USLE土壤侵蝕預報程序的開發

蘇小娟

摘 要：土壤侵蝕預報是提出針對性水土保持措施和建設水土保持工程的前提，土壤侵蝕預報程序是土壤侵蝕預報的重要工具。USLE模型自研制成功，得到了廣泛應用。本文以USLE模型為基礎，利用Qt平臺，開發土壤侵蝕預報程序。開發成功后，使用USLE土壤侵蝕預報程序對山西省大同市天鎮縣大梁溝、大洼山和石梯梁流域陡坡區進行土壤侵蝕預報，并將結果和三個流域陡坡區的水土流失監測數據（來源于“21世紀初期首都水資源可持續利用項目”天鎮縣項目區一期工程）進行對比，試驗程序是否可行。

關鍵詞：USLE 土壤侵蝕 預報 程序開發

中圖分類號：S15 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0020-03

Abstract：Soil erosion prediction is a prerequisite for soil and water conservation measures and soil and water conservation projects. Soil erosion prediction is an important tool for soil erosion prediction. USLE model since the successful development， has been widely used. Based on the USLE model， this paper uses the Qt platform to develop the soil erosion prediction program. After the success of the development， the USLE soil erosion prediction program was used to forecast the soil erosion in the steep slope area of the DaLianggou， DaWashan and ShiTiliang watersheds in TianZhen County， DaTong City， ShanXi Province， and the soil and water loss monitoring data （In the early 21st century， the capital water resources sustainable use project "TianZhen County project area 1th project） of the three steep slope areas to compare the feasibility of the test procedure.

Key Words：USLE；Soil Erosion；Prediction；Program Development

USLE（Universal Soil Loss Equation即通用土壤流失方程）模型是W.Wischemeier和D.Smith[1]等系統分析了美國東部1000多個徑流小區30年的觀測資料基礎上提出的。自模型研制成功以來，已在水土保持規劃和水土保持工程建設方面得到了廣泛應用[2]，但是一直未被開發為計算機程序，開發USLE 土壤侵蝕預報程序是本文主要內容。

1 程序開發的理論

USLE模型的表達式為：W=R·K·L·S·C·P·A。

式中：W為土壤侵蝕量；R為降雨徑流侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；LS為坡長坡度因子，C為植被覆蓋因子；P為土壤侵蝕措施控制因子；A為侵蝕面積。

USLE模型的創建者和美國研究者針對各因子的計算已經提出了較為成熟的經驗公式，但經驗公式的得出是建立在美國各試驗小區數據統計的基礎上。國內研究者在對美國研究者提出的經驗公式研究的基礎上，結合我國的地質狀況，得出了一套適用于國內土壤侵蝕預報的USLE模型各因子的確定方法如下。

（1）降雨侵蝕力因子R確定方法。

年R值的估算：R=0.207（P，I60/100）1.205；式中：R為年降雨侵蝕力；P為年降雨量（mm）；I60為年最大60min降雨量（mm）。

上述降雨侵蝕力因子R計算式是王萬忠、焦菊英、陳法揚等[3]在繪制全國降雨侵蝕力R等值線圖時，綜合了廣東、福建、江西、陜西、甘肅、黑龍江等地區的綜合成果得出的，可適用于全國各水蝕區。

（2）土壤可蝕性因子K確定方法。

反映土壤抗侵蝕的能力，與土壤類型有關。具體數據根據土壤質地、土壤有機質百分含量、土壤結構、土壤透水性等幾個主要因子，查土壤可蝕性因子諾謨圖。如果土壤類型主要為黃壤、紫色土等，其可蝕性因子一般為0.02～0.75。

（3）坡長坡度因子LS確定方法。

S為徑流長度的平均坡度（°），L為開始發生徑流的一點到泥沙開始匯集或徑流進入水道點的長度（m）。

（4）植被與作物管理因子C確定方法。

主要反映地表植被覆蓋情況對產生土壤侵蝕的影響。植被被破壞時，一般取最大值1.0；采用綠化等植被措施后，根據植被覆蓋率情況一般可取C=0.06～0.6。

（5）土壤保持措施因子P確定方法。

主要反映地表的處理狀況（如壓平、壓實及其它構筑物）對土壤侵蝕的影響。地表無防護措施時，P=1.0；平整、夯實及采取邊坡防護工程等措施后，P=0.5～0.8[4]。

2 程序的開發

由USLE土壤侵蝕預報模型各因子的確定方法可知，若要利用USLE土壤侵蝕預報模型，需要得知幾個參數值：P0、I60、K、L、S、C、P、A。程序設計的思路就是輸入以上8個參數值，得出一個或多個坡面的土壤侵蝕預報量。endprint

2.1 程序模塊介紹

USLE土壤侵蝕預報系統簡單實用，界面簡潔，很好地實現了需求。程序主體采用目前非常受歡迎的UI語言QT，讀寫Excel文件的部分則采用了COM組件技術。系統主要有三個功能：數值計算、保存計算數值到Excel文件、從Excel文件中讀取數據。相應的，該系統主要包括三個模塊：界面繪制、數據讀取以及數據保存。

界面繪制模塊用來繪制整個窗體，菜單項以及動態生成所有組件，模塊結構如圖1所示。

createActions方法用來創建菜單中各菜單項的動作函數。

createMenus方法用來繪制菜單。drawInputComponents方法用來繪制輸入框組件。

drawInputComponents方法用來繪制“添加、計算”按鈕以及計算結果框組件。deleteBottomComponents方法用來在點擊“添加”按鈕動態添加一組輸入框時動態刪除界面上的“添加、計算”按鈕以及計算結果框組件。

newInput方法是實際繪制界面時調用的方法，在該方法內依次調用deleteBottomComponents、drawInputComponents、drawInputComponents來完整一次完整的繪制。

程序中用inputLineEditVector這個數據結構來存放所有QlineEdit的指針；用inputComboBoxVector這個數據結構來存放所有QComboBox的指針；用inputWidgetVector這個數據結構來存放所有輸入行 Widget的指針；方便對控件中的數據進行讀取和設置。所有組件均采用了CSS進行美化，并對其中可填的數值做了正則表達式校驗，防止用戶輸入無效數據。

界面上的組件全部動態繪制。因此drawInputComponents方法需要一個參數。inputNum用來表示當前繪制的是第幾組輸入組件，同時inputNum會用在組件的對象名中。

數據讀取模塊的主要功能是從Excel文件中讀取數據并顯示在界面上。首先對Excel文件格式做簡單的校驗。主要校驗Excel文件的第一行各列單元格的內容是否依次為 Po（mm）、I60（mm）、K、L（km）S、C、P、A、W。如果格式不匹配，會彈出對話框對用戶進行提示。

當用戶點擊“保存”菜單項時，會彈出一個保存文件的對話框，讓用戶選擇存放Excel文件的路徑以及填寫文件名。程序根據用戶填寫的文件名，在相應路徑下新創建一個Excel文件，并將各個組件內的數據轉存到一個臨時數據結構中再依次寫入Excel文件。

由于數據保存的執行時間比較長，因此創建了一個進度條提示用戶保存的進度。

2.2 程序演示

開發完成后，得到一個USLE土壤侵蝕預報程序文件包。在任何計算機中拷入該文件包，都可以運行程序。程序包中包含如下文件：Libgcc.dll，mingwm10.dll，QtCore4.dll，USLE土壤侵蝕預報.exe。

打開程序界面，點“菜單”，再點擊新建，界面中是一個坡面的土壤侵蝕預報輸入框，如果要計算多個坡面的土壤侵蝕預報量，點擊“添加”按鈕，即可添加任意多個坡面。如圖2所示。

輸入每個參數的取值，點擊“計算”，即可得出一個或多個坡面的土壤侵蝕預報量。

3 USLE土壤侵蝕預報程序的試用

使用USLE土壤侵蝕預報程序對山西省大同市天鎮縣大梁溝、大洼山和石梯梁流域陡坡區進行土壤侵蝕預報，并將結果和三個流域陡坡區的水土流失監測數據（來源于“21世紀初期首都水資源可持續利用項目”天鎮縣項目區一期工程）進行對比，試驗該預報程序是否可行，結果見表1。

4 結語

本文以USLE模型為基礎，利用Qt平臺開發了土壤侵蝕預報程序。該程序計算嚴謹界面簡潔易用，為提出針對性水土保持措施和進行水土保持工程建設提供了計算支持。

參考文獻

[1] WischmeierW.H，SmithD.D.Rainfall energy and its relationship to soil loss[J].Am.Geophys.Unions，1958（39）：285-291.

[2] 劉長君.VIC模型在大洋河流域水土流失模擬研究中的應用[J].水利規劃及設計，2016（4）：59-61.

[3] 王萬忠，焦菊英.中國的土壤侵蝕因子定量評價研究[J].水土保持通報，1996，16（5）：1-20.

[4] 賈媛媛，鄭粉莉，楊勤科，等.國內坡面土壤侵蝕預報模型述評[J].水土保持研究，2004（4）：19-112.endprint