实验18 基于栅格建模的通用土壤流失方程的建立
一、实验目的
1.了解通用土壤流失公式的物理含义；
2.熟悉栅格数据多层面叠合分析的基本原理；
3.掌握使用ArcGIS叠置分析功能建立通用土壤流失公式模拟土壤侵蚀过程的
方法。
二、实验背景
土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。
土壤侵蚀的过程实际和水分同时流失的过程，即水土流失过程，二者基本上是一致的。
它是自然和人为因素综合作用的结果。
如今，土壤侵蚀已成为世界普遍关注的重大环境问题之一,它加剧淤积、干旱、洪涝等自然灾害,引起土地生产力下降,严重地威胁着人类的生存和发展。
因此，土壤侵蚀预测是进行有效水土保持工作的前提。
在这样的背景下，通用土壤流失方程应运而生。
通用土壤流失方程USLE (Universal Soil Loss Equation，USLE) 是美国研制的用于定量预报农地或草地坡面多年平均年土壤流失量的一个经验性土壤侵蚀预报模型,其数学表达式是一系列变量相乘的方程形式。
其基本形式为：
A=R·K·LS·C·P
式中：
A——单位面积上的土壤流失量，主要指降雨及其径流使坡面上出现细沟或细沟间侵蚀所形成的多年平均土壤流失量, 单位为：tons/acre/year)；
R——降雨侵蚀力因子（rainfall-runoff erosivity factor），用多年平均年降雨侵蚀力指数表示，单位为；MJ·mm·hm-2·h-1·a-1
K——土壤可蚀性因子（soil erodility factor）；
LS——地形因子（topological factor）；
C——植被与作物管理因子（cover-management factor）；
P——土壤保持措施因子（supporting practices factor）。
通用土壤流失方程可以帮助人们认识不同的自然条件、农业活动和水土保持措施下的土壤流失量平均有多大, 从而指导决策者制定可行的土地利用政策,以尽可能减少土壤流失。
该方程结构简单，所需输入数据量少，计算结果可满足一定精度下土壤侵蚀预测的要求。
三、实验内容
1.ArcGIS栅格叠置分析功能计算地形因子；
2.根据通用土壤流失方程来计算生成土壤流失状况图层。
四、实验数据
五、实验步骤
1.空间分析环境设置
在ArcMap中，点击主菜单上的Tools\Extensions，打开Extensions 对话框，点击Spatial Analyst模块前的复选框，开启Spatial Analyst模块。
2.查看降雨侵蚀力因子
在ArcMap中，加载侵蚀力因子图层Rfactor，如图18-1所示。
年平均降雨侵蚀力因子（R）为常数300。
图18-1
3.查看土壤可蚀性因子
在ArcMap中，加载土壤可蚀性因子图层Kfactor，如图18-2所示。
土壤可蚀性因子（K）可以查土壤可蚀性因子诺谟图，4个K值被分配到土壤现状图上，如图18-2所示。
图18-2
4.计算地形因子
(1)在ArcMap中，加载汇水面积图层Flowacc和坡度图层slop。
(2)点击Spatial Analyst 工具条上的Spatial Analyst\Raster Calculator，打开
Raster Calculator对话框。
(3)利用下面的公式来计算地形因子LS，在Raster Calculator对话框中编辑
计算语句，如图18-3所示。
m
n
=18（1）
(sinβ
A
LS)
其中，A是上游汇水面积（FlowAcc），β是坡度（slope，单位为角度），m=1.6，n=1.3。
图8-3
(4)计算后的地形因子图层会自动加载到ArcMap中显示，将其重新命名为
ls，如图18-4所示。
图18-4
5.查看植被与作物管理因子
植被与作物管理因子（C）反映了土壤被不同的土壤覆盖类型保护的程度，这是USLE模型中唯一的组分因子，它受人类活动（如开垦，建筑，采矿，伐木，修路等）或其它事件（如林火，洪水）的影响很大。
一般对于连续休闲裸地，
C=1.0。
在ArcMap中，加载植被与作物管理因子图层Cfactor，如图18-5所示。
图18-5
6.查看土壤保持措施因子
在ArcMap中，加载土壤保持措施因子图层Pfactor，如图18-6所示。
未采取土壤保持措施时的土壤保持措施因子（P）的值赋为1。
图18-6
7.通用土壤流失方程的计算
(1)点击Spatial Analyst 工具条上的Spatial Analyst/Raster Calculator,打开
Raster Calculator对话框。
(2)根据通用土壤流失方程来计算生成土壤流失状况图层，在Raster
Calculator对话框中编辑计算语句，如图18-7 所示。
图18-7
(3)点击【Evaluate】按钮，计算后的图层会自动加载到ArcMap中显示。
根
据得到的结果，回答：图上最大的年土壤流失量是多少？最大的年土壤
流失量发生在哪？尝试分析其原因。
8.拓展练习
分组根据提供的北京和江西地区的降水、数字高程数据、影像数据、土壤类型、统计数据等数据尝试建立北京山区和江西地区的通用土壤流失
方程。