土壤侵蚀预报

用数学公式表述土壤流失量及流域产沙量与侵蚀影响因素的内在机制及量值关系。土壤侵蚀预报可预估无泥沙测验资料地区的产沙量。这项技术的发展是以水土流失观测及土壤侵蚀模拟为基础，并依赖于计算机技术、仿真技术及遥感技术。土壤侵蚀预报是水土保持科学试验中水土流失规律研究的重要内容，为防治水土流失，保护、改良与利用土地资源提供科学依据。

预报模型分类

预报主要指水力侵蚀预报，包括坡面土壤流失预报、沟壑侵蚀预报及小流域产沙预报等。预报的方法依靠不同类型的数学模型。数学模型的类型如下。

（1）按建立模型所应用的数学方法分为两种：①确定性模型，依据侵蚀力学、水文学、水力学等基本原理，模拟有明确物理概念的侵蚀、输移和沉积过程的数学物理模型。确定性模型又分经验性模型与概念性模型。经验性模型又分为宏观范围产沙的二元回归模型、多元回归的产沙及输移比模型和以小区及坡地研究为基础的经验模型。概念性模型是通过输入与输出的关系推断系统的作用，用电学中脉冲线性响应系统模拟水文学线性响应系统。②随机性模型，认为系统的变量具有随机分布的性质，一般可根据观测资料，采用数理统计的方法建立模型。

（2）按模型描述的对象分为面蚀模型、沟蚀模型、块体运动模型和径流输沙模型等。

预报研究概况

土壤侵蚀预报的研究是从20世纪40年代初开始的，但为其提供大量基本资料的野外定位观测始于20世纪初。美国于1917年建立了世界上第1批侵蚀小区，苏联于1923年建立了诺沃西里土壤保持试验站，中国于1942年在甘肃天水建立水土保持实验区。主要研究内容如下。

（1）宏观范围产沙量的二元回归模型，如朗拜因与舒姆于1958年建立的年平均降水与产沙的关系式为

式中，S为产沙量，t/（km²·a）；P为有效降水量，mm。

（2）冲沟侵蚀预报，在沟头和沟岸设置钢标桩或混凝土回填钻孔桩进行定期测量，或从地图及航摄照片上判断冲沟演进。1965年，比尔及约翰森对美国西部严重沟蚀的黄土地区进行调查研究，求得预报冲沟增长的关系式为

式中，x₁为给定时段内冲沟面积的增长，acre（英亩，1 acre=0.4048 hm²）；x₃为年降水量与正常降水量离差，in（英寸，in=2.54 cm）；x₄为地面径流指标，in；x₆为流域的梯田面积，acre；x₈为时段开始的冲沟长度，ft（英尺，1ft=0.3048 m）；x₁₄为冲沟末端至流域分水岭长度，ft。

（3）产沙量的多元回归模型，参见小流域产沙模型。

（4）根据小区及坡地研究结果的经验性模型，参见通用土壤流失方程。

（5）土壤侵蚀数学模型，参见小流域产沙模型。

预报研究方法

①加强基础工作，规范观测及数据处理工作的标准，合理调整站网布局，以扩大信息来源，提高信息可靠度。②建立土壤侵蚀与流域产沙的数据中心和全国或区域性的水文泥沙数据库。③利用航天航空遥感技术，进行土壤侵蚀动态监测，建立地理信息数据库。④应用系统工程的系统分析方法，结合侵蚀力学原理，进行模型结构分析；根据野外观测实测数据，进行参数优选。

展望

今后将侧重于地表侵蚀和泥沙输移、沉积过程的机制研究，为建立物理成因的数学模型提供理论依据；预测土壤侵蚀量对土壤生产力的影响，如美国的土壤侵蚀涉及气象、水文、土壤养分循环、作物生长、经济因子和环境控制等因子的综合模型。该模型在美国农业部主持下正在进行广泛的试验和验证。