[發明專利]一種基于RUSLE的區域土壤侵蝕定量評價方法

在審

• 申請號: 202110547287.X
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113313296A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 黃發明;陳佳武;葉舟;潘李含;陳世軒;嚴俊
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 南昌青遠專利代理事務所(普通合伙) 36123
• 代理人: 劉愛芳

1.一種基于RUSLE的區域土壤侵蝕定量評價方法，其特征在于：包括以下步驟，

S1：收集整理研究區域相關的多源數據；

S2：對多源數據預處理，并提取季節性降雨侵蝕力R_i因子、季節性植被覆蓋與管理因子C_i因子和考慮坡度的水土保持措施P_SUSLE因子以及其他土壤侵蝕評價因子，并在ARCGIS軟件中統一各土壤侵蝕評價因子的空間分辨率；

S3：基于各土壤侵蝕評價因子和RUSLE模型構建SUSLE模型，獲取研究區各柵格單元土壤侵蝕量，并將研究區分為極低、低、中、高和極高等五個侵蝕等級，獲取土壤侵蝕分級圖。

2.根據權利要求1所述的一種基于RUSLE的區域土壤侵蝕定量評價方法，其特征在于：步驟S1中的多源數據包括研究區雨量站點的日降雨量矢量數據、土的物理性質矢量數據、數字高程模型(DEM)柵格數據和Landsat TM遙感影像。

3.根據權利要求1所述的一種基于RUSLE的區域土壤侵蝕定量評價方法，其特征在于：步驟S2中通過對多源數據進行預處理來提取季節性降雨侵蝕力R_i因子、季節性植被覆蓋與管理因子C_i因子和考慮坡度的水土保持措施P_SUSLE因子以及其他土壤侵蝕評價因子，步驟如下：

1)通過對研究區雨量站點的日降雨量矢量數據進行預處理，根據Wischmeier等提出的基于多年月均和年均降雨量的降雨侵蝕力R值計算公式來得到各雨量站點下的各季節降雨侵蝕力R_i值，并在ARCGIS軟件中通過反距離權重插值方法來得到各季節降雨侵蝕力R_i因子圖；Wischmeier等提出的R值計算公式如下：

式(1)中：R為多年平均降雨侵蝕力因子；i是月份；p_i是第i月均降雨量；p為年均降雨量；此外，ARCGIS軟件中反距離權重插值方法表示被評估單元塊的屬性與其周圍一定距離內已知點的屬性有關，并且這種關系與已知點到被估單元塊中心點距離的n次冪成反比；相應的計算公式如下：

式(2)中：Z_o表示估計值；z_i為第i(i＝1，2，3···n)個樣本的屬性值；p為距離的冪，它顯著影響內插的結果，它的選擇標準是最小平均絕對誤差；D_i為評估單元塊到被評估單元塊之間的距離；

2)通過對研究區Landsat TM遙感影像數據進行預處理，選取各季節代表性LandsatTM遙感影像，并在ENVI 5.3軟件中獲取各季節歸一化植被指數(NDVI)圖；之后，通過歸一化植被指數(NDVI)圖來得到各季節植被覆蓋與管理C_i因子圖；NDVI的計算公式如下：

NDVI＝(NIR-R)/(NIR+R) (4)

式(4)中：NIR和R分別表示Landsat TM影像的近紅外波段和紅波段；

植被覆蓋與管理C因子的計算公式如下：

f_c＝(NDVI-NDVI_min)/(NDVI_max-NDVI_min) (6)

式(5)和(6)中：f_c為植被覆蓋度；NDVI表示單位像元內植被的覆蓋情況、植被的生長狀況等；NDVI_min,NDVI_max分別表示裸露地表或無植被覆蓋的NDVI值和完全覆蓋植被的NDVI值；

3)通過對研究區Landsat TM遙感影像數據進行預處理，主要對獲取的Landsat TM遙感影像進行幾何精度校正和配準，并進行遙感分類提取和人工解譯，獲得研究區土地利用圖；通過結合坡度與土地利用圖來考慮坡度對水土保持措施的影響，并對土地利用圖進行賦值，從而獲取水土保持措施P_SUSLE因子圖；

4)通過對研究區數字高程模型(DEM)柵格數據進行預處理，主要結合McCool緩坡和劉寶元陡坡的坡度因子(S)以及坡長因子(L)的計算公式來獲取LS因子圖；其表達式如下：

L＝(λ/22.13)^m (8)

式(7)、(8)和(9)中：S為坡度因子；θ為坡度值(°)；L為坡長因子；λ為坡長(m)；m為可變的坡長指數；

5)通過對研究區土的物理性質矢量數據進行預處理，根據侵蝕-生產力評價模型(EPIC)可計算土壤可蝕性K值，并利用ARCGIS軟件中的反距離權重插值方法來得到土壤可蝕性K因子圖；侵蝕-生產力評價模型(EPIC)的表達式如下：

式(10)中：SAN-砂粒含量(％)；SIL-粉粒含量(％)；CLA-粘粒含量(％)；C-有機碳含量(％)，為有機質含量除以1.724；SNI＝1-SAN/100。

4.根據權利要求1所述的一種基于RUSLE的區域土壤侵蝕定量評價方法，其特征在于：步驟S3中RUSLE模型如下：

A＝R×C×K×L×S×P_RUSLE (11)

考慮季節特征和坡度影響的SUSLE模型如下：

式(11)和(12)中：A為年土壤侵蝕量[t/(ha·year)]；R和R_i分別為年均和季度平均降雨侵蝕力因子[(MJ·mm)/(ha·h·year)]；C和C_i為年和季度植被覆蓋與管理因子；K為土壤可蝕性因子[(t·ha·h)/(MJ·ha·mm)]；LS為坡長坡度因子；P_RUSLE和P_SUSLE分別為不考慮和考慮坡度的水土保持措施因子；其中LS、C_i、P_SUSLE因子無量綱。