黄土切沟沟头位置地形临界模型及不同土地利用下的参数差异

切沟侵蚀是黄土高原地区重要侵蚀形式。切沟的发生存在一定的地形临界,坡度-汇水面积(Slope-Area)临界模型是切沟沟头位置模拟与预测的常用方法,对模型参数的空间分异及其不同土地利用下的参数差异的规律认识不足极大限制了该临界模型的实际应用。本研究以典型黄土丘陵沟壑区陕北岔巴沟流域为研究区,采用无人机航摄并结合野外实测,研究了S-A临界模型参数的空间分异及其不同土地利用下的参数差异。结果表明:(1)切沟沟头坡度从上游到下游呈递增趋势,沟头汇水面积呈递减趋势。(2)岔巴沟流域S-A临界模型切沟发生的临界常数a值和模型指数b从上游到下游变化不大,均呈轻微递增趋势,流域内切沟沟头发生的临界模型空间分异性不明显。岔巴沟流域上游、中游和下游的切沟沟头S-A临界模型参数a分别为1.006、1.128和1.157,参数b分别为0.197、0.203和0.209。(3)切沟沟头S-A临界模型参数受土地利用类型的影响较大。坡耕地切沟S-A临界模型参数a和b分别为0.810和0.159,林草地切沟临界模型参数a和b分别为2.007和0.341。林草地切沟沟头S-A临界模型常数a是坡耕地的近2.5倍,指数b是坡耕地的近2倍。本研究深化了对黄土丘陵沟壑区切沟沟头发生的地形临界条件的认识,提升了S-A临界模型在黄土切沟治理实践中的可用性,将有效支撑黄土高原侵蚀精准治理。

东北漫岗黑土区地形因子对浅沟侵蚀的影响分析

浅沟侵蚀是坡耕地上重要的产沙方式之一,地形是控制其发生及发展的关键因素。通过对东北漫岗黑土区两个小流域的地形因子和浅沟侵蚀进行相关分析发现,浅沟长度、侵蚀体积与坡面长度呈显著相关,与汇水面积也有较好的相关。根据地形临界理论,确定了研究区浅沟和切沟侵蚀发生的地形临界(S-A)关系:SEG=0.052A-E 0G.148和SG=0.072 A-G 0.141,可以用来预测小流域内可能发生浅沟侵蚀以及浅沟向切沟侵蚀转变的部位。在地形分析的基础上,建立了预测浅沟长度的回归模型,交叉验证表明模型对单条浅沟长度的预测误差较大,平均误差37%;而预测浅沟总长度效果较好,预测浅沟总侵蚀量与实测值的误差也只有6%。

频谱分析法在反演造山带地形高差演化中的应用--以中国大别山、米仓山和美国内华达山脉为例

近年来迅速发展的低温热年代学已极大改善了人们对地壳内(1～6 km)隆升和剥蚀过程的认识。然而在实际工作中,样品的采集除了受到气候、地理环境等恶劣条件的制约以外,在对低温热年代学数据进行解释或以此计算造山带的隆升剥露速率时,使用的一些有关近地表热结构的假定条件通常是不科学的,如将易受地表起伏影响的地热等温线形态考虑成水平分布,往往造成数据解释的误导性。本文引入了Braun(2002b)的一种在信号学中常用的方法,利用快速傅立叶变换(FFT)和分形几何学的思想,把样品的高程(h)和对应年龄(a)分别作为输入和输出信号,将高程和年龄所代表的时频域信号转换为地形空间波数域信号,从而得到造山带在后造山作用阶段的地形演化情况。这种方法综合考虑了地表的地形起伏对等温线形态的影响。我们将该方法成功应用于中国的大别山、米仓山地区和美国的内华达山脉,估算出大别山核部地区35 Ma以来地形高差缩小了40%～50%(β≈-0.45),其边部地区50 Ma以来地形起伏降低l了约70%(β≈-0.33);米仓山—汉南地区90 Ma以来地形起伏变化不大,隆升与剥蚀量基本相抵(β≈-1);美国内华达山脉65 Ma以来地形起伏缩小了近1/2(β≈-0.4)。

南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟形态特征

【目的】研究南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟形态特征,为浅沟侵蚀的防治提供理论依据。【方法】基于RTK-GPS测量技术与ArcGIS空间分析方法,通过建立研究区典型坡面马尾松林地DEM,提取浅沟形态参数,定量分析红壤丘陵区马尾松林地浅沟的形态特征,初步建立基于该研究区的浅沟临界地形模型。【结果】(1)研究区浅沟汇流面积均值为21.62 m2,沟长均值为16.46 m,浅沟坡度均值为19.72°,沟宽均值为2.26 m,沟深均值为0.52 m,断面面积均值为0.58 m2。其中浅沟汇流面积属强变异,其余形态参数均为中等变异。与黄土丘陵沟壑区及东北黑土区坡耕地浅沟相比,南方红壤丘陵区马尾松人工林地的浅沟相对较短、较浅。(2)浅沟形态参数间存在极显著的相关关系,其中汇流面积与沟长、平均沟宽、平均沟深和平均断面面积极显著正相关(P<0.01),与浅沟坡度极显著负相关(P<0.01);浅沟坡度与沟长、平均沟宽极显著负相关(P<0.01)。(3)南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟发生的临界地形条件可以用汇流面积A与浅沟坡度Se的关系式'tan Se=0.49A-0.06'来判断。【结论】南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟形态参数间存在极显著相关关系,地形因素(坡面坡长、坡度)显著影响该区域浅沟的形态特征。

切沟侵蚀预报研究进展与展望

切沟侵蚀是重要的土壤侵蚀类型,是小流域侵蚀泥沙的主要来源。准确预报切沟侵蚀空间分布及其强度的时空变化,对于优化小流域水土保持措施配置、维持区域粮食产能和保障区域生态安全,具有重要的理论和实践意义。地形临界模型、敏感性评价、切沟形态特征经验关系、侵蚀预报模型和景观演变模型是预测切沟发育部位、评价发育概率或估算切沟侵蚀强度的主要方法。从这些方法的基本思路与原理出发,系统分析了相关研究进展,对比了研究结果的差异并评价了各方法的优缺点。未来研究需聚焦切沟监测方法优化与数据积累、切沟演变过程与数据可比性、预报方法遴选及区域适宜性、经验模型研发与参数区域分异,以及切沟侵蚀机理研究与过程模型研发,从而为促进切沟侵蚀预报研究、阻控切沟侵蚀、保障区域社会经济可持续发展提供技术支撑。