ArcGIS Pro生态系统土壤保持服务——土壤侵蚀模型USLE图文全过程

ArcGIS Pro生态系统土壤保持服务——土壤侵蚀模型USLE图文全过程

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_39546299/article/details/135273256

USLE（Universal Soil Loss Equation）模型是一种广泛应用于土壤侵蚀评估的模型，它通过综合考虑降雨、土壤特性、地形、植被覆盖和水土保持措施等因素，来预测土壤侵蚀量。本文将详细介绍如何使用ArcGIS Pro软件进行USLE模型的计算过程。

土壤侵蚀模型USLE

USLE模型的基本公式为：

USLE = R * K * L * S * P * C

其中：

• R：降雨侵蚀因子
• K：土壤可蚀性因子
• L：坡长因子
• S：坡度因子
• P：水土保持工程措施因子
• C：植被管理因子

此外，还有两个衍生指标：

• RKLS = R * K * L * S
• SD = RKLS - USLE

土壤保持量指生态系统过程中，潜在土壤侵蚀与实际土壤侵蚀之差。

一、降雨侵蚀因子R

降雨侵蚀因子R的计算需要使用栅格计算器工具。具体步骤如下：

1. 首先计算年降水量：

pre_2020 = “pre2020_12.tif” +“pre2020_11.tif”+ “pre2020_10_.tif”+ “pre2020_8_.tif”+ “pre2020_9.tif”+ “pre2020_7.tif”+ “pre2020_6.tif”+ “pre2020_5.tif”+ “pre2020_4.tif”+ “pre2020_3.tif”+ “pre2020_2.tif”+ “pre2020_1.tif”

2. 然后计算降雨侵蚀因子R：

R_2020 = 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_1.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_2.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_3.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_4.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_5.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_6.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_7.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_8.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_9.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_10.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_11.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))+ 1.735 * Power(10,(1.51* Log10((Power(“pre2020_12.tif”,2))/ “PRE_2020”)-0.8188))

二、土壤可蚀性因子K

土壤可蚀性因子K的计算需要使用栅格计算器工具。具体公式为：

KEPIC = (0.2+(0.3 * Exp(-0.0256 * “HWSD_sand1” * (1-“HWSD_silt1”/100)))) * Power((“HWSD_silt1” / (“HWSD_clay1” + “HWSD_silt1”)),0.3) * (1-0.25 * “HWSD_oc1” / (“HWSD_oc1” + Exp(3.72-2.95 * “HWSD_oc1”))) * (1-0.7 * (1 - “HWSD_sand1”/100) / ( (1- “HWSD_sand1”/100) + Exp(-5.51 + 22.9 * (1- “HWSD_sand1”/100))))

三、坡度因子S

坡度因子S的计算需要使用DEM数据。具体步骤如下：

1. 首先计算坡度：

2. 然后计算坡度因子S：

Con(“Slope_dem_al1”< 5.14,10.8 * Sin(“Slope_dem_al1” * 3.1415926 / 180)+0.03,Con(“Slope_dem_al1”< 10.2,16.8 * Sin(“Slope_dem_al1”* 3.1415926 / 180) - 0.5,Con(“Slope_dem_al1”< 28.81,21.91* Sin(“Slope_dem_al1”* 3.1415926 / 180) - 0.96,9.5988)))

四、坡长因子L

坡长因子L的计算需要使用DEM数据。具体步骤如下：

1. 首先计算山脊线：

• 利用水文分析（流量）和表面分析（坡向变率）的思想求得山脊线
• 先利用水文分析求 流向、流量栅格
• 将流量累积栅格中等于0的值提取出 生成流量累积量0值栅格
• 对流量累积量0值栅格进行平滑处理
• 根据等值线和山体阴影，划分流量累计0值栅格的赋值方式
• 计算正地形和负地形
• 将重分类好的流量累计0值栅格与重分类好的正地形栅格 相乘 得到山脊线
• 生成最终山脊线栅格

2. 然后计算近似坡长λ：

• 计算负地形下的每个栅格像元到山脊线的近似距离
• 使用行政区划数据 提取研究区域
• 欧式距离栅格与负地形栅格相乘 得到近似坡长λ

3. 最后计算坡长因子L：

sinθ：
Sin(“Slope_dem_al1” * 3.1415926 / 180)

β ：
(“L_sin_dem0”/0.0896)/ (3 * Power(“L_sin_dem0”,0.8)+0.56)

α：
“L_β_dem0” /(“L_β_dem0” +1 )

L:
Power(“Extract_EucDist_F0”/22.13,“L_α_dem0”)

OR

λ:
“FlowAcc_Flow2” * 0.00027777777777777854

L:
Power(“L_λ_dem3”/22.13,“L_α_dem0”)

五、植被管理因子C

植被管理因子C的计算需要使用栅格计算器工具。具体步骤如下：

1. 首先计算EVI（增强植被指数）：

EVI_2020_RA1 = ( “EVI_2020_12_hu.tif”+ “EVI_2020_11_hu.tif”+ “EVI_2020_10_hu.tif”“+EVI_2020_9_hu.tif”+ “EVI_2020_8_hu.tif”+“EVI_2020_7_hu.tif” +“EVI_2020_6_hu.tif”+“EVI_2020_5_hu.tif” +“EVI_2020_4_hu.tif”+ “EVI_2020_2_hu.tif”+ “EVI_2020_1_hu.tif”+ “EVI_2020_3_hu.tif”)/12

2. 然后计算植被管理因子C：

C_2020 = Exp(-7.291*“EVI_2020_RA1”)

六、水土保持工程措施因子P

水土保持工程措施因子P的取值如下：

七、土壤侵蚀量SD

土壤侵蚀量SD的计算公式为：

SD = RKLS - USLE

或者

SD = “R_2020” * “K_EPIC_HWSD0” * “L_dem0” * “S_dem3” * (1-“P_2020” * “C_2020”)

其中：

RKLS = “R_2020” * “K_EPIC_HWSD0” * “L_dem0” * “S_dem3”

USLE = “R_2020” * “K_EPIC_HWSD0” * “L_dem0” * “S_dem3”* “P_2020” * “C_2020”