美国农业部537手册(通用土壤流失方程USLE说明书)中文第一版

应用USLE模型与地理信息系统IDRISI预测小流域土壤侵蚀量的研究一、本文概述本文旨在探讨应用通用土壤流失方程（USLE）模型与地理信息系统（GIS）工具IDRISI在预测小流域土壤侵蚀量方面的应用。

土壤侵蚀是一个全球性的环境问题，它不仅导致土地资源的退化，还影响生态系统的稳定和水资源的可持续利用。

因此，准确预测和评估土壤侵蚀量对于制定有效的土壤和水资源管理措施至关重要。

USLE模型是一种基于物理过程的土壤侵蚀预测模型，它能够根据地形、气候、土壤、植被覆盖等因素计算潜在土壤侵蚀量。

而IDRISI 作为一款强大的GIS软件，提供了丰富的空间分析工具和模型，能够有效地处理和分析地理数据，提高土壤侵蚀预测的精度和效率。

本研究将首先介绍USLE模型的基本原理和参数设置，然后阐述如何利用IDRISI进行数据处理和空间分析，包括地形因子的提取、气候和土壤数据的整合、植被覆盖度的计算等。

在此基础上，将构建基于USLE模型和IDRISI的土壤侵蚀预测模型，并对某一具体小流域进行实证研究，验证模型的有效性和实用性。

通过本研究，期望能够为小流域土壤侵蚀的预测和管理提供科学依据和技术支持，促进土地资源的可持续利用和生态环境的改善。

也期望通过这一研究，能够推动USLE模型和GIS技术在土壤侵蚀领域的更广泛应用和深入发展。

二、USLE模型理论基础土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation，简称USLE）是由美国农业部于20世纪60年代开发的，用于预测和评估由于降雨和径流引起的土壤侵蚀量的经验模型。

USLE模型自推出以来，在全球范围内得到了广泛应用，并被认为是评估土壤侵蚀风险、制定水土保持措施和进行流域管理的重要工具。

USLE模型基于土壤侵蚀的物理过程，将土壤侵蚀量（A）表示为降雨侵蚀力（R）、土壤可蚀性（K）、坡度长度和坡度（LS）、植被覆盖和管理因子（C）以及水土保持措施因子（P）的函数。

通用土壤流失方程USLE简介1965 年,W.H.Wischmeier 和D.Smith对美国30个州近30年的观测资料进行了系统分析,根据近万个径流小区的试验资料,提出著名的经验模型—通用土壤流失方程(USLE),作为预测面蚀和沟蚀引起的年平均土壤流失量的方法,它考虑了降雨、土壤可蚀性、作物管理、坡度坡长和水土保持措施5大因子,方程式如下:A = R•K•LS•C•P。

式中:A 为年平均土壤流失量, t/ hm2 ；R 为降雨和径流侵蚀因子；K 为土壤可蚀性因子；LS 为地形因子,其中L 为坡长因子, S 为坡度因子；C 为作物管理因子；P 为治理措施因子。

USLE 可用来计算年平均土壤流失量,从而指导人们进行正确的耕作、经营管理,采取适当的保护措施来保持土壤。

它所依据的资料丰富、涉及区域广泛,因而具有较强的实用性,曾在世界范围内得到了广泛的推广。

1978 年, W.H.Wischmeier 和D.Smith针对应用中存在的问题,对USLE 进行了修正,使USLE 更具普遍性。

其不足之处：以年侵蚀资料建立起来的USLE，无法进行次降雨土壤侵蚀的预报。

同时，实践证明,USLE 不太适用于垄作、等高耕作,以及那些使泥沙就地沉积的带状耕作措施等。

WEPP（Water Erosion Prediction Project）WEPP(Water Erosion Prediction Project) WEPP 实际是USDA 推出的用以替代USLE 的新一代土壤侵蚀预测模型。

从1985 年开始研究，1989 年基本完成，后经过多次改进和完善，于1995年向外公布。

它属于一种连续的物理模型。

模型可模拟的流域物理过程有：日土壤水分平衡，不同植被条件下(农作物、林地和草地等) 的日蒸发散，年作物产量、畜牧产量，径流、灌溉时的侵蚀，林地侵蚀，细沟和沟间侵蚀，农业管理措施对侵蚀及水文过程的影响等。

与传统的水文模型相比,WEPP 具有很多优点: ①可模拟土壤侵蚀过程及流域的某些自然过程，如气候、入渗、植物蒸腾、土壤蒸发、土壤结构变化和泥沙沉积等；②可模拟非规则坡形的陡坡、土壤、耕作、作物及管理措施对侵蚀的影响等；③可以模拟土壤侵蚀的时空变异规律；④预测泥沙在坡地以及流域中的运移状态。

9.4土壤流失模型（RUSLE）：土壤流失评价水土流失(water Loss and Soil Erosion)是当今世界面临的一个重大环境问题，是指在水力、重力、风力等外力的作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括了土壤侵蚀(Soil Erosion)及水的流失两个方面。

水土流失是一个受多种因素驱动作用的自然过程，由降雨作为主要侵蚀动力的即为水力侵蚀，其作用多体现于具有一定坡度的山地、丘陵地区，以降水直接冲走表层土壤为主要表现形式。

当表层土壤受侵蚀的程度超过一定的安全阈值时，就会形成或引发滑坡、泥石流等剧烈的土壤流失过程，降低区域土壤生产力，严重影响生态系统的平衡。

由于这一过程表现出明显的斑块性和异质性，难以用定点实验进行追踪监测，故多以预测估算的方式对之进行研究。

9.4.1 RUSLE模型RUSLE模型(The Revised Universal Soil Loss Equation)是美国农业部于1997年在通用土壤流失模型USLE(The universal Soil Loss Equation)的基础上修订建立并正式实施的一种适用范围更广的修正模型。

自颁布之后即在美国得到了广泛的应用，目前美国各州都己有成功应用的案例。

该模型也被世界各国的研究者借鉴，于20世纪90年代被引入中国。

RUSLE模型目前己在国内外的土壤侵蚀预测研究中得到了非常广泛的应用。

其计算表达式为：=⋅⋅⋅⋅(1)A R K LS C P图1 RUSLE模型的技术流程图A为预测土壤侵蚀量(estimated average soil loss in tons per acre per year)，主要指由降雨和径流引起的坡面细沟或细沟间侵蚀的年均土壤流失量。

R 为降雨侵蚀力因子(rainfall-runoff erosivity factor) (MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）,它反映降雨引起土壤流失的潜在能力。

RUSLE模型RUSLE模型研发历程主要内容1关于USLE模型通用土壤流失方程被誉为20世纪水土保持科学最重要进展之一。

在超过一百多个国家和地区用于指导水土保持规划，评价水土保持政策，预测侵蚀产沙等方面；保护了地球上几百万吨土壤及受到土壤侵蚀威胁的环境，从而更适宜于人类的生存和居住。

1.1地形划分1.2农业带与气候带1.3美国土壤侵蚀研究历史最早的侵蚀研究—1912年，A.W.Sampson及其助手，过度放牧的牧场，犹他州中部；田间试验小区研究—1917年，ler及其同事，密苏里农业研究站，哥伦比亚，密苏里州；H.H.Bennett—USDA土壤局的土壤首席专家（1903-1920）。

在Bennett的努力下，侵蚀问题引起公众和国会的关注，与此同时，发生在大平原上的“DustBowl”造成毁灭性的干旱、风蚀、沙尘暴，这促使了国会于1929年提供首批基金用于研究土壤侵蚀。

美国黑风暴1.5USLE研发历程1934年，美国国会通过《泰勒放牧法》，限制在公有林地放牧区过度放牧，以免造成水土流失。

1935年将土壤侵蚀局划归农业部，并改名为土壤保护局。

为了保护生态，美国国会还相继通过了一系列法令，内容涉及建立土壤保持区、农田保护、土地管理政策、土地利用、小流域规划和管理、洪水防治、控制采伐和自由放牧等各个方面，把土地管理和水土保持逐步纳入法制轨道。

土壤保持局首席专家Bennett,格里思，俄克拉荷马州A.W.Zingg分析变坡度和变坡长布设农业措施的野外试验小区侵蚀资料，于1940年公布了研究结果—经验公式为：A=CS1.4L0.6式中：A为单位面积平均土壤流失量；C为常量；S为坡度(%)；L为坡长(ft)。

1941年，D.D.Smith在上述公式中加入农业措施因子，公式变为：A=CS1.4L0.6P式中：P为无保持措施小区土壤侵蚀量与有保持措施小区侵蚀量之比；C因子包括土壤属性、气候、农业措施。

Smith利用该公式绘制了中西部保持措施分区图，引入了允许土壤流失量的概念。

通用土壤流失方程USLE简介1965 年,W.H.Wischmeier 和D.Smith对美国30个州近30年的观测资料进行了系统分析,根据近万个径流小区的试验资料,提出著名的经验模型—通用土壤流失方程(USLE),作为预测面蚀和沟蚀引起的年平均土壤流失量的方法,它考虑了降雨、土壤可蚀性、作物管理、坡度坡长和水土保持措施5大因子,方程式如下:A = R•K•LS•C•P。

式中:A 为年平均土壤流失量, t/ hm2 ；R 为降雨和径流侵蚀因子；K 为土壤可蚀性因子；LS 为地形因子,其中L 为坡长因子, S 为坡度因子；C 为作物管理因子；P 为治理措施因子。

USLE 可用来计算年平均土壤流失量,从而指导人们进行正确的耕作、经营管理,采取适当的保护措施来保持土壤。

它所依据的资料丰富、涉及区域广泛,因而具有较强的实用性,曾在世界范围内得到了广泛的推广。

1978 年, W.H.Wischmeier 和D.Smith针对应用中存在的问题,对USLE 进行了修正,使USLE 更具普遍性。

其不足之处：以年侵蚀资料建立起来的USLE，无法进行次降雨土壤侵蚀的预报。

同时，实践证明,USLE 不太适用于垄作、等高耕作,以及那些使泥沙就地沉积的带状耕作措施等。

WEPP（Water Erosion Prediction Project）WEPP(Water Erosion Prediction Project) WEPP 实际是USDA 推出的用以替代USLE 的新一代土壤侵蚀预测模型。

从1985 年开始研究，1989 年基本完成，后经过多次改进和完善，于1995年向外公布。

它属于一种连续的物理模型。

模型可模拟的流域物理过程有：日土壤水分平衡，不同植被条件下(农作物、林地和草地等) 的日蒸发散，年作物产量、畜牧产量，径流、灌溉时的侵蚀，林地侵蚀，细沟和沟间侵蚀，农业管理措施对侵蚀及水文过程的影响等。

与传统的水文模型相比,WEPP 具有很多优点: ①可模拟土壤侵蚀过程及流域的某些自然过程，如气候、入渗、植物蒸腾、土壤蒸发、土壤结构变化和泥沙沉积等；②可模拟非规则坡形的陡坡、土壤、耕作、作物及管理措施对侵蚀的影响等；③可以模拟土壤侵蚀的时空变异规律；④预测泥沙在坡地以及流域中的运移状态。

9.4土壤流失模型（RUSLE）：土壤流失评价水土流失(water Loss and Soil Erosion)是当今世界面临的一个重大环境问题，是指在水力、重力、风力等外力的作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括了土壤侵蚀(Soil Erosion)及水的流失两个方面。

水土流失是一个受多种因素驱动作用的自然过程，由降雨作为主要侵蚀动力的即为水力侵蚀，其作用多体现于具有一定坡度的山地、丘陵地区，以降水直接冲走表层土壤为主要表现形式。

当表层土壤受侵蚀的程度超过一定的安全阈值时，就会形成或引发滑坡、泥石流等剧烈的土壤流失过程，降低区域土壤生产力，严重影响生态系统的平衡。

由于这一过程表现出明显的斑块性和异质性，难以用定点实验进行追踪监测，故多以预测估算的方式对之进行研究。

9.4.1 RUSLE模型RUSLE模型(The Revised Universal Soil Loss Equation)是美国农业部于1997年在通用土壤流失模型USLE(The universal Soil Loss Equation)的基础上修订建立并正式实施的一种适用范围更广的修正模型。

自颁布之后即在美国得到了广泛的应用，目前美国各州都己有成功应用的案例。

该模型也被世界各国的研究者借鉴，于20世纪90年代被引入中国。

RUSLE模型目前己在国内外的土壤侵蚀预测研究中得到了非常广泛的应用。

其计算表达式为：=⋅⋅⋅⋅(1)A R K LS C P图1 RUSLE模型的技术流程图A为预测土壤侵蚀量(estimated average soil loss in tons per acre per year)，主要指由降雨和径流引起的坡面细沟或细沟间侵蚀的年均土壤流失量。

R 为降雨侵蚀力因子(rainfall-runoff erosivity factor) (MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）,它反映降雨引起土壤流失的潜在能力。

探索水土保持工程中的水土流失模型在水土保持工程领域，水土流失是一个重要的问题，对环境和生态系统产生巨大的影响。

为了更好地理解和解决水土流失问题，研究学者们提出了各种水土流失模型。

本文将探索水土保持工程中常用的水土流失模型。

一、模型一：USLE模型（通用土壤流失方程）USLE模型是较早建立的水土流失模型之一，它基于土壤流失的基本原理和土壤流失因素之间的相互关系。

USLE模型包含了降雨侵蚀力因子（R）、土壤侵蚀力因子（K）、坡面长度与坡度因子（LS）、作物和植被覆盖因子（C）以及管理措施因子（P），通过计算这些因子的值，可以得出土壤流失量的估计值。

二、模型二：RUSLE模型（修正通用土壤流失方程）RUSLE模型是USLE模型的升级版，它在USLE模型的基础上引入了更多的因素，以提高模型的准确性和适用性。

RUSLE模型考虑了长期降雨侵蚀力因子（R）、土壤侵蚀力因子（K）、坡度和坡长因子（LS）、土壤流失修正因子（C）以及管理措施修正因子（P），同时还考虑了土壤侵蚀的时空变化规律，可以更好地模拟实际情况下的土壤流失过程。

三、模型三：SWAT模型（小流域水文模型）SWAT模型是一种综合型的小流域水文模型，被广泛应用于水资源管理和环境保护中。

该模型结合了气象、土壤、植被和地形等多个要素，能够模拟流域内的地表径流过程和水土流失量。

SWAT模型通过输入不同的参数和数据，可以对不同地区的水土流失情况进行精确的预测和分析，为水土保持工程的实施提供科学依据。

四、模型四：MUSLE模型（修改通用土壤失蚀方程）MUSLE模型是一种基于降雨和径流关系的水土流失模型，它与RUSLE模型十分相似，但将降雨侵蚀力因子（R）替换为了径流侵蚀力因子（R）。

MUSLE模型通过分析地表径流的产生过程，考虑了不同地区的水文条件和土壤物理特性，提出了一种与降雨量相关的地表侵蚀力计算方法，可以更准确地估计水土流失量。

五、模型五：WEPP模型（水土保持评估程序）WEPP模型是一种基于物理过程的水土保持模型，广泛应用于不同地区和不同土地利用类型的水土流失研究。

1 土壤侵蚀量计算模型关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE（Universal Soil- Loss Equation），作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。

由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。

“通用土壤流失方程式”的形式如下：A R K L S C P 1-1式中：A ――土壤流失量（吨/公顷•年）R――降雨侵蚀力指标；K――土壤可蚀性因子。

它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。

其单位是，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量；L――坡长因子。

当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值；S――坡度因子。

当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值；C――作物经营因子。

为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值；P――土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。

通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。

当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。

2 模型中各参数确定依据降雨侵蚀力指标R 值的确定R 值的确定有以下三种途径：（1）R 值的经典算法：美国学者威斯奇迈尔和史密斯（1985 年）利用美国35 个土壤保持试验站8250个休闲小区的降雨侵蚀资料统计得出R指标与降雨动能E及最大30分钟降雨强度130的经验关系，计算式如下:R E?l 30（2） R 值的简易计算：上式在实际应用中，计算降雨动能E 需要降雨过程，其计算是件繁杂的事情，故 R 值简易计算的关键在于寻求一个通过常规降雨资料就可得到的参数， 并建立它与R 值的经典算法的关系，省去动能E 的计算。

通用土壤流失方程[z]LE方程A=R·K·L·S·C·P通常将L、S合并为LS考虑。

2.降雨侵蚀力因子R(1)Wischmeier经验公式R=Σ 1.735×10**[1.5·lg(Pi/P)－0.8188]式中：R－降雨侵蚀力，100ft·t·in／(ac·h)；Pi－各月平均降雨量(mm)；P－年平均降雨量(mm)。

(2)年R值的估算（王万忠、焦菊英，1996）R=0.207(P·I60/100)**1.205式中：R－年降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－年最大60min降雨量(mm)。

(3)多年平均R值的估算（王万忠、焦菊英，1995—1996）R=0.009 P**0.564· I60**1.155· I144**00.560式中：R－多年平均降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm**2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－平均年最大60min降雨量(mm)；I1440－平均年最大1440min降雨量(mm)。

注1：王万忠、焦菊英、陈法扬等已绘制了全国降雨侵蚀力R等值线图（《水土保持学报》1995、《土壤侵蚀与水土保持学报》1996）。

上述降雨侵蚀力因子R计算式是王万忠、焦菊英、陈法扬等在绘制全国降雨侵蚀力R 等值线图时，全国协作，综合了南方南昌水专研究的广东、福建、江西等省、西北水保所研究的陕西、甘肃、东北黑龙江水保部门研究的黑龙江省等地区的综合成果，得出的，当在全国各水蚀区适用。

3.土壤可蚀性因子KWischmeier等的方法根据土壤质地、土壤有机质百分含量、土壤结构、土壤透水性等几个主要因子，查土壤可蚀性因子诺谟图。

4.坡长因子L经典计算公式（Wischmeier和Smith，1978）L=(λ/22.13)**m式中：L－坡长因子；m－坡长指数，可采用计算式（Fostre等，1977）m=β/(1+β)其中，β可采用计算式（McCool等，1989）β=(sinθ/0.0896)/[3.0(sinθ)**0.8+0.56]式中：θ－坡度。

土壤流失方程是用来计算土壤流失量的数学公式，常用于土地资源管理和水土保持规划。

其中，美国农业部（USDA）所提出的通用土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation, USLE）是最为广泛使用的一种土壤流失方程。

USLE方程如下：
A = R* K * LS * C * P
其中，
A表示土壤流失量（单位：吨/公顷/年）；
R表示降雨侵蚀力因子，即单位时间内的降雨能够冲刷掉的土壤量，其大小与降雨强度、降雨量、地形等因素有关；
K表示抗侵蚀力因子，即土壤的抗冲蚀能力，其大小与土壤类型、植被覆盖度、土地利用方式等因素有关；
LS表示坡面长度和坡度因子，即坡面长度和坡度对土壤流失的影响因子；
C表示覆盖和管理因子，即土地利用方式、耕作方式、植被覆盖度等因素对土壤流失的影响因子；
P表示支持措施因子，即采取的水土保持措施对土壤流失的影响因子。

通过计算USLE方程，可以估算出不同场地、不同土地利用方式下的土壤流失量，从而为制定水土保持措施提供科学依据。

通用土壤流失方程[z]LE方程A=R·K·L·S·C·P通常将L、S合并为LS考虑。

2.降雨侵蚀力因子R(1)Wischmeier经验公式R=Σ 1.735×10**[1.5·lg(Pi/P)－0.8188]式中：R－降雨侵蚀力，100ft·t·in／(ac·h)；Pi－各月平均降雨量(mm)；P－年平均降雨量(mm)。

(2)年R值的估算（王万忠、焦菊英，1996）R=0.207(P·I60/100)**1.205式中：R－年降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－年最大60min降雨量(mm)。

(3)多年平均R值的估算（王万忠、焦菊英，1995—1996）R=0.009 P**0.564· I60**1.155· I144**00.560式中：R－多年平均降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm**2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－平均年最大60min降雨量(mm)；I1440－平均年最大1440min降雨量(mm)。

注1：王万忠、焦菊英、陈法扬等已绘制了全国降雨侵蚀力R等值线图（《水土保持学报》1995、《土壤侵蚀与水土保持学报》1996）。

上述降雨侵蚀力因子R计算式是王万忠、焦菊英、陈法扬等在绘制全国降雨侵蚀力R 等值线图时，全国协作，综合了南方南昌水专研究的广东、福建、江西等省、西北水保所研究的陕西、甘肃、东北黑龙江水保部门研究的黑龙江省等地区的综合成果，得出的，当在全国各水蚀区适用。

3.土壤可蚀性因子KWischmeier等的方法根据土壤质地、土壤有机质百分含量、土壤结构、土壤透水性等几个主要因子，查土壤可蚀性因子诺谟图。

4.坡长因子L经典计算公式（Wischmeier和Smith，1978）L=(λ/22.13)**m式中：L－坡长因子；m－坡长指数，可采用计算式（Fostre等，1977）m=β/(1+β)其中，β可采用计算式（McCool等，1989）β=(sinθ/0.0896)/[3.0(sinθ)**0.8+0.56]式中：θ－坡度。

通用土壤流失方程USLE简介
佚名
【期刊名称】《水利规划与设计》
【年(卷),期】2016(0)4
【摘要】通用土壤流失方程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。

由威斯启梅尔
（W.H.Wischmier）结合美国20世纪30年代起的8000多个土壤侵蚀试验观测点资料统计总结提出,其公式为：A=R·K·S·L·C·P。

式中：A为土壤侵蚀量;R为降水量及其强度对土壤表层产生的侵蚀动能;K为土壤质地与结构.
【总页数】1页(P61-61)
【关键词】USLE;土壤侵蚀量;土壤流失量;美国研制;定量预报;坡长;坡面;梅尔;年平均;威斯
【正文语种】中文
【中图分类】S157
【相关文献】
1.通用土壤流失方程在蓟县山区水土流失监测中的应用 [J], 李彦涛
2.通用土壤流失方程在水土流失预测中的应用 [J], 张成武
3.通用流失方程式(USLE)应用中存在的问题及改进建议 [J], 田超
4.通用流失方程式(USLE)在铁路工程建设项目水土流失量预测中存在的问题及改进建议 [J], 田超
5.非点源污染与水土流失控制——美国“通用土壤流失方程”的应用(续二) [J],
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