基于QuickBird影像估算晋西黄土区切沟发育速率

切沟的发育不仅破坏土地资源,也是河流泥沙的主要来源之一。为了研究高分辨率遥感影像监测黄土区切沟发育速率的有效性,该文选择晋西黄土区4个小流域,使用GIS技术和2003、2010年同时相QuickBird全色和多光谱影像提取沟谷区面积、周长和支沟沟头前进距离,估算切沟发育速率,并从植被覆盖度、土地利用类型等方面分析了4个小流域切沟发育速率差异的原因。结果显示:2003-2010年,4个小流域沟谷区面积、周长增加比例分别在0.25%～0.48%和1.56%～2.61%;切沟发育主要发生在小流域两侧支沟沟头,支沟沟头大约以0.36～0.44m/a的速率前进;林草地覆盖率越高,小流域切沟发育速率越慢;小流域内沟间地覆盖度大于60%的植被对切沟发育遏制作用明显。研究表明高分辨率遥感能够比较快速、准确地确定切沟发育速率,可为中小流域切沟发育监测提供参考。     

陕北黄土区植被恢复对切沟发育速率的影响

切沟是黄土高原常见的地貌形态,是流域产沙的主要来源,而植被常被看作抑制切沟发育的关键因子,为探究退耕还林(草)工程以来切沟发育速率的特征,本研究使用吴起研究区间隔6年的2期同时相QuickBird影像和分辨率为5m的DEM,应用GIS技术分析研究区内的切沟发育速率及其影响因子.结果表明:2007-2013年研究区内小流域的年均切沟面积变化比例均＜0.5％,其中无淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例为0.13％,淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例为0.12％;相关分析表明:在该研究区内沟间地的植被覆盖度是影响切沟发育的最主要影响因子;通过对30个无淤地坝小流域的年均切沟面积变化比例和植被覆盖度做非线性回归(R2 =0.713)可得,当植被覆盖度＞0.6时,其抑制切沟发育的效果最明显;方差分析表明:其他影响因子值(植被覆盖度和地貌因子)相近的条件下,有无淤地坝的6组小流域切沟发育速率无显著差异.总之,沟间地植被覆盖度是影响切沟发育的主要影响因子,而淤地坝对发育在沟缘线上的切沟无显著影响,促进植被恢复有利于抑制切沟发育.     

元谋盆地土地利用/土地覆盖对冲沟侵蚀的影响

金沙江干热河谷元谋盆地冲沟发育，冲沟侵蚀蚕食耕地、最终形成侵蚀劣地，对土地资源危害很大。根据对9条冲沟17个沟头连续3年的观测与调查资料。分析了元谋盆地土地利用／土地覆盖对冲沟侵蚀的影响，包括冲沟集水区不同土地利用方式、植被群落结构对冲沟溯源侵蚀的影响和沟底植被覆盖度对冲沟溯源侵蚀的影响。     

陕北黄土区水平条带整地措施对切沟发育的影响

切沟侵蚀是土壤侵蚀的主要形式之一,严重威胁着土地资源。为了研究水平条带整地对切沟发育的影响,该研究基于间隔9 a的2期同时相QuickBird遥感影像,在陕西绥德县选取了32个小流域,应用GIS技术提取小流域内的沟缘线、植被覆盖度、坡度以及土地利用类型,估算研究区的切沟发育速率,并分析了水平条带整地对切沟发育的影响。结果表明:2004-2013年研究区内水平条带整地面积增加了16.96%,其中水平阶林地增加的最多,其次是水平梯田,而水平阶草地有所减少;32个小流域的切沟面积变化比例主要分布在0~6%,单位沟谷区面积增加比例为4.18%,且各小流域之间的差异明显;在该研究区内水平条带面积比例是影响切沟发育的最主要因子,相关系数达到-0.801。沟间地存在水平条带整地和植被覆盖度较高的情况下,地貌因子与切沟发育速率无显著相关性。水平条带整地类型的抑制切沟发展作用排序:水平阶林地水平阶草地水平梯田。该研究可为全面评价水平条带整地措施水土流失防治效果提供科学依据。     

两种沟头防护工程的效益

一、沟头侵蚀及其防治沟头侵蚀是黄土高原水土流失区土壤侵蚀的重要部分,其侵蚀形态包括沟头进展、沟谷扩展和沟床下切。串球状陷穴和陷穴间孔道的塌陷,是沟头前进的主要方式,沟谷扩展的主要型式,是沟边崩塌、滑坡和泻溜。由于黄土入渗力强、多孔疏松、湿陷性大,经暴雨径流冲刷,岸坡稳定性差,沟蚀剧烈,沟头溯源侵蚀速度很快,一般沟头每年前进2—3米,沟谷扩宽2米多。如宁夏回族自治区固原县,从1957年起,平均每年沟头延伸6.78米,最大一年延伸竟达15.7米。沟头侵蚀发生在沟头有集中径流的地方,蚀坎高差多在10米以上。下泄径流冲刷力强,沟床下切快,     

基于遥感影像研究极端暴雨条件下新成切沟发生发展规律

土壤侵蚀严重破坏土地资源，是全球性的环境问题，切沟侵蚀是土壤侵蚀的重要表现形式，近年来极端暴雨频发加剧了切沟侵蚀的发生和发展。为了研究气候变化条件下新成切沟的形成与发育规律，该研究以陕北子洲岔巴沟流域王武沟小流域为研究区，基于无人机航摄影像，以2017年陕北"7·26"暴雨新成切沟为研究对象，分析新成切沟发生规律，并探讨在之后的3 a中其发育特征、与原有切沟发育的差异性及其与地形参数的关系。结果表明：1）在"7·26"暴雨中，王武沟发育新成切沟45条，约101条/km2，可分为坡面切沟、梯田切沟、道路切沟和底部切沟四类，以坡面切沟最多，底部切沟和梯田切沟总体更宽、面积更大；生产道路、淤地坝和坡耕地在暴雨条件下是最容易发生切沟的地块；2） 新成切沟在形成之后的3 a内沟头发育较原有切沟更为迅速。34.48%的新成切沟沟头进一步前进，这一数值为原有切沟的1.32倍；新成切沟前进距离均值是原有切沟的3倍，达0.58 m/a；3）汇水面积增加可显著促进切沟沟头发育，是模拟切沟沟头前进速率的重要地形指标。可见，极端降雨条件下研究区土壤侵蚀严重，新成切沟发生之后的3 a内溯源尤为迅速，应给予特别关注，加强对这类切沟的预防与治理。     

特大暴雨下不同土地利用类型坡面切沟发育特征

切沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区水土流失的重要形式之一，然而极端暴雨条件下不同土地利用类型坡面切沟侵蚀研究还鲜见报道。该研究以陕北2017年"7·26"特大暴雨为例，研究了岔巴沟流域3种土地利用类型（农地、休闲地和撂荒地）坡面切沟发育形态特征及体积估算模型。结果表明：1）农地、休闲地和撂荒地切沟长度分布在20 m内的占比分别为55.6%、34.8%和44.8%；农地切沟平均深度为110 cm，分别比休闲地和撂荒地高18.3%、19.2%；农地和休闲地切沟平均宽深比分别为0.87和0.84，横断面呈"宽-浅型"，而撂荒地切沟呈"方型"（宽深比1.01）。2）撂荒地切沟侵蚀体积分别比农地和休闲地减少47.8%和28.3%，表明植被恢复有效地削弱了极端暴雨作用下的切沟侵蚀。3）农地切沟不同坡段侵蚀体积由高到低为下坡、上坡、中坡，而休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积沿坡长方向呈递增趋势；3种土地利用类型切沟在上坡段的沟岸拓宽速率大于下切速率，中下坡则相反。4）农地、休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积均与切沟长度、横断面面积呈极显著幂函数关系（P<0.001），横断面面积是切沟体积估算更为有效的参数。研究结果可为黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用类型坡面切沟侵蚀体积估算及其防治提供重要依据。     

近50年来王茂沟流域侵蚀沟变化及其影响因素

基于1968年、2004年和2018年3期高分遥感影像,以王茂沟流域为典型研究区,提取了3个时间点的沟沿线、土地利用、水土保持措施、植被覆盖度和LS因子,对近50年侵蚀沟时空变化特征及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)用遥感方法采集的信息,可基本满足侵蚀沟中长期变化分析;(2)50年来王茂沟流域侵蚀沟一直处于变化中,时间上变化速度逐渐减缓,前期和后期沟头年均前进速率分别为0.30,0.27m/a,沟壁年均扩张速率分别为0.009,0.004 m/a;空间上2个时期年均侵蚀沟变化密度大于200 m/(km^2·a)的值分别占比26.89%,7.07%,且多分布在流域中下游;(3)1968—2004年侵蚀沟变化主要受到土地利用变化和水土保持措施增加的影响,2005—2018年,侵蚀沟变化主要受到植被覆盖度进一步提高和土地利用多样性的影响。研究有助于量化分析多年治理过程中侵蚀沟的变化及其影响因素,能对退耕还林还草工程实施前后侵蚀沟治理的生态效益评价提供重要参考。     

沟头高度和土壤质地对细沟溯源侵蚀特征和形态发育的影响

沟头溯源侵蚀是黄土高原主要的侵蚀方式之一。为研究细沟沟头高度和土壤质地对侵蚀产沙、沟头溯源侵蚀过程及沟道形态发育的影响,该研究采用不同沟头高度的沟头,在室内进行了一系列冲刷试验(流量为2、4和6 L/min)。结果表明:1)随着沟头高度的增加,产沙率增加,土壤流失过程的波动程度也增加,且越易被侵蚀;2)对比不同土壤质地,总体上,壤质砂土的产沙率和溯源侵蚀速率大于粉砂质壤土。当沟头高度为15 cm、流量为6 L/min时,壤质砂土的沟头溯源侵蚀速率最大,为19.45 cm/min;3)粉砂质壤土土壤下切深度较深,更易发生下切侵蚀,壤质砂土土壤沟道横截面宽深比最大值是粉砂质壤土土壤的3倍多,且沟头溯源侵蚀累积距离为75cm时沟道横截面宽深比值较小,更易发生侧向侵蚀;4)4个细沟形态地形子参数(起伏度、粗糙度、切割深度和坡度)与产沙量有较好的线性线相关关系(R2≥0.48),沟头侵蚀下的微地形可以在一定程度上反映产沙量的大小,进而估算产沙量。研究结果可为黄土高原细沟侵蚀下的水土保持措施提供参考依据。     

水土流失治理背景下小流域泥沙来源初探——以皇甫川流域西五色浪沟小流域为例

以皇甫川流域西五色浪沟小流域为研究区,以高分辨率遥感影像为信息源,通过GIS技术,提取小流域沟缘线,将小流域分为沟谷地、沟间地2大地貌类型。基于沟蚀和面蚀及其影响因子切割裂度、水土保持措施及土地利用方式、坡度、植被覆盖度等数量和分布以及通过项目布设的雨量站、把口站和径流场观测资料2种方法对在水土流失治理背景下小流域泥沙来源进行比较。结果表明,2种方法均显示,西五色浪沟小流域泥沙主要来源于沟谷地,沟谷地土壤侵蚀量约占流域侵蚀量的73%,是沟间地侵蚀量的2.73倍。     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

Study of ephemeral gully erosion in a small upland catchment on the Inner-Mongolian Plateau

Ephemeral gully erosion is an important soil erosion process on the Inner-Mongolia Plateau in North China, and although its damage is very intense, little research on the area has been published. In this paper, a global positioning system (GPS) is used to measure the morphology of ephemeral gullies in a small catchment, the Inner-Mongolia Autonomous Region. First, this paper presents the characteristics of ephemeral gullies and soil loss due to ephemeral gully erosion. The network of ephemeral gullies takes on the shapes of tree branches, and there are 16 hole-ephemeral gullies in the middle of the ephemeral gullies. An average gully length of about 19.6 m ha⁻¹ and an average soil loss of 8.8 m³ ha⁻¹ due to ephemeral gully erosion were measured. Second, soil erosion influences crop production in cropland and combinations of vegetation in fallow. The difference between vegetation in the middle of ephemeral gullies and in other places is very obvious. Third, this paper discusses hole-ephemeral gullies that are holes locating in the middle of ephemeral gullies whose widths and depths are more than 0.5 m (Fig. 6) for the first time. The relationship between local hill slope gradient S (m m⁻¹) and upslope contributing area A (ha) can be expressed as S = 0.064A^−0.375 and may be a key indicator for determining the position of existing hole-ephemeral gully heads and for predicting where hole-ephemeral gullies could form in the small watershed on the Inner-Mongolian Plateau.     

黄土高原典型小流域侵蚀沟形态和稳定性监测初探

[目的]在黄土高原地区选择6条典型小流域,开展侵蚀沟形状特征、发育程度、形态变化等监测,对侵蚀沟稳定性进行分析,初步构建侵蚀沟稳定性评价指标体系。[方法]在雨季前后2次对6条典型小流域主沟道代表性断面、支毛沟代表性断面、支毛沟的沟头进行亚米级精度测量。[结果]获得了6条典型小流域各等级侵蚀沟数量和各流域沟道主断面、支毛沟沟道断面、支毛沟沟头变化数据,并对其进行了分析。初步构建了侵蚀沟稳定性评价指标体系。[结论]影响沟道形态变化的因素基本总结为:降水因素、水保措施、植被覆盖因素、汇水面积、坡度、地表组成物质等。     

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。     

1970－2021年典型黑土区侵蚀沟损毁耕地速度与发育阶段

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km²的典型黑土农田单元,并利用1970年、2011年和2021年卫星影像结合无人机和地面测量的结果进行计算与统计。结果表明,侵蚀沟数量在3个历史时期持续增加,剔除因治理而消失的311条,实际增加了958条,北部嫩江增加速度高于中部海伦和南部巴彦,而同一纬度区大坡度（3%）比小坡度（1%和2%）农田单元内侵蚀沟数量增长更快。人为治理和更高强度耕种导致侵蚀沟面积降低（1970－2011年）然后再增加（2011－2021年）的V型走势,但由侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积持续扩张,近10年年均损毁耕地面积0.1%,3个区域的损毁速度相近。从南往北3个区域侵蚀沟起始发育时间分别是1920s、1940s和1950s,与开垦时间先后顺序一致。典型黑土区侵蚀沟经历了谷底沟发育、沟系形成、多样化发育3个阶段,其中嫩江处在第二阶段,而海伦和巴彦处在第三阶段,即老沟、新沟、次生沟、浅沟多样化发育阶段。人为治理和促进侵蚀沟发育的较量,决定典型黑土区侵蚀沟的发育走势。研究为典型黑土区侵蚀沟防治提供科学依据。     

天山北坡典型小流域侵蚀沟形态特征及其成因

[目的]揭示天山北坡典型小流域侵蚀沟发育规律,为侵蚀沟的预警及防治提供科学依据。[方法]选取天山北坡典型小流域10条侵蚀沟进行分析,采用野外实地调查与地理信息技术相结合的方法,对研究区侵蚀沟形态发育特征及其成因进行分析。[结果](1)研究区侵蚀沟特征值之间存在着一定的相关关系:横截面积与平均沟宽、平均沟深呈极显著正相关;沟壑面积与沟长呈显著正相关;沟壑体积与横截面积、沟壑面积呈极显著正相关关系,与平均沟宽、平均沟深呈显著正相关关系;沟长、平均沟宽、平均沟深相互之间无明显的相关关系,汇水面积与特征值之间也无明显的相关关系。(2)研究区侵蚀沟均是开析型侵蚀沟和弱度割裂型侵蚀沟。(3)研究区侵蚀沟密度与坡度呈正相关关系,坡度越大,密度越大;侵蚀沟密度与沟长无相关关系,侵蚀沟密度随沟长的增加呈先增加后减小的趋势;研究区典型侵蚀沟密度在南坡最大,西坡和西南坡的密度相对较小。[结论]坡度和坡向是影响小流域尺度侵蚀沟发育的重要地形因素。     

东北典型黑土区侵蚀沟形态及分布特征

东北黑土区是中国最重要的粮食生产基地之一,同时也是中国四大水蚀区之一,其中沟道侵蚀是水蚀发生的主要形式,掌握东北黑土区沟道侵蚀的基本情况,剖析其形态及分布特征,对于分析东北黑土区沟道侵蚀的成因及水土流失治理至关重要。该研究以典型黑土区嫩江县为研究区域,利用航空遥感影像及1∶5万DEM对区域内侵蚀沟进行普查统计,并分析侵蚀沟的沟宽、沟长、纵比降等形态特征,以及海拔、坡度、坡向等地形因素对侵蚀沟分布的影响,为黑土区侵蚀沟的治理提供理论依据。研究结果表明:1)沟道侵蚀主要分布在丘陵区,沟道类型以切沟为主,冲沟影响面积仅次于切沟,研究区以小于500 m的侵蚀沟为主,数量及面积分别占总数的96.67%、61.99%;2)侵蚀沟的沟宽与沟长为正相关,纵比降与沟宽、沟长为负相关;3)坡向对各类型侵蚀沟的分布影响较小,坡度对侵蚀沟的分布有一定影响,细沟和浅沟主要分布在2~6°和6~15°的坡面上,而切沟和冲沟则主要分布在0~2°、2~6°的坡面上,90%以上的细沟和浅沟、80%以上的切沟、冲沟发生在耕地上;4)嫩江县冲沟地形阈值模型拟合表明嫩江县冲沟发生的临界坡度较小,较小的坡度就能对坡面形成冲刷,出现冲沟的发生发育,而模型中主导径流过程的参数数值较小,表明嫩江县冲沟的产生可能受到地下过程的影响。