[发明专利]一种基于改进的K-RUSLE模型与成土速率计算土壤侵蚀的方法

说明书

本发明提出了一种基于改进的K‑RUSLE模型与成土速率计算土壤侵蚀的方法，包括如下步骤：①获取数据；②计算降雨侵蚀力；③计算侵蚀模数；④裁剪岩性；⑤计算喀斯特成土速率；⑥检验土壤侵蚀模数；⑦校正土壤侵蚀模数。本发明将喀斯特与非喀斯特土壤侵蚀量分别进行处理，对降雨侵蚀力因子进行喀斯特化，能够有效地剔除未产生侵蚀的降雨量，使降雨侵蚀力的结果更加精确；基于成土速率的阈值，对理论土壤侵蚀模数进行有效性检验同时，亦进行错误校正，能够显著的提升土壤侵蚀结果的准确率。

技术领域

本发明涉及一种基于改进的K-RUSLE模型与成土速率计算土壤侵蚀的方法，属于水土保持和生态环境监测领域。

背景技术

准确的定量土壤侵蚀的时间和空间分异规律，明确其发生强度，区域类型，对有效地实施水土保持工作和预防水土流失具有重要科学价值。特别是在喀斯特生态敏感脆弱区，对土壤侵蚀进行准确量化是非常缺乏的。

首先，基于RULSE土壤侵蚀模型和GIS、RS技术，获取土壤侵蚀各因子，研究土壤侵蚀模数、侵蚀量、侵蚀强度的时间和空间演变特征是土壤侵蚀常用的研究方法。但是在传统的RULSE模型算法中，降雨侵蚀力的计算有着很大的局限性。因为在实际的降雨过程中并不是每一场的降雨都会产生土壤侵蚀，只有在降雨达到一定的阈值时土壤侵蚀才会发生，而阈值的大小由下垫面的地质背景特征所决定。因此，针对不通的地质背景对传统的RULSE模型进行改进是非常必要的。

其次，就喀斯特地区而言，由于其岩石的可溶性，使得喀斯特地区比非喀斯特地区具有更多的空隙，在降雨产流的过程中，消耗在填洼上的雨量远远大于非喀斯特区域，因而在喀斯特地区产生有效侵蚀的降水阈值要远大于非喀斯特地区。在现有的涉及到喀斯特区域的土壤侵蚀研究中，前人研究虽然认识到喀斯特有别的非喀斯特的特殊地质背景，但在实际的土壤侵蚀研究过程中仍然未能提出有效的解决措施，仍是借用非喀斯特土壤侵蚀的研究方法进行喀斯特土壤侵蚀研究，这种计算方法会造成研究结果的错判和误判，针对上述的问题，本发明首先对降雨侵蚀力因子进行了改进。

再次，在对土壤侵蚀结果分析时，大部分的研究并未考虑研究区土壤侵蚀可承受阈值即成土速率的大小，并未对研究结果进行检验与校正，研究结果的可靠性难以确定，因而不能充分表征土壤侵蚀对生态环境的胁迫性，特别是不能精准地对土壤侵蚀的风险进行有效评估。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于改进的K-RUSLE模型与成土速率计算土壤侵蚀的方法，该方法通过将喀斯特与非喀斯特日降水量分别以不同阈值进行初步筛选，对降雨侵蚀力因子进行不同的地质差异化处理，能够有效地剔除未产生侵蚀的降雨量，使降雨侵蚀力的结果更加精确。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种基于改进的K-RUSLE模型与成土速率计算土壤侵蚀的方法，包括如下步骤：

①获取数据：从数据库中提取日降水量数据、土壤质地与有机质含量、数字高程模型、归一化植被指数、土地利用类型以及岩性矢量数据、碳酸盐岩溶蚀速率、酸不溶物含量百分比、碳酸盐岩含量百分比、碳酸盐岩密度、非碳酸盐岩成土速率，并将上述数据投影到统一坐标系中；

②降雨侵蚀力改进计算：对获取的全年日降水量数据以预定阈值筛选并计算，通过插值得到不同地质背景区域的降雨侵蚀力栅格图层；

③理论侵蚀模数计算：将不同地质背景区域的降雨侵蚀力栅格图层带入RULSE模型之中，计算出不同地质背景区域的理论侵蚀模数；

④岩性裁剪：利用岩性矢量数据对土壤侵蚀模数图层进行裁剪，分别得到喀斯特区域的土壤侵蚀模数图层和非喀斯特区域的土壤侵蚀模数图层；

⑤喀斯特成土速率计算：针对喀斯特区域的土壤侵蚀模数图层对应的数据，利用碳酸盐岩溶蚀速率，酸不溶物含量百分比，碳酸盐岩含量百分比，碳酸盐岩密度，非碳酸盐岩成土速率，计算岩石风化成土速率图层；