基于DEM分辨率的侵蚀学坡长尺度效应研究

将DEM分辨率对流域分布式侵蚀学坡长提取的影响分为数据平滑和采样间距两种组分作用形式,选取陕西省安塞县县南沟流域为研究区,探究两种分辨率组分对侵蚀学坡长提取的影响程度以及水平分辨率对侵蚀学坡长空间格局的影响。研究发现,DEM从2.5 m至100 m这一降分辨率过程中,坡长平均值呈现对数递增的趋势。对2.5 m至100 m分辨率DEM提取坡长进行不同分辨率组分作用研究发现,用不同分辨率DEM提取侵蚀学坡长时采样间距对坡长的影响作用均大于数据平滑的。对10 m至100 m水平分辨率DEM提取的坡长通过半变异函数分析其空间格局变化情况,结果表明:坡长变异函数采用球状模型拟合效果最佳,并且随着分辨率降低,坡长的空间结构总体变异和随机变异减小,空间相关性范围增大。

沟道截断对分布式土壤侵蚀学坡长提取的影响

地形是影响土壤侵蚀的重要因子,分布式土壤侵蚀学坡长是地形因子的重要参数。坡长与侵蚀过程相关,且受地形影响较大,在提取过程中,遇到沟道截断,坡长不再累计。由于沟头位置较难确定,通常沟道提取采用设置一定的汇水面积阈值来实现。然而,沟道对坡长提取结果的影响、不同阈值对坡长提取结果的影响、在无法确定沟头位置情况下如何更加合理地设置截断阈值等问题,亟待研究。本文以黄土高原县南沟和韭园沟流域DEM为数据源,对沟道引起的坡长截断进行对比分析。结果表明,沟道截断对坡长提取的平均值影响小于对坡长最大值的影响;不同区域对坡长的影响小于阈值设置的影响;黄土高原地区的沟道截断阈值可参考平均坡长降低的变化率为4%来设定。

坡度截断对分布式土壤侵蚀学坡长提取的影响

地形是影响土壤侵蚀的重要因子,分布式土壤侵蚀学坡长是地形因子的重要参数。坡长与土壤侵蚀过程相适应,在一定条件下停止累计而截断。坡度变化是坡长提取的截断条件之一,但坡度变化对提取结果的影响研究还不够深入。以数学曲面和黄土高原县南沟流域的数字高程模型作为数据源,使用LSTOOL方法提取坡长,并对坡度变化引起的坡长截断结果进行对比和主成分分析。结果表明,下坡坡度减小幅度越大,坡度截断效果越明显;坡度小于2.86°的截断参数R1和坡度大于或等于2.86°的截断参数R2与坡长最大值和坡长平均值均正相关;在黄土高原地区,陡坡、沟道较多,相对R2的影响,R1对坡长的影响较小。坡度变化的截断设置在R1〉0.7,R2〉0.5时,坡长变化较明显,建议黄土高原地区侵蚀坡长的坡度截断设置值为R1=0.7,R2=0.5。

格网DEM侵蚀学坡长并行计算方法

针对现有侵蚀学坡长串行算法在处理大区域海量数据时计算能力的不足,基于消息传递接口(MPI)并行化工具,提出了一种格网DEM的侵蚀学坡长并行计算方法,采用缓冲区更新计算策略,解决了并行计算过程中的数据依赖性问题。选取陕北黄土高原的两组不同分辨率的DEM数据对并行算法进行了测试,结果表明,提出的并行计算方法可以有效降低侵蚀学坡长的计算时间,并取得了较好的并行效率。

黄土丘陵沟壑区坡长与地形复杂度关系研究

流域分布式土壤侵蚀学坡长作为流域和区域尺度水文模型和土壤侵蚀模型的最基本参数之一,对研究土壤侵蚀的形成和发展有重要影响。从黄土丘陵沟壑区的常用地形因子入手,详细探讨了坡长与地形之间的联系,在此基础上建立了地形要素交互作用的多维复合集成模型,并根据该模型定量计算出研究区各地形要素对坡长的贡献,进而揭示了地形对于水土流失的影响。研究表明:①复杂地形因子对于坡长的贡献率更高,更能揭示地形对于水土流失的影响;②7种复合地形因子,对于坡长的贡献正负不一;③地形因子对坡长的贡献率由高到低依次为坡谱信息熵、粗糙度、高程面积积分、起伏度、海拔标准差、平均坡度、剖面曲率、平面曲率、沟壑密度。