基于USLE方程和安卓系统的水土流失预测软件开发

周晓乐

(辽宁省水土保持局， 辽宁 沈阳 110003)



基于USLE方程和安卓系统的水土流失预测软件开发

周晓乐

(辽宁省水土保持局， 辽宁 沈阳 110003)

USLE方程；安卓系统；水土流失预测预报；辽宁省

水土流失预测是一个比较复杂的过程。辽宁省水土保持局开发了一种以小流域为单元的土壤侵蚀预报模型，建立了基于安卓(Android)系统的土壤侵蚀预报软件，只要输入降雨量就能够实现土壤侵蚀量的手机实时预报。软件计算类型有按日、半月、月、季和年计算等5种，输入不同时间段的侵蚀性降雨量，即可得到流域相应的土壤侵蚀量和侵蚀模数，还可以对土壤侵蚀危害进行评估和预测，为辽宁省水土保持措施布设提供基础数据支持。

1 开发背景和要求

辽宁省位于我国东北地区，根据辽宁省第四次遥感普查成果，全省现有土壤侵蚀面积422.95 万hm2，占全省土地总面积的28.9%。针对水土流失，尤其是黑土地土壤侵蚀，辽宁省政府不断加大治理力度，但是边治理边破坏的现象没有得到根本改变，因此加强土壤侵蚀调查和演变过程研究对于开展水土流失治理至关重要。为了更直观地预测水土流失量，为水土保持综合治理和监督管理提供参考数据，提高公众的水土保持意识，辽宁省水土保持局开发了基于USLE方程和安卓(Android)系统的水土流失预测软件。

该款水土流失预测软件的开发要求：一是简便快捷，只要输入降雨量就能够实现土壤侵蚀量的实时预测；二是易于普及，以免费手机APP的形式，即时查询，占用内存小，下载安装便捷；三是专业性、实用性强，能实现覆盖大多数小流域的水土流失预测，对实际工作具有指导意义。

2 软件数据支持

采用美国通用土壤流失方程(USLE)，建立降雨量与土壤侵蚀模数之间的关系。要预测土壤侵蚀模数，需要先掌握辽宁省降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡长坡度因子、植被覆盖和管理措施因子的分布情况[1]。

(1)降雨侵蚀力因子。利用辽宁省及周边31个气象站1951—2010年日降雨资料，通过公式得到降雨-降雨侵蚀力计算模型及其参数α和β[2]，在ArcGIS中生成α和β点状图层，利用克里金插值法对生成的点状图层进行插值得到栅格图层，再将栅格图层矢量化得到矢量图层[3]。将α和β矢量图层与辽宁省小流域图层叠加得到两个图层属性相叠加的部分，通过Excel中的数据透视表计算出每个小流域的α和β值。

(2)土壤可蚀性因子(K)。辽宁土壤的区域性分布可分为辽东山地丘陵区、辽西低山丘陵区和辽河平原区三种类型[4]。查阅《辽宁土种志》找出对应的土壤类型及其粒径特征，得到其几何平均粒径和占地面积，并通过公式计算出每种土壤类型的土壤可蚀性值。

(3)坡长坡度因子(LS)。将辽宁省DEM图进行填洼处理，提取坡度、坡长信息，将坡长因子图层与坡度因子图层相乘得到坡长坡度因子图层。将坡长坡度因子图层转换成矢量图层，再将矢量图层与辽宁省小流域图层相叠加得到两个图层属性相叠加的部分。将新图层的属性表导出，用Excel打开，根据Excel中的数据透视表计算出每个小流域的坡长坡度因子值。

(4)植被覆盖与管理措施因子和水土保持措施因子。通过试验模拟、径流小区试验和流域观测，获得辽宁省不同土地利用方式的植被覆盖度和不同水土保持措施因子值。

3 核心部分开发

安卓是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑。编程人员将辽宁省土壤侵蚀模型制作成APP应用软件，该软件以土壤侵蚀数据计算为核心模块，将计算出来的土壤可蚀性因子、坡长坡度因子、植被覆盖与管理措施因子，以及辽宁省5 591条小流域基础数据等植入，用户可通过输入降雨量来预测小流域的土壤侵蚀量。

软件基本原理：首先，利用ArcGIS 软件分别加载辽宁省LS、K、α、β因子图层，将矢量图层分别与5 591条小流域分界图层叠加得到两个图层之间的重叠部分，计算相同属性区域的面积和LS、K、α、β值，并将这些值输出到Excel 表格中，利用数据透视表计算出每个小流域的LS、K、α和β值；然后，将辽宁省不同土地利用方式的植被覆盖度和水土保持措施因子值录入模型；最后，输入日、半月、月、季或年侵蚀性降雨量，即可得到小流域的土壤侵蚀量。利用辽宁省及周边31个气象站1951—2010年日降雨资料，建立降雨-降雨侵蚀力计算模型，采用EI30(降雨动能E和最大30 min降雨强度I30的乘积)方法进行验证，模型有效系数为96.4%，相对误差为7.7%。

4 软件应用

本软件的设计采用绿色渐变色调，突出自然、生态的理念，体现环境与科技的结合，应用效果及操作步骤见图1。

(a)步骤1:输入小流域信息 (b)步骤2:小流域基本情况查询 (c)步骤3:输入时间长度

(d)步骤4:输入降雨量 (e)步骤5:选择措施类型 (f)步骤6:计算结果

软件实现的主要功能有：一是查询小流域基本信息，包括所属行政区划、流域多年平均侵蚀性降雨量、面积、代码、地理坐标等；二是计算日、半月、月、季和年等不同时段的土壤侵蚀模数与土壤侵蚀量；三是计算小流域实施不同水土保持措施后的土壤侵蚀模数与土壤侵蚀量。

5 结 语

目前辽宁省水土流失预测软件已开发并投入使用，用户可以登录安卓应用市场免费下载使用。基于USLE模型和安卓系统的水土流失预测软件开发为辽宁省水土流失防治、土地资源合理利用，以及小流域水土保持规划等提供了科学依据和技术保障，为提高公众参与水土保持的意识和实现全民水保、全面水保奠定了坚实的基础。目前国内外还没有运用手机进行土壤侵蚀预报的相关报道，本研究利用安卓操作平台，实现土壤侵蚀量的手机实时预报，为辽宁省预报水土流失危害提供了有效的技术支撑，也为社会各界了解水土保持，行使知情权、参与权和监督权提供了一条行之有效的途径。

[1] 刘宝元,史培军. WEPP水蚀预报模型[J].水土保持通报,1998,18(5):6-12.

[2] 章文波,付金生.不同类型雨量资料估算降雨侵蚀力[J].资源科学,2003,25(1):35-37.

[3] 章文波,谢云,刘宝元.利用日雨量计算降雨侵蚀力的方法研究[J].地理科学,2002,22(6):45-49.

[4] 贾文锦.辽宁土壤[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1992:110.

(责任编辑 李杨杨)

S157

A

1000-0941(2016)11-0058-03

周晓乐(1981—)，男，辽宁鞍山市人，高级工程师，硕士，主要从事水土流失综合治理、水土保持监测等工作。

2016-06-25