甘肃省小陇山林区降雨型浅层滑坡汇水面积-坡度关系及其影响因素

沟头发生侵蚀的地形临界模型可有效预测侵蚀沟的形成条件,浅层滑坡失稳形成的洼地也是沟头形成的方式之一。为探究浅层滑坡临界起动模型的特点,以甘肃省天水市小陇山林区的降雨型浅层滑坡为研究对象,运用汇水面积-坡度关系,构建临界起动模型,与黄土高原典型侵蚀沟(浅沟、切沟)的临界起动模型进行对比分析,并探讨土地利用类型、植被类型和土壤质地对该模型的影响。结果表明:(1)浅层滑坡临界起动模型为S=3.50A_s^-0.34,其侵蚀阈值为3.50,大于黄土高原典型浅沟(0.96)和切沟(1.54)的侵蚀阈值。研究区浅层滑坡一般发生于土层较薄的陡坡地带,其平均坡度(S=1.26)大于浅沟(S=0.35)与切沟(S=0.46),单位汇水面积(A=89.08 m²/m)小于浅沟(A=920.93 m²/m)和切沟(A=1 129.82 m²/m)。(2)汇水面积与坡度平方的乘积(AS²)代表了沟头产生侵蚀的能量指标值。研究区浅层滑坡AS²值在269.1~5 703.2 m²,平均值为1 772.97 m²,黄土高原浅沟AS²值在4.74~892.66 m²,切沟在41~814 m²,启动能量值方面,浅沟<切沟<浅层滑坡。(3)土地利用类型、植被类型和土壤质地通过影响土壤的抗冲力、渗透性和黏粒含量,从而对浅层滑坡的起动难易程度产生影响。在不同的土地利用方式中,农地最易发生侵蚀,其次是林地。油松林附近浅层滑坡的抗侵蚀能力高于日本落叶松林。研究结果为探究浅层滑坡的起动条件提供理论依据。     

聚丙烯酰胺(PAM)对三峡库区紫色土坡面片蚀的影响

设置不同PAM施加量(0,0.4,0.8,1.6 g/m²),在不同坡度(15°,20°,25°)条件下开展不同雨强(60,90,120 mm/h)的模拟降雨试验。研究不同PAM施加量紫色土坡面片蚀产流产沙过程及其对产流产沙量的影响程度和主要因素,并分析了PAM对坡面片蚀可蚀性的影响。结果表明:坡面产流过程呈现先持续增加后趋于波动稳定的变化趋势,产沙过程则呈现先迅速减少并趋于稳定的变化趋势,PAM对片蚀的产流产沙过程变化趋势没有影响。和空白对照组相比,PAM施加量为0.4,0.8,1.6 g/m²的产流总量平均分别减小7.71%,35.16%,21.12%,产沙总量平均分别减小35.80%,49.39%,17.85%,PAM施加量为0.8 g/m²时产流总量和产沙总量最小。同种雨强下,不同施加量减流效益的大小顺序为0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,而减沙效益则受到坡度影响,在15°坡面减沙效益大小顺序是0.8 g/m²>1.6 g/m²>0.4 g/m²,在20°和25°坡面减沙效益大小顺序为0.8 g/m²>0.4 g/m²>1.6 g/m²。施加PAM能有效降低片蚀可蚀性,与空白对照组相比,施加PAM后降低效果依次为0.8 g/m²>0.4 g/m²>1.6 g/m²,片蚀可蚀性依次降低54.40%,40.94%,18.21%。     

地表坡度对雨滴溅蚀的影响

采用人工模拟降雨的试验方法,分别研究了地表坡度对向上坡,侧坡及下坡溅蚀量的影响。结果表明:向上坡、侧坡溅蚀量与地表坡度的关系大致为抛物线型,临界坡度在10°～15°与20°～25°之间,但当i=2.037mm/min时,向侧坡溅蚀量与地表坡度为幂函数关系,临界坡度消失。向下坡溅蚀量与地表坡度成线性递增关系,其递增速率随雨强的增加而增大。最后给出了雨滴溅蚀总量与EI及地表坡度S的复因子关系式。ST=5.985（EI）^0.544S^0.471式中:ST=——单位面积上的溅蚀总量（g）;E——雨滴动能（J/m²）;I——降雨强度（mm/min）;S——地表坡度（°）     

1985-2020年天水市黄土区滑坡灾损土地利用时空变化特征

为探索甘肃省天水市滑坡土地利用特征及时空变化规律,选取秦州区和麦积区作为典型黄土滑坡区的代表,基于12.5 m分辨率的ALOS DEM数据和1985—2020年全球30 m的精细地表覆盖动态监测产品,利用GIS空间分析、土地利用净变化量指数、土地利用转移矩阵和土地利用贡献率,分析滑坡体的特征参数、土地利用/覆被类型、土地利用转移特征及驱动因素。结果表明:(1)研究区共识别出469个滑坡样本,平均高程集中于1 200~1 400 m,平均坡度10°~15°,平均坡向为西向坡,前后缘相对高差100~150 m,滑坡面积1×10⁴~10×10⁴ m²,滑坡长度200~400 m。(2)1985—2020年滑坡区旱地最多,草原次之;期间土地利用类型呈现动态变化特征,分为1985—2000年持续变化阶段和2000—2020年微弱调整阶段;其中1995—2000年变化最剧烈,主要表现为旱地向草原和林地转化。(3)35年间旱地面积转化最多,累计8.74 km²,贡献给草原6.58 km²、封闭落叶阔叶林1.94 km²、不透水表面0.20 km²,其余的土地利用类型占比小,转化微弱;旱地、草原、封闭落叶阔叶林和不透水表面的土地利用净变化量最大。(4)单个滑坡体的利用方式逐年多样化,草原和封闭落叶阔叶林的增加提升区域的植被覆盖度,降低再次发生滑坡的可能性。天水市区滑坡土地利用类型和时空变化规律为区域灾损土地的开发再利用及生态修复提供科学依据。     

中国的冻土

中国冻土面积大,分布规律特殊,对于研究世界冻土的形成、分布具有重要意义。中国冻土有高纬度冻土和高海拔冻土两种。高纬度冻土分布于东北地区,北纬53—46°N,面积38.2×10⁴km²,纬度高而海拔较低,这类冻土的一系列特征主要受高纬度的影响;高海拔冻土主要分布于青藏高原和西部高山,面积176×10⁴km²,占北半球高海拔冻土面积的75.7%,居世界首位,大部分分布于北纬35°N以南,最南达27°左右,纬度低而海拔高,其一系列特征主要受海拔高度的影响。两类冻土的土壤类型和性状各具特点,差异很大。高纬度冻土具有湿寒特点,植被为森林,土壤有机质含量高,pH低,不含CaCO₃,盐基不饱和;高海拔冻土具有干寒特点,植被为草原和荒漠,土壤有机质含量很低,PH高,盐基饱和,大多富含石灰,部分含石膏磐层。目前中国及国际上均未将冻土列为独立的土壤分类单元,我们建议在中国土壤中,增设一个冻土土纲,下设正常冻土(高纬度冻土)和高寒冻土(高海拔冻土)两个亚纲。     

黑龙江省黑土区水土流失动态及成因分析

为了解不同时期黑龙江省黑土区水土流失状况及其演变动态,根据历史调查资料、小流域原位勘察结果及同期遥感调查数据,分别对1950,1980和2000年黑龙江省黑土区50a来不同空间尺度水土流失状况、特征、成因及演变进行分析。结果表明:(1)该区水土流失面积50a来净增了2.08×10⁴ km²,水蚀是造成该区水土流失主要形式。(2)1950-1980年20a间年均水土流失面积为411.9km²,比1980-2000年年均值高出25.5km²。(3)50a来该区侵蚀沟数量增加98 832条,2000年侵蚀沟面积所占比例比1950年增加了172.4%,沟壑密度增加2.83倍。该区水土流失呈持续恶化态势,不合理人类活动、政策导向和黑土质量退化是导致该区水土流失程度动态变异主要诱因。     

坡形对黑土区坡耕地土壤侵蚀的模型模拟研究

为探究黑土区不同坡形下的土壤侵蚀特征,基于黑龙江省粮食沟小流域9个耕地径流场侵蚀产沙数据,采用WEPP (Water Erosion Prediction Project)模型进行土壤侵蚀预报与情景模拟。结果表明:径流量和产沙的整体模拟效果较好,径流量决定系数(R²)与纳什系数(NSE)分别为0.71和0.60,产沙决定系数(R²)与纳什系数(NSE)分别为0.61和0.50,表明该模型对该区土壤侵蚀模拟具有较好的适用性。而模型模拟精度则随坡度增大而减小,在3°,5°和8°坡度下,泥沙模拟的NSE分别为0.60,0.55和0.48,R²分别为0.65,0.61和0.60,这与较陡坡度条件下坡面细沟发育有关;径流量在不同坡度坡形下无明显差异,相同降雨、不同坡形下的径流差异普遍在10%以内,而产沙量在不同坡度坡形上呈现较大差异,相同降雨、不同坡形下的产沙差异普遍在20%左右,最高可达到90%以上;同一坡度条件下,直形坡的土壤侵蚀强度最大,次之为凸形坡,而"S"形坡的土壤侵蚀强度最小。该研究结果可以为我国东北黑土区水土保持措施提供科学依据。     

喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对产流产沙过程的影响

为明确喀斯特槽谷区岩石与坡面夹角对坡面产流产沙过程的影响,在6个岩石与坡面夹角(30°,60°,90°,120°,150°,180°)、3个坡度(10°,15°,20°)和3个流量(5,7.5,10 L/min)组合条件下,开展室内放水冲刷试验。结果表明:(1)地表产流率随冲刷历时呈先增加后稳定的趋势,而含沙量和地表产沙率随冲刷历时均呈波动性减小趋势;(2)各岩石与坡面夹角下,地表产流率无显著差异(P＞0.05);但含沙量与地表产沙率均差异显著(P＜0.05),表现为含沙量和地表产沙率在60°夹角下与30°和120°夹角下差异不显著(P＞0.05),但显著高于90°,150°和180°条件下的含沙量和地表产沙率(P＜0.05);(3)地表产流率与含沙量在60°,90°,120°夹角下均呈显著幂函数正相关(R²=0.32~0.56,P＜0.05),而在其他夹角下二者关系不显著(P>0.05)。地表产流率与地表产沙率在60°,90°,120°,150°,180°夹角下呈显著线性正相关(R²=0.35~0.86,P＜0.05)。研究表明喀[JP]斯特槽谷区岩石与坡面呈一定夹角时,可加剧坡面产沙,并改变产流与产沙关系。     

甘肃黄土高原区主要城市雨洪资源利用潜力

根据甘肃省黄土高原区城市雨洪资源的分布特征,选取主要城市兰州、定西、平凉、庆阳和天水为研究区,研究了各主要城市降水量特征变化规律,并对各主要城市雨洪资源利用潜力进行了分析计算。结果表明,兰州、定西、平凉、庆阳和天水雨洪资源的平均理论潜力分别为5.71×10⁷,8.61×10⁶,2.38×10⁷,7.62×10⁶和3.21×10⁷m³,平均可实现潜力分别为2.91×10⁷,4.65×10⁶,1.43×10⁷,4.87×10⁶和1.95×10⁷m³。计算结果说明,甘肃黄土高原区各主要城市雨洪资源利用潜力相对较大,具有很好的开发利用前景,并且可为黄土高原区城市雨洪资源高效利用和有效管理提供参考依据。     

中国东北漫川漫岗典型黑土区沟道侵蚀特征

[目的] 通过对450 km²黑土区进行实测调查，旨在评估研究区沟道侵蚀现状。[方法] 选取沟道侵蚀严重的450 km²的漫川漫岗黑土区为调查区域，首先在谷歌卫星影像上进行侵蚀沟识别和定位，再对侵蚀沟立体形态进行实地测量。[结果] ①研究区土地利用以耕地为主，耕地、建设用地、林地、草地分别占研究区总面积的85%，8%，6%，1%。②研究区坡耕地占86%，坡度0.25°~3.0°占64%，大于5°的占12%。③共有侵蚀沟1 049条，其中耕地中侵蚀沟577条，占总侵蚀沟条数的55%；沟壑密度1.2 km/km²，按沟壑密度衡量沟蚀强度为中度；沟壑面积比例为2.89%，以此界定沟蚀强度为剧烈。④研究区侵蚀沟平均长度、宽度、深度和面积分别为996，13.1，2.7 m和2.4 hm²。[结论] 漫川漫岗黑土区沟道侵蚀严重，主要危害坡耕地，但侵蚀沟相对较小，易于治理。     

基于GIS的延河流域滑坡崩塌地质灾害空间分布及其引发因素分析

[目的]以更符合滑坡崩塌发生发展规律的延河流域为例,进行地质灾害空间分布及引发因素分析研究,为防灾减灾提供依据。[方法]依据区县地质灾害详细调查资料,建立GIS地质灾害数据库,包含地理数据、基础地质数据、地质灾害点数据和栅格数据。统计分析坡度、坡高、坡型、河谷发育期等引发因素;选取坡度、坡型、植被、河谷地貌、地层、降雨量、道路距离、居民点8因素,采用加权信息量法进行地质灾害易发性分区阐述地质灾害空间分布。[结果]坡高50~100m,坡度30°~45°易形成滑坡;老年河谷灾害点密度为壮年期的2倍,幼年期的3倍;凸型和直线型斜坡更容易产生滑坡和崩塌灾害,阶梯型和凹陷型斜坡稳定程度明显增高。延河流域滑塌高易发面积1 664.96km2,灾害点密度0.29处/km2;中易发3 102.02km2,密度0.10处/km2;低易发3 888.99km2,密度0.04处/km2。[结论]以流域为单位进行地质灾害研究,引发因素、空间分布规律更为明显,指导防灾减灾更加实用。     

基于CSLE模型的天山北坡西白杨沟流域土壤侵蚀定量评价

[目的]定量评价天山北坡西白杨沟流域水土流失土壤侵蚀状况,分析其分布特征,为区域水土保持以及生态环境建设提供科学依据。[方法]以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐县西白杨沟流域为研究区,采用样地调查与地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术相结合方法和CSLE模型,对西白杨沟流域进行土壤水力侵蚀评价及侵蚀强度空间分布分析。[结果]天山北坡西白杨沟流域平均土壤侵蚀模数748.91 t/(km~2·a)。地形对土壤侵蚀强度影响明显,在坡度20°～40°区域,土壤侵蚀模数最高,为1 127.22～1 229.62 t/(km~2·a)。缓坡(20°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈正效应,而在陡坡(40°～70°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈负效应。土壤侵蚀主要发生在南坡、东南坡和东坡;不同土地利用方式对土壤水力侵蚀程度影响不同,表现为:呈灌木林地[1 709.80 t/(km~2·a)]有林地[1 389.40 t/(km~2·a)]天然牧草地[605.20 t/(km~2·a)]人工牧草地[334.71 t/(km~2·a)]水浇地[113.69 t/(km~2·a)]的趋势。[结论]土壤侵蚀强度总体以微度和轻度为主,强烈侵蚀、极强烈侵蚀、剧烈侵蚀主要分布在流域的中下游和下游;天山北坡西白杨沟流域侵蚀强度的空间分布与地形、土地利用、土壤性质联系紧密。     

黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形

退耕还林(草)工程的深入实施有效遏制了黄土高原水土流失,但以浅层滑坡和崩塌为主的重力侵蚀在黄土高原广泛分布,且已成为小流域侵蚀泥沙主要来源之一.为探究黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌的形态特征和发育临界地形,在陕西省安塞区纸坊沟小流域调查了 53处浅层滑坡和40处崩塌,记录其植被特征,同时进行无人机摄影测量.结果表明:浅层...     

极端降雨对晋西黄土区农地流域泥沙连通性的影响

[目的]研究极端降雨事件对小流域坡沟系统泥沙连通性的影响,进而为流域综合治理与灾后重建提供理论依据。[方法]以地处黄土残塬区的晋西吉县蔡家川农地小流域为研究区,采用无人机与遥感影像对2021年10月山西极端降雨事件前后坡沟系统进行航测与实地调查,分析极端降雨前后的景观格局变化,量化坡沟系统泥沙连通性,识别滑坡点位空间分布与地形特征,评价流域内典型工程措施对极端降雨的响应。[结果]农地流域此次降雨历时84 h,累计降雨量160.4 mm,降雨强度1.9 mm/h,降雨频率0.16%,为百年一遇的极端暴雨。暴雨后流域斑块数量增加,景观形状指数增大,蔓延度指数减小,香农多样性指数减小。暴雨前流域内泥沙连通性分布不均,暴雨后泥沙连通性增大。暴雨后滑坡位点泥沙连通性减小,滑坡多发生在0°～10°和40°～50°的条件下,所占比例分别为29.11%和17.74%。[结论]极端暴雨事件诱发的滑坡影响了泥沙连通性,根据泥沙连通性空间变化可识别水土流失位点,能够用于评估典型水土保持工程措施对极端降雨的响应,研究结果可为流域综合治理及极端降雨事件发生后开展生态恢复提供支撑。     

重庆缙云山森林火灾干扰边坡的滑坡易发期预测

为明确缙云山火灾后边坡的失稳机制并预测未来滑坡风险,该研究通过对火林地根-土体物理性质勘测和试验,借鉴森林砍伐与根系强度预测模型-SIDLE曲线模型预测了根系强度的衰减和恢复动态,并采用COMSOL模拟了未来40 a林地边坡在正常状态和极端降雨事件后的稳定性动态。结果表明：1）缙云山林缘边坡为约1.5 m厚的砂质壤土-砂质泥岩双层土坡结构,上下层渗透性和土体强度差异悬殊;2）林缘边坡在自然状态下处于稳定状态,潜在滑动面位于深层（稳定系数F_OS>2）;极端降雨条件下,潜在滑动面位于土层结构面上,该处易出现带状积水,正孔隙水压力约10 kPa,极端降雨后无根系状态临界F_OS为1.13,根系固土状态下临界F_OS为1.32;3）火灾发生后对自然状态下边坡深层稳定性影响较小,而极端降雨后边坡浅层稳定性随火灾后的年动态呈现快速降低而后缓慢恢复的趋势,期间F_OS谷值处便出现长达数年的浅层滑坡易发期。缙云山林缘边坡的失稳机制为降雨过程中土层界面处正孔隙水压力积累弱化了有效应力。结合文献已有灌木根系数据和本区植物根系固土特性和土层特征,保守估计该次火灾发生后6～9 a为滑坡易发期, F_OS为1.22～1.32,至少18～24 a后才可完全恢复至火灾前的稳定条件。研究结果有助于了解区域浅层滑坡形成机制,为火后森林恢复和边坡风险评估提供初步参考。     

降雨入渗作用下秭归向斜核部南段斜坡稳定性评价

[目的]开展降雨条件下湖北省秭归县向斜核部斜坡稳定性评价研究,为政府部门减灾防灾工程提供科学支持,为滑坡灾害的预测和管理提供科学依据。[方法]以耦合了地下水动力学的TRIGRS无限斜坡稳定性计算模型为基础,详细介绍了斜坡稳定性评价的数据处理过程以及参数选取方法。[结果]发生斜坡失稳的区域多位于松散土体中等厚—较厚,地形坡度中等的区域,尤其是土层厚度在7—10m,地形坡度在20°~30°范围内为斜坡失稳高发区。[结论]在土层厚度和地形地貌的双重控制下,短历时强降雨入渗作用导致孔隙水压力增大,这些区域的斜坡土体极易发生滑动,为滑坡危险性较高的多发区域。斜坡稳定性评价结果和滑坡实际分布吻合程度较高,在一定程度上反映出降雨诱发滑坡空间分布关系和分布规律。     

黄土丘陵区植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响

基于定西市安家沟流域2014―2016年连续3年侵蚀性降雨产流产沙资料,研究了植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明,侵蚀性降雨可分为3类:A雨型(短历时、中高雨强)、B雨型(中雨量、小雨强)和C雨型(大雨量、小雨强),产流产沙频次为B雨型C雨型A雨型。径流系数油松林(6.915%～9.379%)、小麦地(5.838%～9.034%)和苜蓿地(6.610%～9.671%)分别是冰草地(2.724%～5.246%)的1.7～2.5倍,是沙棘林(2.296%～3.863%)的2～3倍。A雨型的径流系数大于B雨型和C雨型,B雨型和C雨型是产流的主要降雨类型。年均土壤流失量为小麦地(1.478～3.478 t/hm~2)苜蓿地(0.558～2.079 t/hm~2)油松林(0.459～0.887 t/hm~2)冰草地(0.097～0.253 t/hm~2)沙棘林(0.012～0.038 t/hm~2)。小麦地的土壤流失量分别是油松林的3～5倍,是冰草地的14倍,在坡度10°,15°,20°年均土壤流失量分别是沙棘林的123,130,92倍。C雨型对油松林产沙量的贡献率最大,B雨型次之,A雨型最小。A雨型对沙棘林产沙量的贡献率高达79%～86%,高强度、短历时降雨是沙棘林产沙的主要雨型。A雨型对小麦地和苜蓿地产沙量贡献率随着坡度的增大而增大,在坡度20°中、高雨强是小麦地和苜蓿地产沙量增加的主要雨型。小麦地、苜蓿地、油松林、冰草地的径流深与土壤流失量之间呈极显著线性正相关关系(P0.01),土壤流失量的增速为小麦地苜蓿地油松林冰草地,随着坡度的增大产沙速度加快。研究结果可为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论依据,同时对科学指导坡面水土保持措施配置有重要的实践意义。     

极端暴雨下小流域洪峰对植被和梯田的响应——以山东临朐台风“利奇马”暴雨为例

全球气候变化背景下,极端暴雨事件出现频率增加,研究小流域洪峰形成机理对暴雨洪水预测与防灾减灾具有重要意义。基于2019年9号台风"利奇马"在山东省潍坊市临朐县造成的特大暴雨事件,选取暴雨中心附近的17个小流域,综合应用野外调查、遥感解译等方法,研究了小流域洪峰强度和敏感性对植被和梯田的响应特征。结果表明:该暴雨事件中,小流域洪峰流量为2.36～56.50 m~3/s,洪峰模数为8.00～48.89 m~3/(s·km~2),洪水指数介于3.61～4.55。在相似降雨条件下,洪峰模数、洪水指数与坡耕地比例呈显著的正相关关系(p0.05),洪峰模数与林草地和梯田比例呈显著的负相关关系(p0.05),洪水指数与林草地和梯田比例呈一定的负相关关系。植被和梯田对洪峰影响的有效性随着次降雨量的增大,呈现先增加后降低的非线性特征;在极端暴雨条件下,调查流域对洪水的敏感性属于"Average"水平;增加林草地、梯田等土地类型的面积可提高小流域对极端暴雨的应对能力。