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得分：_______南京林业大学研究生课程论文2011～2012学年第2学期二○一二年六月课程号：PD01034课程名称：水土保持与防护林工程学论文题目：铁线莲属植物资源学科专业：林业学号：8115240姓名：杨迎杰任课教师：庄家尧铁线莲属植物资源摘要:不同尺度是自然过程抑或观测土壤侵蚀研究在空间、时间抑或时空上的特征量度，是在研究某一物体或现象所采用的空间或时间单位。不同尺度的现象和过程之间相互作用、相互影响。关键词:土壤侵蚀；不同尺度SoilerosionprogressinthedifferentscalesAbstract:Thispaperreviewssoilerosionprogressinthedifferentscalesisanaturalprocessorobservationofsoilerosionresearchinspace,timeorontimeandspacecharacteristicmeasure,isinthestudyofacertainobjectorphenomenonofthespaceortimeunit.Mutualinfluencebetweeninthedifferentscaleofthephenomenonandprocessofinteraction.Keywords:differentscales;soilerosion1微观尺度上的地形指标根据地貌学原理,各种地貌形态均可以分解为不同坡度、不同坡向的几何面。根据土壤侵蚀学原理,水土流失最初是在坡面上发生的,所以微观地形指标的确定,是宏观地形指标确定及其定量分析的基础。从地貌学、水土保持学以及DEM自动提取3个方面综合考虑,坡度是水土流失评价中微观尺度(大比例尺或小尺度范围)的最佳指标。2区域(宏观)尺度上的地形指标对水土保持措施减水减沙作用的研究分别在径流小区或坡面尺度、小流域尺度和大流域尺度上取得了丰硕的成果[由于地表信息在不同尺度、不同比例尺上的反映量不同,在宏观尺度上,坡度将只有数学意义而不具备土壤侵蚀和地貌学意义[46]。如根据全国1∶100万DEM数据计算坡度统计,约有64%的面积都集中在0°～3°,97%的面积坡度都小于15°,这些坡度值已经不是地面的实际坡度,与我国多山多丘陵、地势起伏较大的地貌不符合,其值也不能反映水土流失状况。3不同结构尺度红层在我国分布面积约82万km2，西南、中南、西北地区分布广泛。通过对铁路、公路、水利水电、建筑等38个不同工程期内红层岩土工点的调查分析，在红层地区边坡、地基、洞室工程中，红层岩土由于水稳定性差，崩解软化、快速风化、翻浆冒泥、膨胀变形、渗流破坏等工程地质问题在施工、运营等工程期内尤为突出。根据铁路工务部门统计：由于排水不良造成的路基病害占各类病害总和的37.3%，与水的危害有着直接或间接关系的基床病害占各类病害总和的22.5%。国家中长期铁路规划通过西南红层地区总里程约有3157公里，边坡、路基、洞室等红层岩土工程中的“水稳定性”问题不可避免。因此，考虑建设工程生命周期全过程，深入开展水稳定性机理与工程评价研究，以西南地区广泛分布的红层岩土为研究对象，以岩土工程安全为目标，以岩土体结构为核心，以（岩）土、水、力三因素协同作用为关键，将与水有关的各种独立研究成果联系起来，总结各种水稳定性现象发生发展趋势，建立从宏观到微观多层次岩土体水稳定性分析体系，有利于形成系统性、整体性的工程分析和判断，为特殊岩土量化评价与分类治理提供理论基础；有利于突出水对特殊岩土工程安全的深刻影响，形成以“力学稳定性”分析为主和“水稳定性”分析为辅的特殊岩土“工程稳定性”系统分析体系。4不同空间尺度4.1.1监测目标:从中比例尺的角度,较为全面、细致地了解和掌握预防保护区的生态环境变化、水土流失动态、预防保护措施及效果;º取得预防保护措施及效益的定量数据;»了解预防保护区开发建设项目开展、管理情况。4.1.2监测内容与指标:包括大尺度区域监测中预防保护措施和效果所含全部监测内容与指标。º水土流失状况:水土流失面积及强度。»水土保持措施(预防保护措施)质量:合格率、保存率。¼水土保持效益:基础效益(蓄水效益、保土效益)、生态效益(减蚀保土与保水效益、植被状况改善效益)及社会效益。开发建设项目水土保持情况:工程类型、数量、位置、扰动面积、水土流失及其危害,水土保持措施类型、措施数量、措施效益,地方政府对项目进行的监督、管理与执法情况等。土壤侵蚀模型的研究在于预报水土流失、侵蚀产沙量以及非点源污染的时空分布与变化,指导水土保持措施的配置.综述了国内外基于坡面、流域和区域3个不同空间尺度的侵蚀模型,从模型结构、功能、优缺点等方面对模型进行了简要分析;从经验模型和物理过程模型的分类角度,分别比较分析了不同尺度模型的特点,不同土空间尺度的土壤侵蚀模型各具特点,但均可以归为经验统计模型和物理过程模型两大类.这两类模型各具优势和应用范围,然而在整体上明显地表现出由经验模型向物理过程模型发展的趋势.在坡面尺度上,由于其面积小、形状简单、土壤和下垫面单一,物理过程模型能够描述侵蚀发生的各个过程,常用于研究侵蚀机理.在流域尺度上,汇流区的面积较大,流域内的下垫面、土壤和地貌类型均比坡面复杂.物理模型则能模拟各个侵蚀过程,因而易于推广使用,而经验模型通常只适用于特定的流域.由于区域的地域跨度广、地形复杂、各种自然条件存在较大变异等特点,决定了区域尺度模型以分布式为主.和GIS结合后,模型能够模拟预测复杂下垫面背景下的流域径流和侵蚀动态状况,能够比较准确地确定泥沙的源和汇及土壤中养分的运移情况,是当前研究的重点.5不同时间尺度流域水土保持措施的减水、减沙效益从1972年后开始显现,1960年代至1990年代,大理河流域产流、产沙量出现了一个先减少再增大的过程。以1960年代为基准,1970年代降雨与下垫面产流能力对流域产流量减少的影响比较接近(51.7%,42.2%),而在1980,1990年代降雨的影响要小于下垫面产流能力的影响(1980年代为27.0%,64.1%;1990年代为38.4%,54.9%);但在汛期尺度上,降雨、下垫面产流能力对流域产流量的影响此消彼长,随时间变化看不出什么规律。受气候以及水土保持措施等的影响,未来大理河流域多年平均尺度下流域产流量、产沙量将会减少,但在某些小的时间尺度(次暴雨)内的产流量、产沙量将有增大的可能;水力侵蚀将会减少,但风力侵蚀却有加强的趋势。6点尺度在极小的点尺度上，土壤颗粒形态成为研究的重要内容；为此，以土壤团聚体为例，阐述其与侵蚀过程的关系。土壤团聚体受到土壤含水量、有机质含量等影响，它们都有可能随着气候变化而变化。Bissonais(1988)对于盐土的研究表明，随着土壤湿度的减少，土壤稳定团聚体的百分比也相应下降。I_avee和Pariente(1995)通过对中东地区土壤团聚体的研究得到了类似结果。土壤有机质对于沙土中的团聚体的影响要比粘土的影响明显在此尺度上，所获取的侵蚀过程参数通常只具有点尺度特征，往往不能直接用于大尺度，即使能用，也只有在有限的程度上应用。7田间和坡面尺度长期以来，侵蚀产沙的机理及过程研究大都集中在田间和坡面尺度上。在此尺度上进行了大量重要的实验工作，并得到大量的侵蚀模型：USLE(UniversalSoilLossEquation)、RUSLE(RevisedUniversalSoilLossEquation)，WEPP(WaterErosionPredictionProject)。目前越来越多的实验旨在阐明在不同的气候和土地利用变化条件下，以上过程与水蚀的交互作用。8耕地投入结构的差异不同尺度耕地投入结构的差异导致耕地环境压力的不同变化趋势,不可更新工业能的投入比重增加会导致环境负荷率增大,但是在增加不可更新工业能的同时加大可更新人工辅助能的投入可以抑制环境负荷率的升高。(3)作物种植类型与地块规模也在一定程度影响到耕地环境负荷的变化,小麦与林果任何规模的地块环境负荷率都随集约度增长而增大;小规模植棉地块,环境负荷率随着集约度的增大而增强,0.33hm2以上的大地块棉田,环境负荷率随着集约度的增长特征没有小地块明显;小地块瓜地集约度基本保持一致,环境负荷率变化也较少,而大规模瓜地环境负荷率随着集约度增加有所增大。9植被水土保持效应尺度从近年来植被水土保持效应的研究进展来看，不同学者根据不同尺度采用不同的研究方法，对斑块、坡面、景观和流域四大尺度进行了系统研究。由于植被水土保持生态过程与机制在大尺度与小尺度既有关联又有差异，植被水土保持效应存在明显的尺度性。通过对现有研究方法、结果和观点的整理与讨论，认为水土流失效应的影响因素随着研究尺度的变大变得越来越复杂，水土流失的尺度效应可从小区、坡面、小流域、大流域以及区域等不同尺度开展系统研究，旨在从小区和坡面等小尺度水土流失的研究结果上外推到较大尺度区域。从目前所能检索到的文献来看，在水土保持科学的研究中，水土流失空间尺度效应定量评价及其空间尺度转换模型的研究并不多见，对水土流失空间尺度效应的研究大都是对水土流失空间尺度效应产生机理及其表现形式的描述，国内外比较成功的水土流失预测评价研究也主要是在小尺度（坡面、小流域）上进行与实现的，开发了大量的如USLE、RUSLE、WEPP等统计和物理模型，而在区域尺度上，迄今为止还没有开发出有较大实用价值的统计或物理模型。尽管如此，国内外还是有一些学者对水土流失的空间变异与尺度变异做过研究或正在潜心研究和探讨。总体上来看，无论是国内或国外，水土流失空间尺度效应定量评价和空间尺度转换研究均与数字高程模型（DEM）分析和地理信息系统（GIS）的应用紧密结合在一起。10结论近50年来,我国水土流失(含水蚀、风蚀)总面积呈抛物线形发展态势,水蚀趋势亦然,但风蚀面积则呈连续增长趋势,发展形势较为严峻。不同空间尺度的水蚀预报模型，为田间水土保持规划、流域管理、区域和国家水土保持与生态环境建设提供技术支撑，实现对全国水土流失定期公告，预测大型工程建设对区域环境的影响。结合观测资料分析和水蚀过程的研究成果，提出我国不同尺度水蚀预报模型的基本结构，并对模型参数表述及其标准化进行系统研究。选择我国主要水蚀区研究开发不同空间尺度的水蚀预报模型，为田间水土保持规划、流域管理、区域和国家水土保持与生态环境建设提供技术支撑，实现对全国水土流失定期公告，预测大型工程建设对区域环境的影响。参考文献[1]刘新华,张晓萍.不同尺度下影响水土流失地形因子指标的分析与选取[J].西安:陕西人民出版社,2012,32(6):108-112.[2]郭永春.不同结构尺度红层岩土水稳定性机理研究[J].地学学院,1999,1(1):345-350.[3]肖冬,吴海霞,康占艳.不同空间尺度水土流失动态监测方法的标准化探讨[J].水土保持监测2011,(3):139-141.[4]李辉,陈晓玲.不同空间尺度下的土壤侵蚀模型研究进展[J].华中师范大学学报,2006,40(4):621-624[5]綦俊谕,蔡强国.岔巴沟、大理河与无定河水土保持减水减沙作用的尺度效应[J].地理科学展,2011,30(1):95-102.[6]廖义善,卓慕宁,蔡强国.大理河流域不同时间尺度水沙变化影响因素及趋势研究*[J].水土保持学报,2009,23(6):51-56．[7]张新焕,杨德刚.基于地块尺度的耕地集约利用与环境压力关系[J],中国生态农业学报,2012,20(5):635-642.[8]刘绪军,景国臣,齐恒玉.拜克黑土区沟壑冻融侵蚀主要形态特征初探[J].水土保持科技情报,1999,(1):28-39.[9]任健,史红玲.基于ＥＭＤ的黄河下游利津站年水沙量变化的多时间尺度特征[J].中国农村水利水电,2012,(3):69-72.[10]薛冬冬,佘光辉.基于地统计分析的南京钟山风景区景观格局尺度效应分析[J].西南林业大学学报,2012,32(1):30-36.[11]朱士光.黄土高