陕北黄土区退耕前（1976—1997）坡面切沟发育特征

以陕北黄土区坊塌流域内7条大切沟及其谷缘上的小切沟为研究对象,通过Arc GIS和MATLAB从基于1976、1997年1:10000比例尺地形图生成的数字高程模型(DEM)上提取沟沿线,进而获得1976、1997年大切沟的面积、周长和大切沟上小切沟沟头前进距离,并结合当时的土地利用图和植被覆盖图,定量研究了退耕前陕北黄土区切沟发育的速率,以及土地利用类型和植被覆盖度对切沟发育的影响.结果显示:在1976-1997年间,7条大切沟的面积、周长增长率分别为11.01%~180.46%和8.07%~86.75%,大切沟上小切沟沟头年均前进速率为0.26~0.84m;由溯源侵蚀导致的小切沟沟头前进是研究区内大切沟上的主要侵蚀方式,大切沟沟谷拓宽和形成新的小切沟分别是对大切沟的面积和周长增长具有较高贡献率的侵蚀方式;林草覆盖能控制切沟发育,集水区内覆盖度大于65%的植被能更加有效地控制大切沟内以沟谷拓宽为主的、多过程、多部位的综合切沟侵蚀,覆盖度大于45%的植被能更加有效地控制大切沟上小切沟沟头的溯源侵蚀.研究表明基于GIS技术和不同年份的地形图,可以确定切沟侵蚀的方式及速率,实现对切沟发育的动态监测.     

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。     

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.     

黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀沟数量及形态特征

为分析黄土高原不同类型侵蚀沟形态特征及其区域差异,以黄土高原第一副区和第五副区小流域为例,基于无人机影像(0.15 m)及DEM(1 m),分析沟谷网络特征和各类型侵蚀沟的数量特征,并对比冲沟和切沟的二维、三维形态参数。结果表明：丘一区小流域主沟支沟比为1∶35.6,远小于丘五区小流域主沟支沟比(1∶22.0),且各级沟谷密度多高于丘五区,表明丘一区支沟数量多,发育程度较高,地表更破碎,沟谷系统形态更复杂。丘一区和丘五区侵蚀沟类型都以切沟为主,密度分别为9.72,14.22 km/km²,冲沟密度分别为4.27,4.23 km/km²,冲沟数量虽少,但沟谷面积较大。切沟在沟谷网络分级中主要集中在1级,冲沟主要分布于1～3级,干沟多为3～5级。丘一区切沟除纵比降较大外,其他形态参数均明显小于丘五区,说明丘五区切沟规模更大,但两区冲沟形态差异较小。切沟、冲沟的体积和面积之间都具有显著的幂函数关系,但丘一区冲沟和切沟的判定系数更高,表明其同类侵蚀沟在形态上更具有相似性。研究结果为黄土高原侵蚀沟准确统计和小流域水土保持综合治理提供参考。     

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。     

QuickBird影像目视解译法提取切沟形态参数的精度分析

为了研究QuickBird影像提取切沟形态参数的精度,该文选取陕北黄土区吴起县合沟与绥德县桥沟小流域,分别利用同时相的三维激光扫描全站仪和QuickBird影像数据源提取切沟形态参数,分析QuickBird影像提取切沟形态参数的精度,探究误差产生原因。研究结果表明:与三维激光扫描全站仪相比,QuickBird影像目视解译合沟和桥沟小流域切沟面积、周长的平均相对误差都在5%左右;沟缘线边界偏差大于0.6 m(相当于QuickBird影像的一个像元值)的面积百分比的均值都能控制在4%以内;2个小流域中沟长的平均相对误差分别在2%和5%左右,沟长的平均绝对误差分别在0.5和0.75 m左右;目视解译面积、沟长的平均相对误差、最大相对误差、不同解译人员的最大误差与参数值之间都具有显著地负相关,即切沟越大,误差越小;沟缘线附近的植被类型影响目视解译精度,与灌草植被覆盖的小流域相比,草本覆盖的小流域中切沟参数的解译精度更高。总体上来看,QuickBird影像为小流域尺度上监测切沟发育提供了便捷、可靠地数据源。     

基于不同分辨率遥感影像提取的水土保持措施精度分析

在韭园沟小流域选择试验样区,采用地理信息系统等技术,基于不同分辨率遥感影像开展了水土保持措施等信息提取和精度分析。结果表明,在黄土丘陵沟壑区第Ⅰ副区,开展梯田、沟台地、疏林地、未成林造林地遥感监测的影像分辨率应优于2.5m,开展坡耕地、坝地、退耕荒草地遥感监测的影像分辨率宜优于2.5m,开展天然草地遥感监测的影像分辨率可选择2.5m,开展林草植被遥感监测的影像分辨率宜优于10m。     

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。     

基于历史卫星影像估算黄土丘陵区冲沟发育速率

沟谷侵蚀是黄土高原河流泥沙的主要来源，对土地资源的破坏性极大。为评估黄土高原丘陵沟壑区冲沟的中长期发育速率，该研究选取黄土高原丘陵区第一副区绥德县枣林坪流域为研究区，使用1968年的KH-4B卫星影像、2021年高分7号卫星影像及立体像对，估算近53年来冲沟的发育速率，探究冲沟体积-面积关系。结果表明：1）在35条调查的冲沟中，有10条没有明显增长，其余25条发育冲沟的沟长增长在0.09～0.93 m/a之间，均值为0.30 m/a；面积增长在0.74～51.93 m2/a之间，均值为14.03 m2/a。冲沟发育的主要部位在其支沟沟头。2）冲沟体积和面积具有良好的幂函数关系，判定系数R2=0.934。使用该模型及1968和2021年冲沟面积，计算得到25条发育冲沟的体积增长量均值为161.21 m3/a，最大值为723.62 m3/a。3）历史影像KH-4B覆盖面积广，在提取冲沟边界，估算冲沟沟长和面积发育速率等方面，具有较高的适用性，但其立体像对生成数字高程模型（DEM）精度较低，难以用于提取冲沟的沟深和体积。     

东北黑土区典型流域融雪期切沟发育特征研究

基于DGPS差分定位系统对东北黑土区典型流域切沟进行动态监测,结合GIS技术的空间分析功能,分析典型流域融雪期切沟发育特征。结果表明:(1)融雪期切沟发育以沟头前进为主,各流域切沟发育具有地域分异性和年际差异性。切沟长度发育和面积发育呈极显著正相关(p0.01,r=0.755),长度发育和体积发育相关性不明显。(2)融雪期切沟地域分异性和年际差异性表现为五一流域切沟发育速率明显大于光荣、吉兴流域,典型流域切沟发育速率呈现从西北至东南逐渐减小的趋势。(3)切沟宽度沿程发育呈现分异性,从沟头至沟尾发育速率逐渐减小。光荣流域G1切沟沿程宽度发育速率和面积发育速率呈极显著正相关(p0.01,r=0.572),沿程深度发育速率与面积发育速率呈极显著负相关(p0.01,r=-0.500)、与体积发育速率呈显著正相关(p0.05,r=0.408);光荣流域G2切沟沿程宽度发育速率和面积发育速率呈极显著正相关(p0.01,r=0.412),与体积发育速率也呈极显著正相关(p0.01,r=0.673)。     

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。     

根系密度对黄土塬沟头溯源侵蚀产沙和形态演化过程的影响

为明确根系密度对黄土塬沟壑区沟头溯源侵蚀产沙和形态演化过程的影响,采用野外"人工模拟降雨+放水冲刷"试验方法,以裸地试验小区(CK)为对照,研究冰草根系密度试验小区(株行距:20 cm×20 cm,C1;15 cm×15 cm,C2;10 cm×10 cm,C3)的沟头溯源侵蚀产沙过程、沟头溯源距离、沟道下切深度及发育面积等特征。结果表明:1)与对照小区相比,草被小区(C1~C3)产沙量分别降低64.32%、70.31%、69.92%;冰草株行距为15 cm×15 cm时,减沙效益最大。2)对照小区沟头溯源侵蚀过程主要包括沟口形成、贴壁流侵蚀、跌水侵蚀和沟岸崩塌等;而草被小区沟头溯源侵蚀则由贴壁流侵蚀、跌水侵蚀和根土复合体崩塌导致,崩塌是草地沟头溯源的主要原因;各根系密度下沟头溯源距离与时间均呈极显著幂函数关系;与对照相比,草被小区沟头溯源距离缩短75.61%~78.87%。3)对照小区侵蚀沟纵断面呈阶梯形,存在缓冲平台,沟头近似矩形;草被小区则呈梯形和圆弧状。与对照相比,草被小区沟道平均下切深度加深1.64~1.92倍;沟道面积随根系密度增加而缩小,草被小区沟道面积较裸地缩小68.0%~74.0%。结果可为该区"固沟保塬"工作的实施提供科学参考。     

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。     

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。     

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。     

松嫩典型黑土区耕地切沟密度分布特征及影响因子

东北黑土区是中国重要的商品粮生产基地，该地区耕地切沟侵蚀严重威胁农业生产及生态环境。为掌握松嫩典型黑土区耕地切沟密度分布特征及影响因子，基于全国第一次水利普查的998块抽样调查单元和1∶10000地形图，以及2018年Google高分遥感影像目视解译提取调查单元内所有切沟，采用地理探测器分析切沟密度空间分布的影响因子，分析松嫩典型黑土区耕地切沟密度的空间分布规律。结果表明：1)35.64%的耕地调查单元有切沟发育，切沟线密度变化在0.18～17.48 km/km²，面密度变化在425.95～91 921.34 m2/km²。2)地形和降水显著(P<0.05)影响松嫩典型黑土区耕地切沟密度，坡度是影响耕地切沟密度空间分布最重要的环境因子。3)依据切沟线密度划分，松嫩典型黑土区东部的黑土带耕地切沟侵蚀严重，轻度侵蚀以上面积占比35.87%，强烈侵蚀以上(切沟线密度≥2 km/km²)面积占比33.33%，剧烈侵蚀面积占比27.94%。黑钙土带有6.65%的面积遭受剧烈切沟侵蚀，星落分布于黑钙土带的边缘。系统抽样与高分辨...     

辽宁省侵蚀沟发育特性及地形分异特征

在不同层面对研究区数字高程模型(DEM)重分级,探讨地形因素对侵蚀沟发育的影响。以第一次全国水利普查侵蚀沟普查成果(2010年)与辽宁省第五次土壤侵蚀普查侵蚀沟普查成果(2015年)获取侵蚀沟分布数据,基于1∶50 000DEM获取侵蚀沟高程、坡度、坡向、坡长和空间分异特征。在地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的支持下,分析辽宁省侵蚀沟发育特性与地形分异特征。结果表明:5年间研究区侵蚀沟密度增加0.02km/km~2,侵蚀沟高发区主要集中在辽西;70%以上区域密度变化值50m/km~2,大部分处于微度增加区;高程在325~350m时密度变化值最大;坡向上南坡、西南坡为密度变化高值区;坡度在1.5°~15°时密度变化曲线呈抛物线形,1.5°和15°时无明显变化;坡长在600~800m时密度变化值最大,坡长1 000m时密度变化值无明显差异。     

沟蚀发生的地貌临界理论计算中数据获取方法及应用

沟蚀发生是一种地貌临界现象,与沟头处局地坡度及上方汇水面积有关,而沟蚀发生地貌临界理论能够预测沟头可能发生的位置。该文从沟蚀发生地貌临界理论起源、数据获取方式、参数计算方法、影响因素及应用等方面综合评述了该理论的发展及近年来国内外的有关研究。数据获取方式主要包括野外实测、高清遥感影像及地形图测量。参数计算方法包括目视(下限值)法、正交回归(95%置信区间下限)、正交回归(下限值)及分位数回归等。相对剪切力指数值反映区域主要的沟蚀发生机制,临界常数值反映当前特定外界环境下的沟蚀发生临界条件。将相对剪切力指数固定后,临界常数的时间序列变化能够表征外界环境改变对沟蚀发生的影响。人类活动改变了沟头上方汇流环境,进而影响临界条件。沟蚀发生地貌临界理论可获取沟道侵蚀风险较大的区域,为沟道侵蚀防治措施布设提供参考。结合高分辨率地形图,增加表征人类活动影响汇流过程的参数能够丰富沟蚀发生地貌临界理论。该理论与已有沟道侵蚀发展模型结合,可将沟头发生位置和沟道发展过程统一,促进沟道侵蚀全过程的模拟。     

基于Google Earth影像的横断山区沟蚀及侵蚀沟类型调查研究

[目的]探讨横断山区侵蚀沟的类型、分布特征及影响因素,为研究沟蚀对横断山区土壤侵蚀及土地退化的影响提供依据。[方法]基于Google Earth高清影像结合GIS的方法,基于可见性的基本原则,对横断山区开展侵蚀沟的抽样调查。共布设调查单元2 242个,每个单元尺寸1km×1km。[结果]共有571个调查单元发现有侵蚀沟分布,占调查单元总数的25.5%,平均沟壑密度为2.20km/km2。沟蚀在海拔低于1 500m的区域发育显著,沟壑密度随坡度增加而增长,与年降雨相关性较弱。草地是沟蚀发育的主要土地利用类型,燥红土的沟蚀分布率及平均沟壑密度显著高于其他土壤类型。通过总结国内外现有的侵蚀沟分类体系及其异同,结合调查结果,判定该次调查的横断山区侵蚀沟类型主要为切沟和冲沟(包括有泥石流事件的冲沟)。[结论]横断山区切沟和冲沟分布广泛,发育强烈,其分布受海拔、坡度、土地利用及土壤类型等因素的影响较为显著。