和水流泥沙物理过程；分布式模型是将流域系统划分为若干个相对均匀的单元流域，每个单元上都有反映下垫面条件和水流泥沙过程的参数，分块分过程模拟，最后集成。两种结构之中，应用前者时需要首先确定水土流失的影响因子（通常情况下，该因子为确定值，一般以土壤属性以及地形等为主）。根据黄土高原空间的不同，这一因子同样存在差异，因此影响因子具有不确定的特点。应用分布式结构时，需要将黄土高原分为多个不同的单元，以单元为单位，对模型进行运行。两种结构相比，前者参数多，结构复杂，后者灵活性大，适应性强。

（3）模型尺度。不同的土壤侵蚀模型，适用性不同。通常情况下，如果黄土高原待评定水土保持情况这一区域的空间尺度已经确定，且评定时间也已确定，则模型的选择会存在较大的限制。在选择模型尺度时，可以在空间尺度上将其划分为坡面、小流域和区域三个不同层次。此外，还可以以评价时间作为依据，将其分为次、日、季、年等模型。选择模型尺度时，需要坚持便利性原则。简言之，需要保证此尺度能够最有利于快速获取区域水土保持评定结果。

3.3 模型的选取

目前，应用于评价黄土高原水土保持情况的土壤侵蚀模型有30余种[5]，不同的模型，其类型、尺度以及结构都存在差异。以A代表经验统计模型，B代表物理成因模型，C代表集总式模型，D代表分布式模型，则不同土壤侵蚀模型的特征差异详见表1。

表1 不同土壤侵蚀模型的特征差异

3.4 模型的评估

在了解各项模型的特点后，需要根据黄土高原待评价空间的不同，选取模型。此外，还需要根据相应标准，在严格控制精确度的基础上，描述土壤侵蚀的过程。除考虑上述因素的外，还需要保证模型应用最为便利，且能最准确地还原区域的土壤侵蚀情况。另外，模型评估的过程中，还需要充分利用情景分析能力，对当地的气候变化、土地情况以及水土保持情况的影响进行分析，如此方可得出比较可靠的评价结果。

3.5 分析与建议

朱元骏、贾小旭和邵明安[6]量化并估算了黄土厚度及空间分布，为土壤侵蚀模型在黄土高原水土保持实践中的应用奠定了基础。基于土壤侵蚀模型的黄土高原水土保持分析结果见图1。

图1 基于土壤侵蚀模型的黄土高原水土保持分析结果

黄土高原上不同区域的黄土厚度存在较大的差异：黄土厚度小的区域，主要靠近平原边缘，判断可能与坡面出口径流侵蚀等因素有关；黄土厚度大的区域，则一般存在植被。由此可见，为解决黄土高原水土流失的问题，需要积极落实植树造林种草工作。

4 结论

文章对土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用研究，能为水土流失治理提供指导，有助于减轻土壤侵蚀问题，改善自然环境。在未来，以黄土高原为例的各个存在水土流失问题的区域，均应积极借助土壤侵蚀模型，对当地的水土保持现状进行分析研究，并依据结果制定有针对性的应对策略及治理措施，为水土保持治理奠定基础。