1、区域水蚀动态监测方法1目 录1 引言 32 总体目标 43 技术路线和主要内容 54 监测方法 64.1 县(市、区) 监测区的划分 .64.2 监测样点的布设 74.3 监测样点土壤流失量估算方法 74.4 监测样点的监测项目 74.4.1 降雨因子 R 74.4.2 土壤因子 84.4.3 坡度坡长因子 84.4.4 植被因子 94.4.5 水土保持因子 94.5 监测次数 94.6 监测样点单个因子值的确定 94.6.1 降雨因子 R 值的确定 .94.6.2 土壤因子值的确定 104.6.3 坡长坡度因子 SL 值的确定 .114.6.4 植被因子 C 值的确定 .1124.6.5 水
2、土保持措施因子 P 值的确定 124.7 监测样点土壤流失量的估算 125 各级监测资料汇总与整编 125.1 行政县(市、区) 监测资料汇总与整编 .125.2 省(市、自治区) 土壤流失监测资料汇总和整编 .125.3 监测结果精度检验及处理 126 预期成果及形式 127 组织实施 128 经费预算 123区域水蚀动态监测方法1 引言土壤流失是在降雨及其径流作用下，土壤及其母质被分离、输移及沉积的过程。它是降雨及其径流、土壤及其母质作用及反作用的一种结果体现，地形、植被覆盖、人为因素如土地利用方式和水土保持措施等通过对降雨及其径流动力作用的改变，通过对土壤及其母质特性的改变，提高或降低土
3、壤及其母质的反作用力而共同直接或间接地影响土壤流失的结果。土壤流失的强弱一般多用土壤流失量或单位面积的土壤流失量来描述。土壤流失动态监测就是定期对土壤流失状况进行定量评估，从而为制定水土保持、土地资源保护和利用规划等提供科学依据。对决策者而言，需要从两个层次上了解土壤流失状况，一是某个特定地段的土壤流失量；二是将地段流失量按某种管理单元或区域进行汇总。毋庸质疑，后者既是监测的最终目标，也是进行管理和规划的依据。而前者一方面是指导基层生产者进行土地资源保护的依据，同时也是实现后面监测总目标的基础。为实现这两个目标，需要确立相应的土壤流失量估算方法，以及进行区域汇总的调查方法，这方面工作在国外有着
4、一些比较成功的经验和技术。早在 1977 年美国即以立法形式确定了每 5 年进行一次国家资源清查，主要调查全国 75%非联邦土地上的土地利用变化和水土流失状况。其中的地段流失量估算采用通用土壤流失方程和风蚀方程，区域汇总则采用抽样4调查方法。如 1982 年在全国范围内选择了 320，000 个调查单元，1992 年的调查单元为 300，000 个。从 2000 年清查由每 5 年一次改为每年一次，但抽样数量减少，包括 40，000 个固定样点和 30，000 个机动样点。抽样结果采用一定的统计方法进行县、州和全国的汇总。澳大利亚也从 1997 年开始进行全国资源调查，其中包括水土流失状况。单
5、元地块为 1km2 的网格，每个网格流失量采用美国修订版通用土壤流失方程估算，然后借助于地理信息系统 GIS 进行区域汇总 。建国以来我国政府投入了大量人力、物力进行水土流失规律的研究，积累的资料和成果已完全有可能发展中国特色的土壤流失量估算方法，并结合我国自然、社会经济和行政管理特点，建立适宜于我国国情的土壤流失监测体系和公告制度。本项目将提出我国土壤流失动态监测的基本任务，为完成监测任务需要的技术方法和实施方案。从而为最终建立我国土壤流失动态监测体系提供技术支撑。根据水土保持法第二十九条、 水土保持法实施条例第二十二条和水土保持生态环境监测网络管理办法第九条的规定，水利部水土保持监测中心将
6、逐步建立全国水土保持公告制度。区域尺度水土流失定量评价是全国水土保持公告的基础，为此，需要在已有土壤流失定量评价研究工作的基础上，通过基础资料收集、样点监测、县(市、区) 、省(市、自治区) 土壤流失状况汇总、区域分析等技术手段，定量监测和评价我国水蚀区土壤流失变化动态，为我国水土流失定期公告奠定基础。2 总体目标本次监测工作通过对以水力侵蚀特征表现明显的行政县(市、区) 内代5表性监测样点土壤流失影响因子、流失量的现状调查、测试和估算，在获得行政县(市、区) 各级土壤流失量和所占面积的基础上，分析全国各省(市、自治区)土壤流失影响因子和流失量分布特征和动态，为全国土壤流失公告奠定基础。3 技
7、术路线和主要内容本次监测工作以水力侵蚀特征表现明显的行政县(市、区) 为基本监测单位。采用自下而上的汇总方法即以行政县( 市、区) 土壤流失状况为基础，汇总到省(市、自治区)，再到全国。根据行政县(市、区) 内地貌（山地、丘陵和平原） 、土地利用(农、林、草)等分布状况，将本行政县(市、区) 划分为小于监测样点数目的若干个土壤流失监测区。一般在一个行政县(市、区)内布设 10 个左右代表性监测样点。代表性监测样点的布设在山地、丘陵区域选择 15km2 范围内的典型小流域，在平原区选择 1km2 左右的典型区域。监测样点的布设在全县(市、区)范围内尽量均匀分布。通过对监测样点降水、土壤、地形地貌
8、、植被、土地利用、水土保持措施等土壤流失影响因素的调查和监测，运用美国通用土壤流失方程的基本思想估算各监测样点的土壤流失量。在已知各监测样点土壤流失量的基础上，应用内插法，运用 GIS 技术，根据土壤侵蚀分类分级标准中相关土壤侵蚀强度分级标准，编制各行政县( 市、区 )土壤流失强度分级图，得到各行政县(市、区) 各级强度土壤侵蚀所占的面积和各级土壤流失量。6在获得各行政县(市、区)各级土壤流失量和所占的面积的基础上，汇总到各省(市、自治区)各级土壤流失量和对应面积，再进一步汇总得到全国土壤流失状况及各级土壤侵蚀的区域分布特征。通过各行政县(市、区)土地利用与水土保持措施定期或不定期的监测以及年
9、降雨量，即可把握全国土壤水蚀的动态变化，为全国土壤流失公告奠定基础。为了提高监测结果的可靠性和科学性，可利用不同区域坡面小区、流域把口站及河流水文站同期的泥沙资料，对监测结果的精度进行不同尺度的校正和检验。4 监测方法监测工作在全国水蚀范围内进行，调查任务的多寡、调查结果的优劣在很大程度上依赖于监测方法的确定。因此，选择适当的监测方法对于保证调查结果的正确性和准确性具有重要意义。4.1 县 (市、区)监测区的划分为了便于监测工作的顺利进行，本次监测以行政县(市、区) 为基本监测单位。在行政县(市、区)内，由当地专业人员，根据地貌(山地、丘陵和平原) 、植被 (乔木、灌木及盖度) 、土壤及其母质
10、( 主要土壤种类的分布)、土地利用及土壤侵蚀类型等分布状况，确定各行政县(市、区) 土壤流失监测区。监测区的划分不要求过细，着重反映上述土壤流失影响因素及侵蚀类型的分布状况。监测区的数量不大于监测样点的数量。74.2 监测样点的布设根据各行政县(市、区)监测区划分的结果，在各监测区内选择布设代表性监测样点，进行相关监测内容的监测。监测样点布设可以依照下列原则进行：(1)保证每个监测区内至少有一个监测样点；(2)监测样点的布设根据不同类型监测区面积的大小尽可能分布均匀；(3)一般在各行政县(市、区)内，监测样点的总数控制在 10 个左右。(4)在地形复杂的山地和丘陵监测区，监测样点选择 15km
11、2 的典型小流域，在地形比较平坦单一的平原监测区，选择 1km2 左右的典型区域。4.3 监测样点土壤流失量估算方法监测样点土壤流失量按照用美国通用流失方程的基本思想进行估算，即土壤流失量用降雨因子 R、土壤 K、坡度坡长因子 SL、植被因子 C、水土保持措施因子 P 的适当组合形式来估算。4.4 监测样点的监测项目为了估算监测样点的土壤流失量，需要对影响土壤流失的主要因子进行逐项调查和监测，具体包括：4.4.1 降雨因子 R近年来，各国学者研究发现在没有长序列降雨过程资料时，用年降雨量资料经过一定方式的处理，可以作为估算监测样点的降雨因子 R。降雨因子监测以收集行政县(市、区)气象站年降雨量
12、资料为主，有条件的行政县(市、区) ，需要收集到建站以来的历年和以后各年降水量、降雨8量及其各月、旬的分配，如果可能，则收集次降雨过程资料。至少保证收集到建站以来历年和以后各年的降雨量。4.4.2 土壤因子分布于地表的土壤圈，不仅是土壤侵蚀发生的场所，也是侵蚀泥沙的主要物质来源，因此，土壤本身的性质差异对侵蚀发生过程及其产沙量的多少有着极其重要的影响。美国通用流失方程中的土壤可蚀性因子 K 可基本反映土壤性状对土壤侵蚀的影响。土壤可蚀性因子 K 值可通过以下途径获得。通过各行政县(市、区)土壤普查成果，可获得估算土壤可蚀性因子 K的表层土壤粒径、有机质含量和土壤结构指标。剩余土壤渗透性指标可通
13、过单独进行测定获得。当条件允许时，以标准小区观测为基础，可获得更为确切的土壤可蚀性 K 值。土壤抗冲、抗剪和崩解特征对土壤侵蚀的形成机制有着十分重要的影响，因此在进行土壤因子调查和监测时，必须选择本行政县(市、区) 两种分布面积最大的耕作土壤进行土壤抗剪、抗冲系数及崩解速率的测试。(耕作土壤抗剪、抗冲系数及崩解速率的测试可不在监测样点进行)。4.4.3 坡度坡长因子直接在野外进行坡度和坡长的测量。坡度可以用坡度仪测量，在已知坡度的情况下，就可以开始坡长的测定。所谓坡长是指从地表径流源点到坡度减小直至有泥沙沉积出现处的水平距离或到一个明显的渠道之间的水平距离。坡长的测量直接用直尺即可，将测定结果
14、用坡度换算成水平长度。9在山丘区小流域内不同部位根据流域面积大小测定坡度坡长数据 100 个左右(至少保证 50 个以上)。在平原监测样点内沿水流走向测定 5 个以上的坡度和坡长数据。4.4.4 植被因子植被具有较强的水文水保功效，为定量估算区域土壤流失，需要对监测样点区域内主要农作物覆盖特征的季节变化进行监测。农作物覆盖度的监测可以通过直接测定和遥感测定两种途径获得。4.4.5 水土保持因子每年监测每个监测样点的土地利用状况，统计农地、草地、林地及各种水土保持工程措施（梯田、淤地坝、塘坝等）所占的水平面积（km 2） ，并提供 1：10000 监测样点监测年及以后各年土地利用现状和水土保持工
15、程措施布设电子图及相关统计表格。提供各行政县(市、区)监测年及以后各年不小于 1:250000 比例尺的土地利用现状和水土保持工程措施布设电子图及相关统计表格。4.5 监测次数降水资料每年观测，土壤普查资料收集共计 1 次，坡度坡长、入渗、抗剪、抗冲和崩解测定 1 次，主要农作物覆盖度的季节变化监测 1 至 2 次，土地利用、水土保持措施配置每年 1 次。4.6 监测样点单个因子值的确定4.6.1 降雨因子 R 值的确定利用下式确定各行政县(市、区)当年的年降雨因子 R 值：10R=0.0668P1.6266式中，R 是年降雨因子（MJ km -2a-1mmh-1） ，P 是年降雨量（mm）
16、。4.6.2 土壤因子值的确定根据土壤普查资料及土壤渗透性测定，利用下列经验公式确定监测样点土壤因子 K 值: 10/3(5.2)(5.3)12(.2137.0 14.4 psOM式中，OM 为有机质含量；M 为优势粒径组成的乘积（ 0.002-0.1mm 粒径）(粉粒含量+ 砂粒含量 )；s 为土壤结构等级； p 为土壤渗透性。土壤渗透性、抗冲系数、崩解速率、抗剪强度的确定:土壤渗透性可以用土壤稳渗速率来定量描述，它是指入渗时间足够大(80min)土壤入渗速率相对比较稳定时的入渗速率（mmmin -1） ，可以用双环法直接测定，测定需要至少 2 个重复。入渗实验在土壤剖面上应分层进行。土壤抗
17、冲刷系数指每冲刷走 1g 干土所需的水量和时间的乘积（L ming-1） ，土壤抗冲刷系数采用原状土抗冲槽冲刷法测定，坡度为5。土壤崩解速率指土样在浸水后单位时间内崩解掉的试样体积（cm 3min-1） ，它可用静水崩解法直接测试。原状土抗剪强度指土粒相对滑动时所具有的抵抗剪切作用的极限强度（kgcm -2） ，田间测定可采用抗剪仪法分层进行，为保证测定结果的可靠性，抗剪强度的测定要求每层至少 6 个重复。114.6.3 坡长坡度因子 SL 值的确定坡长坡度因子 SL 值可以直接用测定的坡度和坡长来计算或查表得到SL 值。在计算或查表获得 SL 值之前，必须要对测定的坡度和坡长进行处理，获得平
18、均坡度和坡长。因山丘区和平原区因坡度和坡长的测定有所差异，因而平均坡度和坡长的算法有所差异。在山丘区小流域将监测到的 100 个坡度和坡长值从大到小排序，将坡度和坡长划分为 10 个等级，统计监测的 100 个坡度和坡长落在 10 个等级内的次数，计算各等级出现经验频率，点汇坡度、坡长与其相对应经验频率的曲线，得到中值坡度和坡长。在平原监测样点由于地形起伏不大，所以直接将测定得到的 5 个坡度和坡长进行简单平均得到平均坡度和坡长。将计算得到坡长和坡度值按下式估算出坡度坡长因子 SL 值：LS = (/22.13)0.5 (10.8Sin + 0.03)， 当5 o 时；LS = (/22.13
19、)0.5 (16.8Sin - 0.5)， 当 5o10o 时；式中，LS 是坡长坡度因子值，无量纲。是坡长（m ） 。是坡度（ o） 。4.6.4 植被因子 C 值的确定植被因子 C 值与监测区内主要植被的季节变化特征密切相关，因而需要对各行政县(市、区)主要植被生长（特别是农作物）的季节变化进行监测。各行政县(市、区) 监测主要农作物的覆盖度及高度的季节变化过程。植被覆盖的季节变化过程的获得，可以通过直接监测和遥感技术获得，分述12如下：(1)植被覆盖的直接测定在各行政县( 市、区) 内进行，在每个监测区内选择12 种主要农作物，测定其盖度的季节性变化过程，并对其高度进行监测。该项任务只进
20、行 12 个年度即可。草地和灌木的盖度采用照相法，用数码相机垂直照一定面积内的植被影像，用计算机分析植被枝叶覆盖面积所占总面积的比例。在没有计算机图像处理系统的行政县(市、区)，也可以采用目估法。盖度和高度的测定每 15 天进行 1 次。林地郁闭度的调查采用常规的样线法，在有代表性的林地内，选择100m 长的样线，中午时分测量 100m 样线上树灌阴影的长度，林地郁闭度为阴影长度除以样线总长度 100m。植被盖度（郁闭度）和高度的测量随机性很大，为了减小误差，提高测定精度，每个样点最少应重复 10 次测量。(2)植被特征的遥感监测可以考虑采用归一化差值植被指数（NDVI ） ，归一化差值植被指
21、数(NDVI)能够反映与水土流失关系最为密切的植被盖度和植被垂直结构等基本信息，因此选择 NDVI 作为反映水土流失的植被指标。NDVI 可以在 AVHRR 数据、EOS/MODIS 数据和陆地卫星 TM 数据基础上提取。计算方法如下：NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1)，NOAA/AVHRR 数据 NDVI = (Chnir Chred)/ (Chnir + Chred)，MODIS 数据 式中，Chnir、Chred 分别为近红外反射率和红外反射率。NDVI=(TM4-TM3)/(TM4+TM3)，TM 数据 13NOAA 卫星数据(NOAA AVHRR)分辨率为 1100m，
22、Landsat TM 分辨率为 15-30m。在作物生长季，5 月、7 月及 9 月测定 1 次各行政县(市、区) 的NDVI，作为各行政县(市、区)雨季植被特征的基本参数，通过分析 NDVI与 C 值间的统计关系，建立植被覆盖因子 C 值快速提取的技术途径。4.6.5 水土保持措施因子 P 值的确定每年对各行政县(市、区)水土保持状况进行统计、汇总，在各监测样点土地利用图及水土保持措施配置图的基础上，根据表格计算各监测样点的工程措施（梯田、塘坝、水库）的因子 P 值。4.7 监测样点土壤流失量的估算从美国通用土壤流失方程的基本原理出发，以监测样点的降水、土壤、坡度、坡长、植被、水土保持措施因
23、子监测结果为基础，经过初步计算得到各监测样点的 R、K、SL、C、P 值，用下式即可估算出各监测单元的年土壤流失量。A=RKLSCP式中，A 是多年平均年土壤流失量（t/hay） 。R 是降雨侵蚀力（MJmm/（ha hy） ） 。K 是土壤可蚀性（thah/（haMJmm ） ） ，表示标准小区上单位降雨侵蚀力下的土壤流失量。L 是坡长因子（无量纲） ，表示实际坡长下（其它条件与标准小区相同）的土壤流失量与标准小区土壤流失量的比值。S 是坡度因子（无量纲） ，表示实际坡度下（其它条件与标准小区相14同）的土壤流失量与标准小区土壤流失量的比值。C 是植被因子（无量纲） ，表示实际植被条件下（其
24、它条件与标准小区相同）的土壤流失量与标准小区土壤流失量的比值。P 是水土保持因子（无量纲） ，表示实际水土保持措施下（其它条件与标准小区相同）的土壤流失量与标准小区土壤流失量的比值。5 各级监测资料汇总与整编5.1 行政县(市、区)监测资料汇总与整编在监测样点土壤流失量已知的情况下，将各监测样点土壤流失量(侵蚀模数) 标注于各监测样点的几何中心，运用内插法，应用 GIS 技术，根据土壤侵蚀分类分级标准 ，编制行政县(市、区) 土壤侵蚀强度分布图(电子图) ，统计行政县( 市、区) 内各级强度土壤侵蚀所占面积（km 2）及年土壤侵蚀总量。通过对行政县(市、区)内年降水、各监测区内植被、水土保持的
25、动态监测（通过行政县(市、区)土地利用图及水土保持配置图获得） ，即可获得各行政县(市、区) 的土壤流失动态变化过程。连同测试的土壤渗透性、抗冲系数、崩解速率、抗剪强度结果一起提交给上一级汇单位。5.2 省 (市、自治区)土壤流失监测资料汇总和整编以行政县(市、区) 土壤流失评价结果为基础，汇总各省（市、自治区）各级土壤流失的分布、面积及侵蚀量。并对全省土壤侵蚀状况做出评价。由各县、市土壤流失动态变化过程获得各省（市、区）土壤流失动态15变化。以各县(市、区) 监测的数据资料为基础，编制省（市、自治区）下列图件:(1)降雨因子等值线图(2)土壤渗透性等值线图(3)土壤抗冲系数等值线图(4)土壤
26、抗剪切能力等值线图(5)土壤崩解速度等值线图(6)土壤因子 K 值等值线图(7)植被因子 C 值等值线图(8)水土保持因子 P 值等值线图统计不同种类土壤渗透性、抗冲系数、抗剪切能力、崩解速度值。5.3 监测结果精度检验及处理不同地区可以通过水文站同期泥沙资料、水土保持试点流域把口站同期的泥沙监测资料、坡面小区同期的泥沙监测资料以及监测的土壤渗透性、抗冲系数、抗剪切能力、崩解速度等，对监测结果进行精度检验，修订和综合处理。6 预期成果及形式（） 系列图件包括: 全国水蚀地区降雨因子等值线图 全国水蚀地区土壤渗透性等值线图16 全国水蚀地区土壤抗冲系数等值线图 全国水蚀地区土壤抗剪切能力等值线图
27、 全国水蚀地区土壤崩解速度等值线图 全国水蚀地区土壤因子 K 值等值线图 全国水蚀地区植被因子 C 值等值线图 全国水蚀地区水土保持因子 P 值等值线图（） 中国土壤抗侵蚀特征手册（） 全国水蚀动态监测技术手册（） 全国土壤流失动态变化趋势分析报告（） 土壤流失监测方法评价报告（） 全国水蚀动态监测数据库7 组织实施区域水蚀动态监测是一项技术性很强的工作，一方面需要职能机构组织协调、落实监测任务，同时需要科技人员提供技术方案，指导各县、市监测工作的顺利进行，因此，建议成立项目领导小组和技术组。技术组由全国范围内的相关专家组成，其主要职责是编写监测工作技术手册、为监测工作提供技术指导、咨询，对全
28、国范围内的监测结果进行汇总、分析和评价，并提交相关技术报告。监测工作的大体进度安排如下： 监测手册的编写2004 年 710 月完成全国土壤流失监测技术手册的编写工作； 监测人员的培训及设备准备172004 年 1012 月完成调查人员的培训和相关设备的配置、购买； 县（市、区）监测区划分及样点选择2005 年 1 月3 月完成各县（市、区）监测区划分； 监测样点监测2005 年 312 月，各监测样点开展监测工作； 成果汇总在 2006 年 6 月前完成监测的初步成果，完成相关的图、表、报告等各种成果。8 经费预算 技术手册编写 监测人员培训 技术指导、咨询、检查 监测结果汇总 相关图件、报
29、告编写 项目管理费各省（市、自治区） 、县（市、区）的监测费用由各地自筹，下表仅18提供各县（市、区）监测单位所需设备及参考价格。县级监测专用设备仪器清单序号 设备名称 型号 数量(台套)用途 参考价格（万元）1 GPS 手持式、NP155 1 定位 0.252 数码照相机 OLYPUS 1 植被覆盖度测定 0.253 双环渗透仪 统一加工 1 土壤入渗测定 0.103 抗剪仪 便携式 VANE 1 土壤抗剪测定 0.304 抗冲设备 统一加工 1 土壤抗冲测定 0.205 崩解设备 统一加工 1 土壤崩解测定 0.156 烘箱 上海 1 土样烘干 0.157 托盘天平 0.01g 2 称重 0.038 铝盒 统一提供 50 水分测定 0.0159 容重环刀 统一提供 20 容重测定 0.0410 秒表 统一提供 1 时间测定 0.0111 地质罗盘 统一提供 1 坡度测定 0.0112 制图软件 统一提供 1 专题图制作 0.01合计 1.515
