基于多源遥感技术的泥石流小流域及沟道侵蚀特征分析

本文主要探究了多源遥感技术在泥石流小流域及沟道侵蚀特征分析中的应用。分别从卫星雷达影像、航空遥感影响、大比例数字地形图和野外调查数据获取研究区数据,使用二轨法和偏移量跟踪技术进行形变信息提取,并建立了“坡面-流域-沟道”数字系统。利用该系统提取研究区内的坡体侵蚀产沙特征,分别选取沟道高差、沟道长度、流域面积、植被覆盖率4项因素,探究各项因素对侵蚀速率的影响。结果表明,减小沟道高差,延长沟道长度,能降低沟道侵蚀速率;减小流域面积,提高植被覆盖率,能降低小流域侵蚀速率。

泥石流沟道侵蚀初探

泥石流是广泛分布于我国山区、破坏力极强的山地自然灾害之一,对山区经济发展、人民生命财产安全都有着极大的威胁。泥石流沟道侵蚀作为一种特殊的侵蚀类型,与一般水流相比,其侵蚀作用非常强烈,在一次过程中便可刷深沟床数米甚至数十米。泥石流沟道侵蚀的危害(桥梁、堤防基础暴露等)不亚于泥石流淤积。鉴于目前国内外在泥石流沟道侵蚀研究方面仍处于主要对野外观测资料进行简单分析的现状,对泥石流沟道侵蚀的模式和影响因素进行了探讨,建议今后应着重对泥石流沟道侵蚀动力学过程和机理的研究,建立泥石流沟道侵蚀特征与泥石流运动特征(流速、容重等)参数之间的定量关系。

沟道侵蚀型泥石流起动临界条件研究进展

沟道侵蚀型泥石流是泥石流的主要类型之一,研究其起动机理和起动临界条件有助于泥石流治理和预警预报。虽然多年来对沟道侵蚀型泥石流的起动研究有了一些成果,但目前对其起动机理的认识还存在局限,现有起动临界条件计算方法也不成熟,在很大程度上制约了防灾减灾的进展。为深入研究沟道侵蚀型泥石流的形成机理和起动临界条件计算方法,回顾了国内外学者在相关领域的研究成果,系统总结了沟道侵蚀型泥石流起动研究现状,并对沟道侵蚀型泥石流未来研究方向做出展望。

山区小流域坡面和沟道侵蚀的数学模式探讨

小流域土壤侵蚀预报和模拟一直是世界土壤侵蚀研究的前沿领域,其中,坡面侵蚀和沟道侵蚀的计算方法、侵蚀能力的不均匀问题以及泥沙在塘库河道的沉积问题是研究的关键。对此,重点从侵蚀机理和计算方法上进行探讨,提出考虑到坡面土壤抗侵蚀能力和塘库沉积作用的计算方法,研讨了影响流域侵蚀和泥沙输送的主要环节和关键影响因子,分析了流域土壤抗蚀能力的空间差异及其对模拟结果的影响,提出了小流域侵蚀泥沙数学模型的基本结构框架,为进一步完善现有侵蚀泥沙过程模型提供了新的计算方法。

沟道侵蚀的多样性和发生过程及研究展望

沟道侵蚀是最受关注的具有普遍性、紧迫性和复杂性的世界性环境问题,也是土地退化的主要过程及最严重的表现形式,沟道侵蚀发生发展过程对现代地貌发育及演化过程有着重要的影响。本文简要回顾了世界沟道侵蚀研究的历史,介绍了国内外沟道侵蚀的分类差异及其多样性,重点评述了沟道侵蚀发生过程、影响因素及其临界条件相关的国内外研究进展,并对今后需要探讨的问题予以展望,提出了需要进一步加强和明确的10方面建议。

沟道侵蚀与地面遥感监测研究

该文通过安塞纸纺沟和天水龙王沟内两条小冲沟的地面遥感监测,取得大量资料与较好的结果。该方法能高速度、高精度地监测沟道小流域的总输沙量、主要产沙部位及各地形部位的产沙量,主要产沙区分布在谷缘线附近及其以下的沟坡。导致沟坡为主要产沙区的因素是梁峁坡地表径流和沟坡本身的表面径流。

半干旱黄土丘陵沟壑区沟道侵蚀特征研究

利用遥感、地理信息技术和数理统计方法,选择山西省吕梁市王家沟流域为典型区域,系统分析了半干旱黄土丘陵沟壑区沟道侵蚀特征。研究结果表明:在王家沟流域内共有沟道718条,其中冲沟109条,切沟286条,干沟302条及河沟21条。这4类沟道的发育特征和空间分布特征存在巨大差异;沟道侵蚀是王家沟流域内土壤侵蚀的主要形式,沟道侵蚀面积占总侵蚀面积的56.19%;流域内不同坡度范围内土壤侵蚀强度与沟道类型存在紧密联系。同时,人为因素也对黄土丘陵沟壑区的沟道侵蚀具有重要的影响。

东北黑土区沟道侵蚀机理及防治研究进展

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,由于过度的开垦以及对资源的不合理利用导致了东北黑土区严重的水土流失,本文主要对东北黑土区目前的侵蚀状况进行介绍,综述东北黑土区沟道侵蚀机制以及沟道侵蚀防治措施等方面,以期为沟道侵蚀研究提供理论参考,防治黑土区侵蚀的快速发展。最后,基于东北黑土区沟道侵蚀存在的问题,提出展望。

稀性泥石流沟道侵蚀试验研究

泥石流对沟道的侵蚀破坏作用比一般水流强烈,由于对其侵蚀深度的估计不足,往往导致防治工程的失效。通过室内等比模拟稀性泥石流沟道侵蚀试验来探究其规律。试验研究表明:坡度变化对侵蚀效果的影响大于流量的影响;在一定范围内,侵蚀深度随泥石流的磨损力增大呈线性增加,并给出经验公式。结合野外调查,对于松散堆积物源较厚的沟道流通区,该经验公式具备一定的适用性。

黄土高原沟壑丘陵区沟道侵蚀与洞穴侵蚀特征

[目的]通过对黄土高原沟壑丘陵区内的沟道侵蚀和洞穴侵蚀进行特征分析,为该地区开展水土保持工作提供数据支持和决策依据。[方法]以王家沟流域为研究对象,通过资料收集、卫星影像识别和现场调查等方法对流域内沟道侵蚀和洞穴侵蚀状况进行分析。[结果](1)流域内共分布718条沟道和948个洞穴。(2)根据空间位置和地形特点将所有沟道分为冲沟、切沟、干沟、河沟。这4类沟道由于受土壤岩性组成、坡度及人为活动等因素影响,空间分布存在巨大差异。(3)43%的洞穴分布在冲沟中,51%分布在切沟中,6%分布在干沟中。河沟中没有洞穴存在。冲沟和切沟是洞穴形成和发育的主要区域。(4)洞穴沟道的沟长、面积、切深、产流及产沙量都明显大于非洞穴沟道。[结论]在黄土高原丘陵沟壑区,洞穴侵蚀是土壤侵蚀的重要组成部分,并对沟道的发育和扩展起着至关重要的作用。

东北黑土区沟道侵蚀及防治技术研究进展

东北黑土区水土流失日益严重,沟道侵蚀加剧了珍贵黑土资源的流失,造成耕地面积缩减,严重威胁到东北黑土区粮食生产安全和区域经济稳定发展。本文论述了东北黑土区沟道侵蚀类型、侵蚀现状与发展趋势,分析了侵蚀沟道发育机理,评述了目前主要研究方法及防治技术,提出了东北黑土区沟道侵蚀未来有待加强的研究领域及方向,为继续深入开展东北黑土区沟道侵蚀防治与研究工作提供依据和参考。

四川省石棉县2013年“7·4”泥石流沟道侵蚀特征调查及研究

2013年7月4日20时,四川省雅安市石棉县多条沟道暴发了大规模泥石流,且该区为芦山县"4·20"地震作用区,泥石流物源丰富,其中泥石流沟道物源占总物源的64%以上。为了解研究区泥石流沟道物源的侵蚀特征,通过研究区3条典型泥石流沟(后沟、马颈子沟、熊家沟)流通区沟道剖面的野外调查数据,分析该区泥石流在运动过程中,不同剖面位置泥石流沟道的流深、侵蚀厚度与剖面距离、剖面间的相对高差、原沟道宽度之间的关系。在此基础上,首次建立基于沟道曲率半径的泥石流流向差概念,并且得到了研究区泥石流左右岸侵蚀厚度差与沟道剖面间流向差的平均线性函数系数为0.06,泥石流平均侵蚀厚度与沟道剖面坡度的平均线性函数系数为0.09。在此基础上,得到研究区泥石流平均侵蚀厚度与流深的关系为h=5Δh+1.798×10^(-15),单位距离侵蚀方量与沟道宽度关系为ΔV=6.845D^(0.625)。研究结果为对震区泥石流沟道侵蚀特征的认识提供了依据。

黄土丘陵区典型沟道侵蚀诱发的CO_(2)通量估算

以黄土丘陵区典型侵蚀沟道为对象,基于沟道剖面有机碳和^(137)Cs数据,采用碳库重分布模型估算了典型沟道侵蚀诱发的CO_(2)通量,并通过检验模型预测效率、解析影响因子,提出了模型校正的思路。结果表明:(1)在长期侵蚀作用下,沟道侵蚀区和沉积区均表现为剧烈的侵蚀效应,侵蚀区侵蚀速率介于30.99~46.44 mm/a,沉积区侵蚀速率介于34.20~37.88 mm/a,沉积区土壤流失速率略小于侵蚀区;(2)碳库重分布模型估算显示,侵蚀区与沉积区均表现为较强烈的碳源效应,侵蚀区CO_(2)通量介于18.41~28.44 g/(m^(2)·a),沉积区CO_(2)通量介于22.19~29.25 g/(m^(2)·a);(3)侵蚀部位、土壤容重、有机碳含量、侵蚀量、沟道平均坡度、植被地上部与地下部生物量共同解释了碳库重分布模型预测效率的变异特征(R^(2)=0.68),其中侵蚀部位、侵蚀量、有机碳含量、土壤容重、植被地下部对预测效率有强驱动效应;(4)引入被忽略的植被新输入有机碳库参数,有望校正碳库重分布模型,提升模型预测效率。该研究结果明确了碳库重分布模型在沟道侵蚀区相比沉积区有更高的CO_(2)通量预测效率,为进一步提高模型的预测精度,可以考虑引入植被输入有机碳库作为校正参数。

新型浅槛结构对冰川泥石流沟道侵蚀的防治效果及应用

针对冰川泥石流发生对公路危害大,防治困难,投入资金高等问题,而采用浅槛结构可以有效的减轻泥石流危害,因此提出一种新型浅槛结构并研究其对冰川泥石流沟道侵蚀的防治效果,通过现场水槽冲刷对比实验对设置不同浅槛间距和坡度下的实验现象和效果进行,并结合实际沟道侵蚀特征,对新型浅槛结构进行优化设计并给出了具体工程应用实施案例。试验结果表明:浅槛对泥石流的防治效果显著,且防治效果受浅槛间距影响较大,同时,在不同沟道坡度下最优的浅槛间距亦不同,实际浅槛间距以10~20 m为宜。另外,实验发现浅槛间距为25 cm时,坡度15°-20°的浅槛群改善沟道纵坡作用比较明显。通过现场模型实验结果和实际工程应用效果分析发现,新型浅槛群结构可有效减轻沟岸侧蚀和沟底侵蚀破坏,在实际泥石流防治工程中效果较好。

3S技术在王家沟流域沟道侵蚀研究中的应用

采用王家沟流域原有的等高线地形图,运用Arc GIS 10.2软件,对地形图矢量化,构建不规则三角网(TIN),转栅格得到数字地形模型(DEM)。将卫星遥感影像数据使用该软件进行定义投影、地理配准和掩膜提取等处理,进而与数字地形模型(DEM)叠加,并利用ERDAS IMAGINE软件对遥感影像数据进行解译处理,获得土地利用现状图和沟道分布图。进而使用Arc Scene模块的3D分析工具,建立主要影响沟道土壤侵蚀因子的矢量图形库。最终将影响因子叠加分析,揭示流域沟道土壤侵蚀情况与各影响因子之间的关联,可为研究制定水土流失防治措施提供准确依据。

陕西省黄土高原沟道侵蚀分析研究

利用水利普查数据、地理国情监测数据、数字高程模型和遥感影像数据进行了陕西省黄土高原沟道侵蚀评价分析,获取了侵蚀沟道分布规律、土壤侵蚀强度等级和沟道侵蚀强度。结果表明,研究区内侵蚀沟道的面积和侵蚀沟长由南向北逐渐减小;土壤侵蚀强度等级每上升一个等级,面积比例约减少一半,北纬37°是侵蚀最高峰;沟道侵蚀强度主要集中于中度、重度和强烈侵蚀,其中重度侵蚀沟道最多,且呈明显的正态分布特征。

基于三维激光扫描的崩岗沟道侵蚀与坡向发育及其侵蚀量计算

探讨崩岗流域沟道侵蚀及其引起的崩岗坡面的坡向变化,对崩岗流域的科学整治具有重要意义;崩岗沟道侵蚀量的计算,是崩岗流域侵蚀强度划分和崩岗侵蚀方式甄别的主要依据.利用Leica Scan Station 2三维激光扫描仪,以广东五华县莲塘岗崩岗为研究案例,通过3年共计6次定位监测,获取了5个监测周期的高精度地形数据.以此为基础,结合Arc GIS软件,对崩岗沟道发育及其坡向变化进行定量分析.研究结果表明,沟道侵蚀是崩岗流域主要侵蚀方式之一,53.6%的侵蚀量来自切沟和冲沟的沟床下切和沟壁侧蚀,其中下切侵蚀又是沟道侵蚀的主要形式.沟道总长度和流域切割密度出现先增加后减小的阶段性变化,3年平均流域切割密度为158km/km2.沟道走向对崩岗坡面的坡向发育具有控制作用.沟头的细沟和切沟的溯源侵蚀对坡面的坡向具有重塑作用,坡面面积减少的坡向的反方向,即为沟道溯源侵蚀的主方向.侵蚀强度最大的坡向与主沟道发育的走向NNW—SSE一致,这是由当地区域构造应力场的一组剪切应力产生的裂隙走向所决定的.沟道侵蚀作用对崩岗流域演化具有深刻的影响.

城市扩张对董志塬沟道侵蚀演化的影响

溯源侵蚀作为黄土高原最为活跃的沟谷侵蚀方式,是导致塬面萎缩和破碎化的主要原因,对黄土塬区的国土安全、民生安全和生态安全构成了严重威胁。董志塬是黄土高原面积最大、最为连续的塬面,但随着人类活动的不断增强尤其是城市化的快速发展,董志塬溯源侵蚀剧烈,完整的塬面被不断切割。本文以董志塬西峰城区火巷沟(35°44'24"N,107°39'03"E)为例,采用GIS与RS技术,通过对1964~2017年的7期高精度遥感影像进行解译分析,定量研究了1964年以来火巷沟沟头前进、后退和沟岸扩张的动态特征及其与城市发展和降雨因素的关系。研究结果表明:1)1964~1969年,火巷沟沟头平均每年以3.1 m的速度前进;1970~2002年,由于城区的发展和扩张,沟头因人工回填后退了359.8 m;2003~2017年,随着城市建设用地的进一步扩大,15年间沟头因回填后退了178.3 m;2)1964~2017年,火巷沟沟岸不断向两侧扩张。1964~1966年平均每年向外扩张1.1 m,1967~1969年每年扩张1.4 m,1970~2002年每年扩张1.1 m,2003~2008年每年扩张2.9 m,2009~2014年每年扩张8.0 m,2015~2017年每年扩张2.7 m;3)1964~2017年,西峰城区面积由2.1 km2扩大至19.8 km2,城区面积的不断扩大与火巷沟沟岸的扩张呈显著正相关关系;西峰城区与火巷沟沟头在早期接触面积较小,而现今随着城市的扩张,火巷沟沟头已被城区包围,致使沟道周围汇水能力增强冲刷沟岸,导致沟岸不断向外扩张;4)因受沟岸扩张和降雨数据时间分辨率的影响,本研究没有发现降雨与沟岸扩张之间存在明显的相关关系。本研究对深入认识黄土塬区城市化影响下沟头侵蚀演变特征和固沟保塬具有重要的参考意义。

近60年人类活动对洛川塬典型沟道侵蚀演化的影响

为揭示人类活动对洛川塬沟道侵蚀演化的影响,本文根据近60年的历史航片和卫星影像数据资料,利用遥感和地理信息技术,研究了洛川塬典型沟头和沟道面积的侵蚀演化过程,探究不同类型人类活动对沟道侵蚀演化的影响。结果表明,1965—2018年,黑木沟沟头区域因溯源侵蚀作用平均每年扩张391m^(2),而沟头由于人类回填固定缩小了78480m^(2)。土地利用变化表明,城区扩张(人类活动加强)加剧了黑木沟沟头的侵蚀扩张,而人类回填等正面干预阻止了沟头前进,控制沟头溯源侵蚀。1966—2013年,旧县镇寺儿沟扩张了11542m^(2),沟道的侵蚀扩张与居民点建设和交通道路硬化密切相关;2013—2020年,寺儿沟减少了12404m^(2),这与塬边修建涝池集水及沟头回填固定减弱溯源侵蚀有关;1966—2020年,旧县镇南沟扩张了5008m^(2),其原因是旁边旧县镇地面硬化面积较大、地表产汇流作用较强。1966—2020年,万凤塔旁的两条沟道平均每年以1092m2的速度向外扩张,主要受农业耕作活动的影响;在2008—2020年期间,沟道投影面积开始缩减,表明塬面的保护得到了加强,采取护边埂等农业水保措施减缓了沟道的侵蚀扩张。

我国东北黑土区侵蚀沟道的普查方法与成果

东北黑土区侵蚀沟道普查是第一次全国水利普查中水土保持情况普查的重要组成部分,也是我国对该区侵蚀沟道开展的首次全面调查。本文全面介绍了本次普查的对象、范围、内容、技术方法、质量控制和成果,对进一步规范和完善侵蚀沟道调查方法、分级分类标准以及开展东北黑土区侵蚀沟道治理意义重大。东北黑土区侵蚀沟道普查以2.5 m分辨率遥感影像和1∶5万数字线划图为主要信息源,采取人机交互的方式辨识50 km2小流域内长度在100 m和5 000 m之间的侵蚀沟道,提取沟道面积、长度、纵比和起讫经纬度等指标。在沟道提取、数据填报和成果审核汇总等阶段,县级、省级和流域等各级普查机构通过野外核查、室内检查和数据比对等严格的质量控制方法,对侵蚀沟道的遥感解译与识别、沟道勾绘精度、图形数据接边进行审核,保证普查结果的全面性和准确性。经调查东北黑土区共有侵蚀沟道29万5 663条。