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1、水土保持学,绪 论,水土保持学及其研究内容 水土保持的意义 水土保持的发展历史 与其他学科的关系,一、水土保持学及其研究内容,1、几个重要概念 土壤侵蚀： 土壤或其他地面组成物质在外营力的作用下，被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程。,水土流失： 在外营力的作用下，水土资源和土地生产力遭受的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失。 水土保持： 防治水土流失，保护、改良与合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的效益和建立良好的生态环境。,水土保持学： 研究水土流失形式、发生原因和规律、水土保持基本原理，据以制定规划和运用综合措施，防治水土流失，治理江河与风沙，保护、改良和
2、合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，改善农业生产条件，建立良好的生态环境的应用科学。,2、研究内容 土壤侵蚀的形式、分布和危害；小流域径 流的形成与损失过程；土壤侵蚀特征。 水土流失规律和水土保持措施。 水土流失与水土资源调查和评价的方法。 水土保持的效益。,二、 水土保持的意义,1. 水土流失现状 1990年的调查统计，全国土壤侵蚀面积492万平方公里，占国土面积的51%。其中水力侵蚀面积179万平方公里，风蚀面积188万平方公里，冻融侵蚀125万平方公里。,2000年全国情况,侵蚀总面积：356 万km2 ，占国土面积37%。 其中，水蚀面积165万km2 ，风蚀面积191万km2,福
3、建省的情况,根据2000年福建省土壤侵蚀遥感调查的结果，福建省以水力侵蚀为主，土壤侵蚀总面积为13127.31平方公里，占全省土地总面积的10.72%。其中： 轻度侵蚀6572.91平方公里，占侵蚀总面积的50.07%； 中度侵蚀3815.41平方公里，占侵蚀总面积的29.06%； 强度侵蚀2547.23平方公里，占侵蚀总面积的19.40%； 极强度侵蚀180.25平方公里，占侵蚀总面积的1.37%； 剧烈侵蚀11.51平方公里，占侵蚀总面积的0.09%。,福建土壤侵蚀现状的特征： 以低强度侵蚀为主，极强度和剧烈侵蚀的面积和比例小； 东南沿海地市比中西部山区地市严重； 局部地区侵蚀很严重,2、
4、水土流失的危害,破坏资源 河道、水库淤浅，加剧洪涝灾害 影响交通运输 危及人民生命财产安全,3、水土保持的意义, 保护土地资源，维护土地生产力。 充分利用降水资源，提高抗旱能力。 改善区域生态环境，促进当地社会和经济发展。 减少江河湖库泥沙淤积，减轻下游洪涝灾害。 减少江河湖库非点源污染，保护与改善水质。,三、水土保持的发展历史,20世纪30年代，美国贝内特（H.H.Bennet）创立了“土壤保持学”。 20世纪初叶，前苏联和日本也发展了具有特色的土壤侵蚀与水土保持学科。 我国40年代初期，设立了甘肃天水、陕西长安和福建长汀水土保持实验区；开展大量的考察工作；取得了显著的治理成效。,国外以美国
5、为例 围绕三个方面开展研究：,1、土壤侵蚀与水质管理； 2、土壤侵蚀与土壤资源管理； 3、基于保持规划与环境保护的侵蚀预报技术；,土壤侵蚀的研究进展,1、土壤侵蚀与水质管理,研究： 沉积物分离、运移和沉积的定量关系； 地表条件与径流和土壤侵蚀的定量关系； 不同耕作和管理措施条件下，不同农业 化学物质向地表径流的排放量； 有效控制污染物向地表径流排放措施； 改进WEPP。,2、土壤侵蚀与土壤资源管理,研究： 有效的土壤保持技术； 获取更多的资料为制定土壤保持措施提 供依据。,一个例子：,聚丙稀酰胺用于防止陡坡地的土壤侵蚀,3、基于保持规划与环境保护的侵蚀预报技术,把WEPP应用于营养 和杀虫剂流
6、失的预报,重点：,继续完善WEPP； 水土流失与非点源污染的关系。,中国土壤侵蚀研究的特点： 土壤侵蚀调查与基础性、关键性问题的研究 研究建立了土壤侵蚀分类原则和系统； 建立了土壤侵蚀区划的原则和系统（如侵蚀营 力划分一级区）； 土壤侵蚀调查研究方法的进展（3S技术）。 土壤侵蚀过程及其机理研究 地质时期和历史时期以来土壤侵蚀过程的研究 （通过对黄土高原古地貌演变及黄土层内古环境信息的研究，论证了自然侵蚀的发生演变过程） 坡耕地土壤侵蚀过程及其机理研究 中国土壤侵蚀预报的研究。 土壤侵蚀与沟道河流泥沙输移及洪涝灾害关联研究,中国水土保持应重视的几个问题：,加强水土流失基础理论研究。 加强流域生
7、态经济系统的管理与调控研究。 以可持续发展理论指导区域水土流失综合治 理与开发。 把防止与调控地表径流放在首位。 加强科学研究，进一步提高成果转化率。 建立中国土壤侵蚀监测信息系统。,四、与其他学科的关系,1、与基础性自然科学的关系 气象学 水文学 地貌学 地质学 土壤学,2、与应用科学的关系 农业科学 林业科学 水利科学 环境科学,GPS的组成,1.空间部分（卫星星座） 24颗在轨卫星分布在6个轨道平面内，每轨4颗卫星均匀分布，卫星轨道几乎为圆形。 在地球上的任意地点、任意时刻至少可以同时看到4颗以上的卫星，满足定位的需要。,地面部分,2.地面控制部分： 监测站、主控站、地面注入站、通讯及辅
8、助系统 3.用户设备 GPS接收机、微机、气象仪器等,遥感基础,遥感的概念 遥感是60年代在美国创造的技术用语，用来综合以前所使用的摄影测量、像片判读、地技摄影而提出的。1972年，随着第一颗地球观测卫星Landsat的发射成功而迅速得到普及。 遥感是一种远离目标，通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。 对目标进行信息采集主要是利用了从目标反射或辐射的电磁波。此外重力和磁也作为信息采集手段而加以利用，这些都包含在广义的遥感之中。 接收从目标中反射或辐射的电磁波的装置叫作遥感器（remote sensor）。搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台（platform），如飞机及人造卫星等。,
9、遥感基础,遥感的特性 空间特性 视域范围大，具有宏观特性（卫片34225平方公里） 光谱特性 探测波段从可见光向两侧延伸，扩大了人们对地物特性的研究 时相特性 能够周期成象，有利于动态监测和研究,什么是GIS,GIS = CAD+DATABASE+SPATIAL OPERATION 采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。 支持地理空间数据库的获取、管理、操作、分析、模型化和显示打印输出 数据、信息、地理信息,GIS应具备的功能,支持对空间数据库的获取 能对空间数据库进行管理 显示、打印、编辑、查询、特征提取等 支持以空间数据为基础的分析 支持对空间数据的模型化 提供规
10、划、管理等问题的决策支持,GIS的组成,以计算机为基础的硬件设备 Hardware 软件 Software 空间数据库 Database GIS管理的对象 人员 Lifeware 最重要但又最容易被忽视,硬件设备,高速处理器 大容量的存储设备 输入、输出设备等 其它辅助设备,GIS软件,专门的GIS软件，一般具有： 数据管理、数据分析、地图制图、数据库的组织管理、空间信息的查询和空间分析等功能 新的GIS软件进一步提出了网络功能，特别提出了对INTERNET的支持 预测预报和决策支持的要求,土壤侵蚀动态变化特点,土壤侵蚀面积减少，侵蚀比率下降 土壤侵蚀强度明显减轻 沿海地市侵蚀面积和侵蚀强度降
11、低幅度大于内地 沿海地市土壤侵蚀仍比内地严重 土壤侵蚀比率降幅趋缓，完成“十五”水土流失治理目标任重道远。,第一章 水土保持基本原理,第一节 水土流失带性规律 影响水土流失的因素主要有： 气候:降雨，风等； 地质、地貌：岩石、构造、坡度等； 土壤：透水性、抗蚀性和抗冲性等； 植被：覆盖度、植被类型等； 人为因素。 其中自然地理要素在地球表面是成带性分布的。,一、自然地理环境的地域分异规律 地球的形状、自转和公转 地表的太阳辐射量由北向南呈规律性排列 气候、植物和动物也成带状分布。 但是，地球表面不是一个连续的、均匀的、具有相同物质组成的行星，大陆占地表的29，海洋占71，这种面积的数量对比关系
12、，使大陆与海洋以及大陆的东岸、西岸和内部的自然地理要素分布更为复杂。,（一）全球性的地域分异： 海陆对比：地表有大洋和大陆之分，这是自然地理环境的基本分异。它除表现为海与陆的强烈对比外，还构成两种明显不同的陆地生态环境与海洋生态环境，并通过其间的相互影响，造成次一级的地域分异。 热力分带：太阳辐射随地理纬度不同而发生的热力分带性是一种全球性的地域分异规律。它决定着气温、气压、湿度、降水、风向等要素在地表呈带状分布。,（二）大陆和大洋的地域分异 大陆的地域分异规律：贯穿整个大陆，如纬度分异等； 大洋的地域分异：大洋表层纬向自然带大洋底层自然区。 （三）区域性的地域分异 地带段性；地区性；垂直带性
13、。 （四）地方性的分异规律 地形的垂直分化，地面组成物质和地方气候的差异。如坡向不同引起水热分布上的差异。,二、土壤侵蚀的地理分布 1、地表水热状况与外营力 地表水热状况不同，决定了不同性质的外营力作用及其强度。 土壤侵蚀的过程：风化剥蚀、搬运和沉积,风化作用： 指暴露在地表的岩石，由于受到各种因素的作用，其形状、结构和成分发生改变的现象。 风化为搬运创造了条件！ 不同水热条件下，风化作用有鲜明的特点： 物理风化发生在高寒区； 化学风化强烈发生于高温高湿区，等等。,搬运作用：,将风化的松散物质由原来的地方搬运到附近或很远的地方并堆积起来的过程。 搬运与风化关系密切： 风化为搬运准备了物质； 搬
14、运为进一步风化创造条件。,沉积作用： 风化产物经过一段时间的搬运后，由于介质的搬运能力减弱而沉积下来的过程。 认真分析可见，土壤侵蚀与地表水热状况是分不开的： 高温少雨地区，风化作用以物理风化为主，风蚀严重； 高温多雨区，化学风化为主，水力侵蚀活跃； 低温少雨区，风蚀为主。,2、侵蚀的地带性规律 有三个气候侵蚀带： 冰雪气候侵蚀带：气候特点是降雪量大于消融量，形成冰川，或融水下渗，结成冻土； 湿润气候侵蚀带：气候特点是：气温较高，降水量大于蒸发量，多余的水渗入地下成为潜水或地下径流，未渗入地下的水形成地表径流。所以，以水力侵蚀为主； 干旱气候侵蚀带：在地面蒸发量大于降水量的地区，空气十分干燥，
15、植被生长受到限制，风力作用极为强烈，形成风沙流破坏地表。 。,第二节 水、沙平衡原理 一、水量平衡 水分循环：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下，大量水分被蒸发，上升到空中，被气流带动送到各地。在这个过程中，遇冷凝结而以降水形式落到地面上，再从河道或地下流人海洋：水分这样往返循环不断转移交替的现象称为水分循环或水循环。包括了降水、径流和蒸发三过程。,大、小循环。 大循环：大循环是海陆间的水分交换 ； 小循环：从海洋上蒸发的水汽，上升遇冷凝结后又降落在海洋上，或陆地上蒸发的水汽上升遇冷凝结后又降落到陆地上，这种局部的循环称为小循环。 水量平衡： I = O + W I 某时段内输入水量； O
16、某时段内输出水量； W 时段内储水量增量。,二、容许土壤流失量（T值）,1、概念 小于或等于成土速率的年土壤流失量。 对于坡耕地，是使作物在长时期内能经济、持续稳定地获得高产而允许的年最大土壤流失量。 2、T值范围 美国依据满足作物生长需要的土层深度、流失区域大小、保证下游的安全等条件确定不同情况的T值（P17）。 一般来说，耕地土层深厚且剖面土壤肥力接近的情况下，容许流失量可大些；对于土层薄、少量侵蚀即会显著降低生产力的情况，其值要低。,4-11吨/公顷年和2-6吨/公顷年 我国采用的T值 我国根据有效土层厚的抗蚀年限，划分出土壤潜在侵蚀危害程度（P18）。显然，无险型土壤抗蚀年限最长，容许流失量可大些；极险型和毁坏型，容许流失量应取最小值。 在水土保持技术规范中，明确提出：在不同成土条件下，容许流失量T值分别采用200t(km2a)、500t(km2a)和1000t(km2a)。,三、冲淤平衡 纵向平衡： 不冲不淤：来
