元谋干热河谷冲沟形态特征及其成因

元谋干热河谷冲沟极为发育,发达的冲沟网络不但蚕食耕地,还产生大量泥沙,并加剧面蚀的发育发展,加速土地退化进程.在干热河谷开展冲沟侵蚀研究对于该区经济的可持续发展及江河泥沙的控制意义深远.采用野外实地调查、文献资料综合分析的方法,对元谋干热河谷冲沟形态特征及其成因进行了研究.结果表明:1)元谋干热河谷冲沟具有“沟壁陡立、沟谷深壑、活跃沟头常呈上凸下凹状”等形态特征;2)岩层结构、气候降雨、土壤属性是导致该区冲沟发育的主要原因.在此基础上指出,未来干热河谷冲沟侵蚀研究重点应集中于冲沟形态监测方法、冲沟发育过程及机制、冲沟产沙效应及人类活动对冲沟发育的影响等方面.     

地貌信息熵理论在冲沟沟头活跃度评价中的应用初探

冲沟沟头是整个冲沟活跃区中形态变化及侵蚀产沙最为剧烈的部位,其活跃程度决定着整个冲沟的发展方向。尝试运用地貌信息熵理论,基于RTK-GPS技术对冲沟沟头的实地监测数据,对干热河谷区36个冲沟沟头活跃度进行了评价研究。结果表明:研究区36个冲沟沟头在形态发育上均处于活跃期,但分别处于不同程度的侵蚀活跃状态;依据地貌信息熵值可将沟头发育状况划分为4个活跃程度等级,分别为稳定、较稳定、较活跃和活跃,被调查的36个沟头中约有44%处于较活跃或活跃状态,42%处于较稳定状态,仅有14%处于相对稳定状态;沟头发育监测数据验证表明,地貌信息熵理论评价结果与实际情况基本相符,可将其作为冲沟活跃程度评价的一种有效方法。     

元谋干热河谷冲沟发育区植被恢复对土壤碳氮的影响

冲沟侵蚀是一种剧烈的土壤侵蚀过程,导致冲沟发育区地表形态处于显著变化的非稳定状态。通过封禁使植被自然恢复是元谋干热河谷冲沟治理的主要模式之一,但在沟道植被持续恢复与冲沟显著发育的综合作用下,沟道土壤碳氮含量的变化趋势仍有待明晰。选择元谋干热河谷1条典型冲沟,在沟内随机布设81个1 m×1 m的样方,分别在2012年和2017年的旱季初期,监测81个样方的植被指数、侵蚀/沉积过程引起的地表高程变化,以及冲沟土壤理化性质。结果表明:(1)2017年沟道内植被状况明显好于2012年,且沟床表面径流冲刷范围内的植被变化最为明显,其盖度、株数、株高分别增加313.61%,94.29%,33.33%。(2)5年间冲沟发育区以沉积为主,侵蚀样方和沉积样方的比例分别为22.22%和77.78%。随着植被盖度的增加,土壤砂粒含量呈下降趋势,粉粒含量呈增加趋势。(3)封禁期间虽然植被恢复显著,但土壤碳氮并没有明显改善。土壤碳氮不仅与植被盖度和粉粒百分比呈显著正相关,还与样方点高程变化呈显著负相关。冲沟内地形起伏的剧烈程度显著高于坡面侵蚀,并对冲沟表层土壤碳氮产生显著影响。研究有助于查明植被恢复及冲沟发育对土壤碳氮的综合影响,并为干热河谷冲沟退化生态系统的修复提供理论支持。     

反距离加权插值参数变化对元谋冲沟DEM构建的影响

冲沟是生态系统严重退化的产物,元谋干热河谷冲沟极为发育,冲沟蚕食耕地、造成土地劣化,对土地资源危害很大,构建干热河谷区沟谷的数字高程模型(DEM)对其沟谷侵蚀定量化研究有重要意义.基于ArcGIS平台,以云南元谋干热河谷区为例,通过野外实测获得高精度、高密度分布采样点高程数据;基于反距离函数插值,以平均误差、均方根误差为指标,通过交叉验证及检查点法,对比分析不同权指数、邻域搜索点数、搜索形状及搜索方位对DEM插值的影响.结果表明,权指数为2、椭圆形邻域、邻域点4～8个、四方向插值得到的插值效果最好.构建的DEM能够较真实地模拟该地区的形态特征:冲沟汇水面积约0.011 km2,区域平均坡度35.37°,最大坡度85.76°,区域沟壑密度3.95 km/km2,切割深度7～12m.     

金沙江干热河谷冲沟形态发育特征及其侵蚀速率估算

冲沟侵蚀是金沙江干热河谷土壤流失的重要原因，造成严重的土地退化，威胁区域农业发展和粮食安全。探究冲沟的形态发育特征明确其侵蚀速率，对于冲沟侵蚀量化评估和土地保护等具有重要意义。为摸清冲沟发育演变规律，该研究选取元谋干热河谷金雷国家水土保持科技示范园区附近沟谷地貌流域为研究区，选择35条冲沟，通过无人机遥感影像提取冲沟形态参数，分析形态特征，并结合高分遥感影像计算冲沟侵蚀速率。结果表明：1）研究区冲沟直线长度、顶宽、底宽、深度的范围分别为25.21～180.43 、10.76～51.76、3.56～26.85、1.22～11.92 m；面积、体积的范围分别为257.50～8987.88 m²、142.64～19479.25 m³。冲沟形态参数差异性较大，长度在发育过程中受坡面限制小于其他地区。2）冲沟底部宽度和顶部宽度比值（BW/TW）的范围为0.24～0.59，冲沟主要为“V型”和“V～U型”；冲沟顶部宽度和深度比值（TW/D）的范围为2.56～26.29，均值为6.04，横向侵蚀速率远大于下切侵蚀速率。3）2015—2022年，35条冲沟中，19条长度明显增长，冲沟溯源侵蚀速率为0.02～1.10 m/a（均值0.34 m/a）；27条宽度明显增长，冲沟横向侵蚀速率为0.07～1.10m/a（均值0.36 m/a）；29条面积和体积明显增长，冲沟面积增长速率为1.64～105.40 m²/a（均值23.44 m²/a）；冲沟体积侵蚀速率为1.26～339.42 m³/a（均值51.21 m³/a）。冲沟横向侵蚀速率大于溯源侵蚀速率，在面积和体积增长中贡献较大。研究结果可为金沙江干热河谷地区大尺度冲沟的发育演变规律和侵蚀定量评估提供方法和依据。     

元谋干热河谷冲沟发育阶段与植被优势种关系探讨

对元谋干热河谷区冲沟的立地条件和形成原因等方面进行研究,运用重要值方法对4个样区53条冲沟的植被优势种进行筛选和判断,利用SPSS软件分析植被优势种与冲沟发育阶段间的联系。结果表明:该研究区冲沟发育阶段与乔灌草优势种间关系表现为一定的线性关系:发育阶段=0.310+0.943盖度值(灌木优势种)+0.702盖度值(草本优势种),同时两者相关系数达到0.872,相关性显著。冲沟发育过程中,灌木优势种种类逐步增多,而草本逐步变少,并慢慢趋于稳定,由此可以初步判断冲沟的发育阶段,为该区生态恢复提供科学指导。     

元谋干热河谷区沟蚀发育阶段与崩塌类型的关系

元谋干热河谷区沟蚀崩塌发育充分,沟蚀的发育与崩塌的发生相互依存,相互促进。通过对元谋干热河谷沟蚀发育阶段和崩塌类型的全面调查和采样分析,研究沟蚀发育与崩塌类型的关系。结果表明:研究区沟蚀发育一般分为浅沟、切沟、冲沟和残丘夷平谷4个阶段;一般情况下,浅沟阶段不发生崩塌,切沟阶段沟头的坠落式崩塌促进沟头的前进,冲沟阶段沟壁的滑移式崩塌促进沟岸的扩张,残丘夷平谷阶段土柱下部土体剥落,为倾倒式崩塌创造条件,土柱的倒塌使冲沟逐渐被填平,形成夷平谷。通过对影响沟蚀发育和崩塌发生的因素进行分析,表明在元谋组地层上,砂土和黏土由粗向上变细的渐变式正向沉积旋回,特殊的土体构型以及干热干湿分明的气候特征,是沟蚀发育和不同类型崩塌发生的根本原因。     

跌水高度对元谋干热河谷冲沟沟头侵蚀产沙特征的影响初探

元谋干热河谷冲沟侵蚀强烈,以沟头溯源侵蚀过程为主,陡立沟壁跌坎是活跃沟头的重要形态特征之一。采用野外原位放水冲刷试验,研究了25和50 cm两种不同跌水高度对侵蚀产沙过程的影响。结果表明:2种跌水高度下,(1)径流跌水冲刷力差异显著。跌水势能转化量平均值分别为4.89和9.78 J s-1,跌水剪切力平均值分别为25.9和53.5 Pa,均呈现倍数关系。(2)跌穴发育形态特征及下游侵蚀量差异大。2个小区跌水最大下切深度分别为7.38和7.50 cm,平均下切深度分别为3.87和5.16 cm;沟头沟壁及下游沟床部位侵蚀量累积贡献平均为41%和54%。(3)径流含沙量差异显著(p0.1)。整个试验中2个小区径流平均含沙量分别为7.51和18.76 g L~(-1),且径流经过沟壁跌坎后,含沙量分别平均增大6.25和25.49 g L~(-1)。初步认为沟壁跌坎高度差异影响径流冲刷力及其侵蚀产沙特征,但仍需进一步开展更多跌坎高度下的相关研究,为干热河谷区冲沟沟头溯源侵蚀动力学机制研究提供补充。     

干热河谷冲沟发育与植被盖度相关回归分析研究

在元谋干热河谷野外调查的基础上,采用SPSS和Excel软件,对53条冲沟发育阶段与植被盖度之间进行相关回归统计分析。结果表明:1)在53条沟中,发展沟、半稳定沟、稳定沟分别有7条、17条和29条,分别占调查冲沟总数的13.2%、32.1%和54.7%,表明该研究区主要的冲沟是稳定沟,而发展沟较少。2)在冲沟的3个阶段中,发展沟、半稳定沟、稳定沟,相应冲沟的平均植被盖度分别是28.57%、51.71%、78.91%。3)干热河谷区冲沟植被盖度与冲沟发育阶段之间总体相关系数为0.725,二者之间存在较大相关性。发展沟、半稳定沟、稳定沟,与相应冲沟植被盖度之间的相关系数分别是0.877、0.841、0.999。在研究中,对采用植被盖度快速判断冲沟发育阶段进行了科学尝试,在冲沟发育、阶段划分等方面有很好的借鉴意义,同时有利于该区更好地进行冲沟保护和植被恢复。     

基于力矩法的元谋干热河谷冲沟沟头土体稳定性模拟与验证

元谋干热河谷冲沟活跃沟头具有"跌坎陡立、内凹洞发育、溯源侵蚀剧烈"等特征,土体崩塌是沟头溯源侵蚀的主要过程之一。该文综合考虑沟头形态特征和裂缝发育等因素,基于力矩分析方法,模拟研究了干热河谷冲沟沟头土体稳定性。结果表明,沟头土体稳定性受土壤含水量、内凹洞发育高度、裂缝发育深度及其距沟壁的距离等多个因素影响。沟头土体稳定性系数,随土壤含水量和裂缝发育深度的增大呈显著指数函数降低,随内凹洞发育高度的增大呈显著线性函数降低,随裂缝发育距沟壁距离的增大呈二次多项式增大。以土壤含水量作为标准对模拟结果进行了检验,发现沟头土体失稳崩塌时,崩塌体和崩塌面实测的土壤含水量分别为模拟值的69.8%~87.6%和82.0%~95.5%,评价结果较为可靠。崩塌面土壤含水量与模拟值更为接近,说明裂缝发育对沟头土体稳定性非常重要。研究结果可为元谋干热河谷沟头土体崩塌预测及沟头治理措施制定提供重要的理论参考。