Quantitative Evaluation of Soil Erosion in the Huaihe River Basin Based on RUSLE Model
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摘要: 为探究淮河流域的土壤侵蚀状况及其空间分布特征，基于GIS技术和RUSLE模型，通过运用降雨、土壤类型、DEM、遥感影像和土地利用类型等数据确定模型中的参数因子，对2000年至2015年间淮河流域涉及的189个县（市、区）的土壤侵蚀强度及其空间分异特征进行了定量分析。结果表明：淮河流域土壤侵蚀区域主要分布在上游河南和湖北的丘陵地区；流域2000至2015年间土壤微度和轻度侵蚀占总土壤侵蚀量的84.51% ~ 96.10%，土壤侵蚀状况较轻；流域的土壤侵蚀量由2000年的8647.00 × 104 t a−1减少至2015年的5045.14 × 104 t a−1，2000年到2015年轻度等级以上的土壤侵蚀强度大部分都向低一级强度转移，流域土壤侵蚀状况得到明显改善；其中，2000年到2005年，流域的土壤侵蚀表现为极强度等级及以下，2005年到2015年流域土壤侵蚀强度等级减弱，均表现为中度等级及以下；强度以上的土壤侵蚀面积由2000年的300.94 km2下降为2015年的27.60 km2，土壤侵蚀强度逐年减弱。说明淮河流域长期的土壤侵蚀治理措施是卓有成效的，未来需进一步重点关注的区域是在林地和草地集中、坡度大、海拔高和坡向偏北的区域，需要确定重点区域的开发边界，严格控制过度开发。Abstract: In order to explore the soil erosion situation and its spatial distribution in the Huaihe River Basin based on GIS technology and RUSLE model, we selected rainfall, soil type, DEM, remote sensing image and land use type as the parameters of the RUSLE model, to quantitatively analyze soil erosion intensities and its spatial distribution characteristics of 189 counties (cities, districts) in the Huaihe River Basin from 2000 to 2015. The results showed that the soil erosion areas in the Huaihe River Basin were mainly distributed in the hilly areas of the upper reaches in Henan and Hubei provinces. The area of soil erosion at very light and light grades accounted for 84.51% to 96.10% of the total area of soil erosion, which indicated that the soil erosion was relatively light from 2000 and 2015. The amount of soil erosion was decreased from 8647.00 × 104 t a−1 in 2000 to 5045.14 × 104 t a−1 in 2015, and soil erosion intensity was shifted from above the light level to the lower level from 2000 to 2015. The soil erosion situation in the watershed was significantly improved. The soil erosion in the watershed was below the extremely strong grade from 2000 to 2005, was weakened and was at or below a moderate level from 2005 to 2015. The area of soil erosion above the strong grade was decreased from 300.94 km2 in 2000 to 27.60 km2 in 2015, which indicated that the intensity of soil erosion was weakened year by year. The long-term control measures of soil erosion in the Huaihe River Basin were very effective. We should further focus on soil erosion in the areas with concentrated forest land and grassland, large slopes, high elevations, and north-slope directions. It is necessary to determine the development boundaries of key areas and strictly control over development in the future.
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Key words:
- GIS /
- RUSLE model /
- The Huaihe River Basin /
- Soil erosion
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图 2 2000 ~ 2015年研究区R值分布图
Figure 2. Distribution of R value in the study area from 2000 to 2015
图 5 2000 ~ 2015年研究区C值分布图
Figure 5. Distribution of C value in the study area from 2000 to 2015
图 6 淮河流域2000 ~ 2015年土壤侵蚀强度等级分布图
Figure 6. Distribution of soil erosion intensity in the Huaihe River Basin from 2000 to 2015
图 7 淮河流域2000 ~ 2015年各县（市、区）平均土壤侵蚀模数（t km−2 a−1）
Figure 7. Average soil erosion modulus in each county (city, district) in the Huaihe River Basin from 2000 to 2015
图 8 2015年淮河流域不同土地利用类型的土壤侵蚀面积比和平均土壤侵蚀模数
Figure 8. Soil erosion area ratio and average soil erosion modulus under different land use types in the Huaihe River Basin in 2015
图 9 2015年淮河流域不同坡向的平均土壤侵蚀模数（t km−2 a−1）
Figure 9. Average soil erosion modulus at different slope directions in the Huaihe River Basin in 2015
表 1 基础数据来源与说明
Table 1. Basic data source and description
名称
Name类型
Type精度
Accuracy来源
Source研究区基础地理数据 shp − 全国地理信息资源目录服务系统 http://www.webmap.cn 2000 ~ 2015 年中国地面国际交换站气候日值数据集 TXT − 中国气象局气象数据中心 http://data.cma.cn 中国土壤类型数据集 GRID 空间分辨率 1000 m 中国科学院资源数据环境云平台 http://www.resdc.cn 中国土壤质地数据集 GRID 空间分辨率 1000 m 中国科学院资源数据环境云平台 http://www.resdc.cn 中国土壤有机质数据集 NC − 国家青藏高原科学数据中心 https://data.tpdc.ac.cn DEM 数据 GRID 空间分辨率 90 m 地理空间数据云 http://www.gscloud.cn 2000 ~ 2015 年 MOD13A3 数据 HDF 空间分辨率 500 m NASA 官网 https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov 2000 ~ 2015 年研究区土地利用现状遥感监测数据 GRID 空间分辨率 1000 m 中国科学院资源数据环境云平台 http://www.resdc.cn 
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表 2 淮河流域各土壤类型的可蚀型因子（K）取值
Table 2. Value of erodible type factor (K) of each soil type in the Huaihe River Basin
土壤类型
Soil typeK 值
K value土壤类型
Soil typeK 值
K value土壤类型
Soil typeK 值
K value黄棕壤 0.2675 石灰土 0.2494 潮土 0.2636 黄褐土 0.2825 火山灰土 0.2743 沼泽土 0.2632 棕壤 0.2363 紫色土 0.2523 盐土 0.2532 褐土 0.2516 石质土 0.2205 滨海盐土 0.3114 黄绵土 0.2615 粗骨土 0.2372 碱土 0.2641 红粘土 0.2674 砂姜黑土 0.2833 水稻土 0.2604 风沙土 0.1842 山地草甸土 0.2044
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表 3 研究区不同土地利用类型的P值
Table 3. P values of different land use types in the study area
土地利用类型
Land use
type水田
Paddy
field旱地
Dry
farm林地
Woodland园地
Garden
plot草地
Grassland水域
Water建设用地
Land for
construction滩地
Beach
land沙地
Sand盐碱地
Saline-
alkali soil沼泽地
Swamp裸土地
Bare
land裸岩石地
Bare rock
land其他土地
Other
landP值 0.01 0.25 0.50 0.60 0.20 0.00 0.00 0.50 1.00 1.00 0.20 1.00 0.10 0.20
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表 4 淮河流域2000 ~ 2015年各侵蚀强度等级的土壤侵蚀面积和比例
Table 4. Soil erosion area and proportion at each erosion intensity grade in the Huaihe River Basin from 2000 to 2015
等级
Grade标准（t km−2 a−1）
Standard面积（km2）
Area比例（%）
Proportion2000 2005 2010 2015 2000 2005 2010 2015 微度 < 200 167660.93 208522.86 217141.86 224672.73 59.19 73.61 76.66 79.29 轻度 200 ~ 2500 111848.19 72822.00 63938.18 58068.21 39.49 25.71 22.57 20.49 中度 2500 ~ 5000 3454.82 1793.62 2178.82 598.07 1.22 0.63 0.77 0.21 强度 5000 ~ 8000 258.81 120.38 6.02 27.60 0.09 0.04 0.00 0.01 极强度 8000 ~ 15000 42.13 6.02 − − 0.02 0.00 − − 合计 283264.88 283264.88 283264.88 283366.61 100.00 100.00 100.00 100.00
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表 5 淮河流域2000 ~ 2015年各侵蚀强度等级的土壤侵蚀量和比例
Table 5. Soil erosion amount and proportion at each erosion intensity grade in the Huaihe River Basin from 2000 to 2015
等级
Grade标准（t km−2 a−1）
Standard平均土壤侵蚀模数（t km−2 a−1）
Average soil erosion modulus土壤侵蚀量（104 t a−1）
Amount of soil erosion比例（%）
Proportion2000 2005 2010 2015 2000 2005 2010 2015 2000 2005 2010 2015 微度 < 200 82.45 73.52 89.56 75.56 1382.36 1533.06 1944.72 1697.63 15.99 24.60 29.07 33.65 轻度 200 ~ 2500 529.76 552.53 635.8 542.56 5925.27 4023.63 4065.19 3150.55 68.52 64.57 60.77 62.45 中度 2500 ~ 5000 3324.94 3325.93 3106.33 3046.98 1148.71 596.55 676.81 182.23 13.28 9.57 10.12 3.61 强度 5000 ~ 8000 5905.74 6009.67 5076.91 5338.23 152.85 72.34 3.06 14.73 1.77 1.16 0.05 0.29 极强度 8000 ~ 15000 8974.25 8996.12 − − 37.81 5.42 − − 0.44 0.09 合计 8647.00 6231.00 6689.78 5045.14 100.00 100.00 100.00 100.00
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表 6 淮河流域2000 ~ 2015年土壤侵蚀强度转移矩阵（km2）
Table 6. Transfer matrix of soil erosion intensity in the Huaihe River Basin from 2000 to 2015
微度
Very light轻度
Light中度
Moderate强度
Strong极强
Extremely strong总计
Total2000年——>2005年 微度 162370.37 5290.56 0.00 0.00 0.00 167660.93 轻度 46140.46 65707.72 0.00 0.00 0.00 111848.19 中度 12.04 1793.62 1649.16 0.00 0.00 3454.82 强度 0.00 30.09 120.38 108.34 0.00 258.81 极强 0.00 0.00 24.08 12.04 6.02 42.13 总计 208522.87 72822.00 1793.62 120.38 6.02 2005年——>2010年 微度 194294.31 14228.55 0.00 0.00 0.00 208522.86 轻度 22847.53 48879.04 1095.43 0.00 0.00 72822.00 中度 0.00 824.58 963.02 6.02 0.00 1793.62 强度 0.00 6.02 114.36 0.00 0.00 120.38 极强 0.00 0.00 6.02 0.00 0.00 6.02 总计 217141.85 63938.18 2178.82 6.02 0.00 2010年——>2015年 微度 191343.18 23223.66 75.96 1.96 0.00 214644.76 轻度 30249.31 32077.71 384.58 25.62 0.00 62737.21 中度 184.59 1837.59 120.35 0.00 0.00 2142.52 强度 0.00 6.02 0.00 0.00 0.00 6.02 极强 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 总计 221777.08 57144.97 580.88 27.58 0.00
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表 7 2015年淮河流域不同土地利用类型的土壤侵蚀面积百分比（%）
Table 7. Percentage of soil erosion area under different land use types in the Huaihe River Basin in 2015
土地利用类型
Land use type微度
Very light轻度
Light中度
Moderate强度
Strong总计
Total水田 17.33 1.22 0.01 0 18.55 旱地 46.60 8.93 0.02 0 55.55 林地 2.49 7.13 0.14 0.01 9.77 园地 0.33 0.15 0 0 0.49 草地 1.93 1.97 0.03 0 3.93 建设用地 0.58 0.23 0 0 0.81 滩涂 9.89 0.94 0 0 10.84 未利用地 0.05 0.02 0 0 0.07
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表 8 2015年淮河流域不同坡度的土壤侵蚀情况
Table 8. Soil erosion on different slopes in the Huaihe River Basin in 2015
坡度等级（°）
Grade of slope平均土壤侵蚀模数（t km−2 a−1）
Average soil erosion modulus面积（km2）
Area侵蚀量（t a−1）
Amount of erosion< 5 129.87 251613.42 32677034.85 5 ~ 8 450.96 7703.41 3473930.43 8 ~ 15 559.88 12948.64 7249682.53 15 ~ 25 643.27 9053.97 5824146.64 25 ~ 35 598.79 1923.53 1151790.56 > 35 605.35 123.64 74847.39
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表 9 2015年淮河流域不同高程的土壤侵蚀情况
Table 9. Soil erosion at different elevations in the Huaihe River Basin in 2015
高程等级（m）
Elevation level平均土壤侵蚀模数（t km−2 a−1）
Average soil erosion modulus面积（km2）
Area侵蚀量（t a−1）
Amount of erosion−6 ~ 86 104.98 201475.18 21150864.69 86 ~ 205 243.07 44634.93 10849411.23 205 ~ 374 463.43 21015.29 9739115.28 374 ~ 626 576.21 10393.51 5988843.41 626 ~ 1000 503.52 4308.85 2169590.21 1000 ~ 2150 359.76 1538.86 553619.89
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