胶东半岛丘陵区冲沟分形特征及其影响因素研究

以胶东半岛丘陵区7个集水区为研究对象,采用SA模型提取研究区冲沟系统,测算各集水区冲沟沟长盒维数,分析沟长分形特征及其与地形参数和土地利用类型间的关系,厘定研究区内冲沟发育演化的特征及规律。结果表明:(1)东部构造活动性强的隆起区分维值明显高于西部构造活动性弱的沉积凹陷区,沟长分形特征主要受区域地质构造控制。(2)沟长分维数与平均坡度、地表粗糙度、剖面曲率、沟壑密度和沟头密度等地形参数之间相关性显著,而与集水区面积和沟长没有相关性。(3)沟头密度、沟壑密度与沟长分维数间具有极显著正相关性,相关系数分别为0.982 4,0.975 3,是表征沟谷分形特征的重要参数,可作为估算区域沟谷分形特征和分形维数的简单指标。(4)沟长分维数与集水区内林草地比存在较显著正相关性,与丘陵旱地比具有较显著的负相关性,相关系数分别为0.893和-0.919 8,表明冲沟展布形态特征同地质构造控制下的大的地貌轮廓关系密切,与人类改造地表形成的微地貌关系不大。     

陕北黄土区SRTMDEM精度对不同地形因子的响应

以陕北黄土沟壑区域作为研究区,以1弧秒SRTM DEM数据作为研究对象,以ICESat/GLAS的GLA14高程数据作为高程参考数据,利用地理探测器的空间分异性研究方法,来研究高程、坡度、坡向、总曲率、剖面曲率以及平面曲率等地形因子对SRTM DEM数据精度的影响,并结合其影响研究了地表粗糙度与SRTM DEM精度之间的相关关系。结果表明:源数据SRTM DEM在研究区范围内系统误差为(0.470±9.520) m,精度为9.531 m。单地形因子对SRTM DEM精度的影响要比不同因子两两综合的影响小,其中坡度因子和曲率因子对精度的影响程度较大,高程、坡向因子对精度的影响程度较小。分形维数较常见的几种地形因子对数据精度的影响程度更大,分形维数与数据中误差呈现二次多项式的关系,并且随着分形维数的增加,SRTM DEM中误差逐渐增大,增长率逐渐减小,直到峰值。     

基于GPS不同测量间距的DEM地形信息提取沟蚀参数对比

GPS技术正在成为一种快速高效研究沟蚀发生演变的手段。但由于GPS测量间距的影响，从建立的不同尺度DEM上获取的地形信息存在很大的不确定性，影响沟蚀研究的准确性。本文以长江上游西昌地区马家松坡小流域作为试验样区，利用RTK—GPS技术，按测量间距3，5，10m和20m等4种空间尺度对小流域的地形进行测量，基于ArcGIS 8．2地理信息系统软件，建立相关尺度的栅格DEM，提取地面坡度、剖面曲率以及沟壑密度等地形信息。研究结果表明，随着测量间距的增加，从DEM上提取地面平均坡度、平均剖面曲率和沟壑密度均呈显著线性递减趋势，5m的测量间距是长江上游地区描述地形的理想尺度，可以满足研究冲沟和切沟的需要，而3m及3m以下的测量间距适用于细沟、浅沟的研究需要。我们的研究结果对应用GPS技术，实现高精度快速确定地表沟蚀过程方面具有重要意义。     

基于GIS的不同精度DEM提取地形指标误差分析——以盐池县南部山区为例

以1∶5万和1∶10万地形图制作的DEM为研究对象,分别提取地面坡度及坡向、地表粗糙度、沟壑密度、坡长5种地形指标,并进行对比分析。实验样区为盐池县南部山区,基本技术平台为ARC/INFO地理信息系统软件。研究结果表明,两种精度DEM在提取地面坡度与地表粗糙度不同程度存在着误差,提取沟壑密度与坡长存在误差较小。提出了运用地理信息系统软件结合DEM提取沟壑密度与坡长的方法。研究成果对于DEM精度估算与误差纠正有一定的指导意义。     

东北漫川漫岗区侵蚀沟发育特征研究

东北漫川漫岗区位于黑土区核心位置,侵蚀沟发育严重。利用3S获取侵蚀沟数量、长度等数据,计算降雨侵蚀力、坡度、坡长,分析侵蚀沟发育特征及三因素对侵蚀沟发育影响。结果表明:东北漫川漫岗区75.11%的发展沟处于发育初、中期,潜在发育危险性较大,沟蚀剧烈程度地域性差异显著,研究区南、北部沟壑密度分别为0.3,0.06km/km2;地形、冻融历时、温差等差异造成降雨侵蚀力对北部侵蚀沟发育影响显著,南部相对较弱;研究区坡度与坡长呈正相关关系,北部坡缓造成坡度与沟壑密度呈线性增加关系,南部坡陡造成坡度与沟壑密度呈线性减小关系,北部、南部地形因子与沟壑密度分别呈线性增加、减小关系,随着坡长的增加,沟壑密度先增加后减小,临界坡长为900m。     

东北丘陵区沟蚀发展现状及影响因素分析

选取第一次全国水利普查土壤水蚀普查中吉林省梅河口市6个野外调查单元作为典型研究区,采用野外实地调查与地理信息技术相结合的方法,对东北低山丘陵区坡耕地沟蚀发展现状及影响因素进行调查分析。结果表明:(1)研究区6个调查单元总面积为142.9 hm2,侵蚀沟数量共93条,沟长共5 476 m,沟壑密度3.83 km km-2,总侵蚀量为4 575 m3。其中切沟沟长占总沟长的61.03%,侵蚀量占总侵蚀量的92.35%。(2)研究区沟蚀发展现状严峻,其中小杨乡、红梅镇、双兴乡和一座营镇沟蚀强度为剧烈,沟道密度分别为7.12、4.63、5.55和4.25 km km-2。牛心顶镇和海龙镇沟蚀强度分别为强烈和中度。(3)坡度是研究区坡耕地沟蚀发育发展的重要因子,与沟壑密度存在较强线性相关,相关系数为0.71(p0.05),在坡度大于8°时沟壑密度最大。(4)沟壑密度随坡长的增大而先增大后减小,在坡长200～299 m内最大,超过500 m后逐渐降低。(5)沟壑密度与流域长宽比具有较强的相关性,相关系数为0.83(p0.05),沟壑密度随流域长宽比的增大而减少。     

基于GIS的黄土高塬沟壑区砚瓦川流域地形特征提取与分析

以GIS技术为依托,研究了典型高塬沟壑区砚瓦川流域的地形分布特征.以1:5万地形图作为信息源,矢量化等高线,并用Hutchinson方法建立DEM(ANUDEM).从DEM中提取了坡度、剖面曲率和坡长三个地形因子,并对其特征进行了分析,同时与丘陵沟壑区相应地形因子特征进行了对比.结果显示:流域50%的面积坡度在9°以下、剖面曲率小于7,这反映出高塬沟壑区地面比较平坦的地形特点.坡长分布主要集中在10～150 m,其中10 m坡长分布最广.这些地形特征信息为砚瓦川流域及同类地区的生态建设与农业生产提供了有力的技术和基础数据支撑.     

渭北旱塬小流域土地利用空间分布与地形因子的关系——以陕西省淳化县秦庄沟流域为例

以渭北旱塬秦庄沟流域为例,以土地利用现状为基础数据,结合ArcGIS技术,对地形因子数据和土地利用数据进行了叠加并提取,采用地形分布指数(LDI)分析了土地利用空间分布与地形因子的关系。研究结果表明,不同地类空间分布与地形因子坡度、高程、沟壑密度存在密切关系,并呈现一定的规律性。耕地优势分布主要在海拔900~1 100m,坡度为5°~25°,沟壑密度为0~4km/km2的区域;在海拔800~1 200m,坡度为0°~15°,沟壑密度为0~2km/km2和4~6km/km2的区域是园地优势分布区;林地优势区主要在海拔1 100~1 250m,坡度为15°~25°和25°,沟壑密度为2~6km/km2的区域;裸地的优势区在海拔800~1 000m和1 100~1 200m,坡度为25°,沟壑密度为4~8km/km2的区域;居民点用地优势区在海拔900~1 000m,坡度为0°~5°,沟壑密度为0~2km/km2的区域。     

流域地貌形态多尺度三维分形量化及尺度效应——以砒砂岩区二老虎沟为例

流域地貌形态的科学量化是地貌学研究和区域尺度土壤侵蚀模型研究中的热点问题之一。针对目前地貌形态分形量化模型中存在的地形模拟方法和模型结构不合理问题,基于GIS技术和分形理论改进了地貌形态分形量化模型,并使用无人机高分辨率DEM数据对砒砂岩区二老虎沟流域进行了多尺度地貌形态量化,进而研究了该区地貌形态三维分形量化的尺度效应。研究发现:(1)随着尺度的降低,该区三维分形维数呈线性降低趋势,即地形复杂度呈线性降低趋势;(2)砒砂岩区二老虎沟流域在10m尺度地形复杂度已大大降低;(3)根据多指标量化结果分析,地貌形态量化指标分为两类:地形复杂度指标和地形起伏度指标,前者具有明显的尺度效应,后者尺度效应不明显。     

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。     

基于无人机航摄的坡形对浅沟发育的影响

为探究坡形对浅沟发育的影响,以陕西省靖边县狼儿子沟无人机航摄影像为基础数据,通过目视解译得到浅沟（指瓦背状地形底部）225条,统计了浅沟条数、浅沟长度、沟头到分水岭的距离及浅沟密度等指标。利用浅沟地形分水线上的高程点进行插值得到原始坡面数字高程模型（digital elevation model,DEM）,以此DEM提取地形曲率以表征坡形,进而分析坡形与浅沟指标的关系。结果表明：（1）以浅沟地形分水线上的高程点插值后的DEM对浅沟进行了综合,能较好地表达浅沟发育之前原始坡面的地形特征。（2）从单一坡形来看,横向凹形坡的浅沟密度最大,纵向凹形坡的浅沟沟头到分水岭的平均距离最大;纵向凸形坡的浅沟条数以及浅沟平均长度均最大;从组合坡形来看,双凸形坡和凸凹形坡上的浅沟平均长度与沟头到分水岭的平均距离均大于双凸形坡和凹凸形坡。双凹形坡的浅沟长度与双凸形坡和凸凹形坡的浅沟长度具有显著性差异（p<0.05）;凹凸形坡的浅沟长度与双凸形坡和凸凹形坡的浅沟长度具有显著性差异（p<0.05）。凹凸形坡的浅沟沟头到分水岭的距离与凸凹形坡的浅沟沟头到分水岭的距离具有显著性差异（p<0.1）。（3）不同形态坡面浅沟发育的地形曲率分布特征具有明显差异。     

晋西黄土区蔡家川小流域切沟的空间分布及形态特征

为了掌握切沟的空间分布及发育特点,实现小流域综合治理中切沟治理措施的精准对位配置,该研究以晋西黄土区吉县蔡家川小流域为对象,利用Quickbird影像和数字高程模型（DEM）对流域内370条切沟的形态特征和空间分布进行了提取和解译,并对其中40条切沟进行实地调查验证,采用核密度指标探讨切沟在小流域内的空间分布特征,分析坡度、坡向、高程等地形因子对切沟空间分异特征的影响。结果表明：1）蔡家川小流域内农地、果园的主要分布区（东北部和东南部）是切沟的高聚集区,而在人工林为主的中上游区属于中密集区;2）切沟数量、密度、频度和规模均随坡度增加呈现先增大后减小的趋势,坡度阈值为25°。 5°～25°的坡面切沟广泛发育,数量占研究区的71.5%,密度、频度也远高于其他坡度的坡面;3）切沟密度和频度的坡向分异与流域走向有关。切沟密度北坡最大（3.03 km/km2）,东坡最小（0.86 km/km2）,切沟频度西北坡最大（12.7条/km2）,东坡最小（6.1条/ km2）。南北向的切沟规模明显大于东西向;4）切沟数量、密度、频度随海拔增加呈现先增大后减小的趋势,在海拔为1 000～1 200 m的坡面上切沟数量占77%,海拔为1 100～1 200 m的坡面上切沟密度最大（2.17 km/km2）,海拔为1 000～1 100 m的坡面上切沟频度最高（15.5条/ km2）。随海拔升高切沟逐渐向大型化发展,沟道越发平缓,下切侵蚀逐渐减弱。研究结果可揭示流域切沟发育的重点地形以及在地形上的共性特点,为黄土区小流域切沟治理提供依据,可为科学认知切沟空间分布提供参考。     

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...     

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。     

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。     

切沟形态特征无人机倾斜摄影测量

切沟是坡面土壤侵蚀最剧烈表现形式，其形态特征刻画的精确性与适用性，对切沟的调查、研究与防治具有重大意义。该研究选取黄土丘陵区小流域4个地点10条切沟共82个断面，利用地面测量验证携带多频全球导航卫星系统且内置实时差分定位技术（Global Navigation Satellite System and Real-Time Kinematic，GNSS RTK）的无人机倾斜摄影测量提取的沟长、沟宽、沟深指标的精确性并建立体积估算模型探讨沟长的测定方法。结果表明：1）与地面测量相比，沟长、沟宽的偏离度（Deviation Extent，DE）均值不大于3.70%，精度较高；沟深的DE均值不小于25.49%，误差较高。2）切沟体积与沟长之间有显著的幂函数关系，沟长选取沟头至沟口的最大汇水线长度时拟合效果最好，沟道中心线长度次之，直线长度拟合效果最差。因此，在黄土高原丘陵沟壑区，运用无人机倾斜摄影测量方法测量切沟沟长、沟宽指标具有高度可行性，在精度要求较高的沟深测量方面的应用还有一定的局限性。此外，由于野外测量的局限性，直线长度较最大汇水线长度的测量更简单便捷，当坡度小于18.2°时，测量直线距离作为切沟沟长可行。     

基于分形信息维数的流域地貌形态与侵蚀产沙关系

流域地貌形态的科学准确量化是建立具有广泛适用性的流域尺度土壤侵蚀预报模型的关键科学问题之一，分形理论的提出为流域地貌形态特征的定量描述开辟了新的思路。本文基于分形理论，利用GIS技术和多元回归统计方法，以黄土高原丘陵沟壑区第一副区的岔巴沟流域为例，对该流域以分形信息维数为量化指标的流域地貌形态与降雨侵蚀产沙耦合关系进行了初步探讨。研究表明，引入地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域降雨侵蚀产沙与地貌形态耦合关系模型可将岔巴沟各支流域差异明显的水沙关系简化为统一的数学表达，消除了由于地貌形态等下垫面因素导致的空间变异性；基于该耦合关系模型的西庄和蛇家沟流域次降雨输沙模数预测值和观测值相对误差较小、总体吻合较好；将地貌形态分形信息维数作为流域土壤侵蚀预报模型中地貌形态因子量化指标不仅可行，而且可靠。     

黄土高原丘陵沟壑区临界地貌侵蚀产沙特征

深入研究流域临界地貌形态对侵蚀产沙的作用机制至关重要,也是建立流域侵蚀产沙预测模型的关键所在。该研究以黄土高原丘陵沟壑区岔巴沟为研究对象,开展了流域次降雨侵蚀产沙的BP人工神经网络(back propagation artificial neutral network,BPANN)模型与多重线性回归(multiple linear regression,MLR)模型比较研究,定量分析了流域侵蚀产沙的敏感因子及影响程度,并使用分形信息维数临界值和相对应的变量建立临界地貌侵蚀产沙预测模型,阐明临界地貌侵蚀产沙特征。结果表明,在侵蚀产沙模数预测方面,BPANN模型较MLR模型具有更好预测性能,能够有效表征综合条件下侵蚀产沙的动态变化过程。径流深和径流侵蚀功率对侵蚀产沙以及水文响应的影响程度受地貌形态因素制约。当分形信息维数大于地貌临界值时,采用径流侵蚀功率的预测精度高于径流深;相反,分形信息维数小于地貌临界值时,采用径流深的预测精度高于径流侵蚀功率。以分形信息维数为界,分别引入径流深或径流侵蚀功率所建立的临界地貌侵蚀产沙预测模型,具有较高的预测精度,具有一定的可行性、可靠性和普适性。