基于CORS-RTK结合GIS的崩岗侵蚀调查方法及应用

以湖北省通城县杨垄小流域为研究对象,采用CORS-RTK技术对流域内崩岗进行野外实地测量,将测量得到的数据用Arc GIS软件处理,结合GIS空间分析,获取杨垄小流域崩岗的分布,以及崩壁高度、主沟长度、坡度、坡向等崩岗要素。研究结果表明,CORS-RTK结合GIS的调查方法具有精度高、结果形象化等优点,可为崩岗侵蚀调查提供参考。     

基于主成分-聚类分析的崩岗侵蚀强度评价

为了研究湖北省通城县杨垄小流域崩岗群的崩岗侵蚀强度,提高评估的可靠性,使用RTK测量崩岗,获取崩岗面积、主沟坡降、内部平均坡度等11个参数,将其作为崩岗侵蚀强度分析的评价因子,通过主成分分析提取了崩岗侵蚀强度参数的4个主成分因子,得出选择的16个崩岗侵蚀强度。结果表明:杨垄小流域不同崩岗侵蚀强度分为3类:2号,5号,10号,11号为高度侵蚀;8号,15号,16号为中度侵蚀;其余为轻度侵蚀;小流域的中高度侵蚀型崩岗面积占崩岗群总面积的2/3以上,侵蚀面积较大。依据分类结果,可针对不同崩岗存在的风险因素制定对应的风险控制方案和措施,有利于崩岗的防治。     

基于三维激光扫描的崩岗侵蚀的时空分析

崩岗侵蚀过程及其侵蚀量的精准量化分析,是研究崩岗发育机理及其发展演化的基础,也是测算崩岗流域产沙输沙的前提,对崩岗预防和治理以及水土保持和生态建设具有理论和现实意义。本研究应用三维激光扫描技术,大致以半年为周期,在6次定位监测基础上,以广东五华县莲塘岗崩岗为例,对崩岗侵蚀过程进行了定量分析。研究表明,莲塘岗崩岗年平均侵蚀量为833 m3,其中雨季平均侵蚀量为499 m3,干季平均侵蚀量为291 m3,侵蚀模数高达222 408 t/(km2·a)。24 h降雨量大于等于50 mm的暴雨、特别是大于等于100 mm的大暴雨对崩岗侵蚀影响很大,暴雨总量与崩岗侵蚀量具有正相关关系。崩壁之下的崩积锥部位侵蚀量最大,占总侵蚀量的55.6%。40°~60°坡面的侵蚀量最大,占总侵蚀量的49%。最大侵蚀强度(单位面积侵蚀量)位于50°~60°和70°~80°的两个坡度区间。最为剧烈的侵蚀区为主沟与支沟两侧及沟头部位,侵蚀深度均大于1 m,最大深度可达2.5 m。前3个监测周期,沟道以快速下切、侧蚀和溯源侵蚀为主,兼有小规模崩塌;后2个监测周期,以重力崩塌为主,沟道侵蚀减弱。崩岗地形变化导致其水力与重力作用交替进行,使崩岗侵蚀呈现出波动式变化。     

流域侵蚀强度空间分异及动态变化模拟研究

流域侵蚀强度空间分异是小流域泥沙来源研究的重要内容之一。该文以小流域模型模拟试验为基础，利用人工模拟降雨、近景摄影测量和GIS技术，对流域模型不同空间部位的侵蚀强度及其随流域所处发育阶段的动态变化进行了研究。研究结果表明：依据次降雨相对侵蚀模数REM将历经25场模拟降雨的小流域模型发育过程划分为初期时段、活跃时段和稳定时段。沟谷侵蚀强度在整个流域模型发育过程中一直大于坡面；在流域发育初期时段至活跃时段前期，主沟侵蚀强度大于支沟，流域下部侵蚀强度大于中部和上部；在流域发育活跃时段后期，主沟侵蚀强度低于支沟，流域中部和下部侵蚀强度快速增长并达到峰值；在稳定期时段，主沟和支沟侵蚀强度变化趋于同步，流域上部的侵蚀强度高于中部和下部。流域侵蚀强度的时空分布特征对于小流域水土流失综合治理具有科学指导意义。     

黄土沟道重力侵蚀地貌因素分析

地貌是黄土沟道中重力侵蚀发生的重要条件。基于对黄土沟壑区桥沟小流域的实地观测和DEM数据,从沟道侵蚀的垂直分带性、沟道地貌发育的阶段性、坡面坡度分布等方面分析了流域地貌因素对重力侵蚀的影响。研究表明,桥沟流域存在<20°、20°～32°、32°～42°、>42°四个类型的坡面,其中30°左右是梁峁坡的临界坡面,40°左右是坡积物堆积坡的临界坡面,42°以上可以作为沟坡的判定界限。对不同坡度坡面水流输沙能力进行对比,可以估算出桥沟流域典型坡面重力侵蚀产沙量占总产沙量的42%左右。     

崩岗侵蚀地貌分布的海拔高程与坡向选择性

崩岗侵蚀地貌在华南地区广泛分布,近年的崩岗普查为科学研究提供了详实的资料。根据统计结果,重新认识了早期提出的崩岗侵蚀地貌的分布具有海拔高程和坡向选择性的特点。通过对几个典型崩岗发育区资料的分析表明,人类生产活动的高程范围影响着崩岗的发育和分布,崩岗分布的地形相对高差研究较海拔高程研究更具现实意义。以推理方式质疑已有崩岗侵蚀地貌分布坡向性选择的成因解释,并提出可能是由于统计盲点而导致的表象性误差。分析结果表明,太阳辐射—崩岗发育的推论有其限制条件,应将人类生产活动作为崩岗侵蚀地貌发育新的驱动力给予充分认识。     

兴宁县石马河流域土壤侵蚀类型

本文通过定点观测研究,根据侵蚀力类型与地貌形态,将该地土壤侵蚀划分为:面状侵蚀、沟状侵蚀和崩岗侵蚀。一、面状侵蚀为:由雨滴打击地面、紊动地面径流产生的击溅侵蚀。由于地形和植物等的影响。片蚀实以细沟状侵蚀为主,并通过水量平衡方程、植被和产沙关系,对径流小区水量平衡,植被对片蚀的影响,小区产流、产沙状况作了探讨。二、沟状侵蚀为坡面和崩岗壁面集流作用的结果。三、流水和重力共同作用产生崩岗侵蚀。本文对崩岗侵蚀中面状流水作用区,重力-流水作用区,流水搬运-沉积区的发育过程,以及泥沙冲淤变化作了分析论述。     

龛沟是崩岗早期发育的形态标志

为探究我国南方花岗岩红壤地区崩岗的起始标志和发育阶段。在湖北省通城县和广西岑溪市2个典型崩岗区调查崩岗的发育过程。结果表明,2个调查区都存在一种细沟发育而来的龛状浅沟,将其命名为龛沟。龛沟具有3个特征：上游有明显细沟,沟壁陡峭且具有上窄下宽的宽深梯形形态。龛沟主要发生在砂土层裸露、具有一定汇水面积和局地坡度>30°的裸露坡面。龛沟是一种特殊形态的浅沟,其定义、形态和侵蚀营力都不同于常规浅沟、切沟和Amphitheatershaped canyons等沟蚀地貌。龛沟是沟道侵蚀从水力侵蚀为主变为水力和重力复合侵蚀的过程,是崩岗起始发育的启动标志,其发生原因与花岗岩红壤上红（黏）下砂的土层结构有关。以龛沟出现为标志,将崩岗的发育阶段重新划分为早期准备阶段、初期启动阶段、中期发展阶段和后期成熟阶段。龛沟的特点和研究区的崩岗治理效果表明,削坡开级的治理方式不适合在红土层较薄的花岗岩红壤地区使用。龛沟的发现将推进对崩岗早期发育的研究,并为崩岗的预防和治理提供新的理论依据。     

坡度和流量对崩积体坡面细沟水流输沙能力的影响

为探究坡度及流量对崩岗崩积体土壤坡面细沟侵蚀输沙能力的影响,精确计算细沟水流输沙能力,建立坡面细沟输沙能力因子模型,以崩岗崩积体土壤为研究对象,进行室内水槽模拟试验研究。结果表明:(1)不同流量条件下,坡面细沟输沙能力随坡度的增大而增大,且增幅随坡度的增加而增大,可用一元线性方程表示;(2)不同坡度条件下,坡面细沟输沙能力随着流量的增大而增大,可用幂函数表示;(3)崩岗崩积体坡面细沟输沙能力因子模型为二元幂函数方程,其中流量(q)和坡度(S)的指数分别为1.054和0.617,流量对细沟输沙能力的影响大于坡度;(4)通过模型对比发现,Wu模型、ANSWERS模型及Zhang模型方程都无法很好地预测崩岗崩积体坡面细沟输沙能力。     

崩岗地貌侵蚀过程三维立体监测研究——以广东五华县莲塘岗崩岗为例

2011-2013年,大致以半年为周期,利用Leica ScanStation 2三维激光扫描仪对广东五华县莲塘岗崩岗进行6次野外定位监测,运用ArcGIS软件对6次监测数据进行对比分析,阐明崩岗流域侵蚀产沙的时空变化,提供精细化研究成果。研究结果表明,莲塘岗崩岗年平均侵蚀模数高达222 408t/(km2·a),主要侵蚀区位于海拔111~131m的崩积锥分布区,占侵蚀总量的55.6%,且崩岗中、下部位侵蚀强度高于崩岗上部。崩岗侵蚀量随崩岗表面坡度变化呈现正态分布的特征,侵蚀量最大值位于崩岗40°~50°的坡面部位。单位面积的崩岗侵蚀量大致随崩岗表面坡度的增大而加大,表明崩岗流域内坡度越大,侵蚀越强烈。在6次5个监测周期内,崩岗侵蚀方式具有明显变化,沟道发育是崩岗侵蚀发生的主要触发因素之一。前3个监测周期中,崩岗以沟道快速下切、侧蚀和溯源侵蚀为主,兼有小规模崩塌;后2个监测周期中,崩岗以重力侵蚀为主,侵蚀量先减少后增大。莲塘岗崩岗目前正处于壮年期阶段,地形是崩岗发育的主要影响因素。地形因素导致崩岗水力侵蚀与重力侵蚀交替进行,两者共同作用使得崩岗侵蚀发展过程呈现出螺旋式上升的演化模式。     

Effect of joint structure and slope direction on the development of collapsing gully in tuffaceous sandstone area in South China

This study focuses on the collapsing gullies in tuffaceous sandstone area and investigates the slope direction and morphological characteristics of the main and branch gullies. Furthermore, we assess the structural characteristics of the rock joints within this area, including their strike, dip direction and dip angle. The results show that there are 405 collapsing gullies in the study area. The slope directions associated with collapsing gullies and the directions of the main gullies largely fall within the ranges of NE20°-NE90°, SE90°-SE160°, SW240°-SW270°, and NW270°-NW290°. The collapsing gullies include 1103 branch gullies in total, most of which have directions that fall within the ranges of NE20°-NE40°, NE50°-NE70°, NW280°-NW300°, and NW330°-NW350°. The joints in the bedrock are directional and regional, and they can be divided into two main groups. The number of southward dip directions is greater than the number of northward dip directions, and most of the measured dip angles are greater than 60°. The mean dip angle is greatest for joints with measured strike values of NW280°-NW290°, with a value of 85.2°. The development of collapse gullies is affected by both the slope direction and joints. The slope direction determines the direction of the main gullies, with a correlation coefficient of 0.809 (P<0.01). The branch gullies are mainly affected by joints, with a correlation coefficient of 0.876 (P<0.01). The joint structure also influences the degree of development of the collapsing gullies, and the average depth of the gullies that parallel the dominant joint orientation is significantly larger than that of gullies with other directions. Moreover, the average depth of the gullies associated with the dip angle of 85.2° measured relative to the joint strike is 6.89 m, which is significantly greater than that associated with lower dip angles. The dip angles of joints have an important effect on the infiltration of water, and high dip angles accelerate the erosion associated with collapsing gullies.     

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。     

典型黑土区村级尺度侵蚀沟演变

侵蚀沟的演变是东北水土流失过程的重要方面.利用1968和2009年亚米级遥感影像,获取典型黑土区村级尺度的侵蚀沟分布、耕地垄向和土地利用数据,基于1∶1万地形图获取等高线、坡度、坡长和垄向坡度数据,在地理信息系统和遥感技术的支持下,分析典型黑土区41 a村级尺度侵蚀沟的动态变化及其影响因素.结果表明:1)41 a间,典型黑土区侵蚀沟密度有明显增加的趋势,基于分辨率为亚米级遥感影像解译的侵蚀沟密度较以往研究结果大幅增加;2)自然坡度0.25°～1.5°范围内为该区域侵蚀沟密度变化最大的区域,8°以上区域由于实施退耕还林措施,侵蚀沟密度降低;3)300～500 m坡长区域侵蚀沟密度出现极值;4)由于实施改垄措施,41 a后垄向坡度在0～0.25°范围内耕地面积增加,大于0.25°范围内耕地面积均减少.     

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。     

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:浅层滑坡的规模通常大于崩塌,且形态变化范围更大;浅层滑坡长度、宽度、周长和面积与沟壑密度呈显著负相关(P<0.01),与距离沟道远近呈显著正相关(P<0.01),崩塌的形态特征与沟壑密度和距离沟道远近的相关性较弱;浅层滑坡和崩塌均较为集中地分布在坡度和地形湿度指数适中(30°~55°和0.50~2.00)、径流流路比降和径流流路长度较小(60.0%~120.0%和0~15.00 m)的区域,而在坡度和径流流路比降较大(>55°和>120.0%)、地形湿度指数和径流流路长度较小(<0.50和<15.00 m)的区域,崩塌较为发育;反之,在坡度和径流流路比降较小(<30°和<120.0%)、地 形湿度指数和径流流路长度较大(>2.00和>15.00 m)的区域,浅层滑坡较为发育;灌木坡面浅层滑坡和崩塌主要发生的坡向范围是0~180°,草本坡面浅层滑坡主要发生的坡向范围是0~90°和270°~360°。研究结果对于理解浅层滑坡和崩塌的发生过程和临界地形条件、估算小流域产沙量和控制侵蚀具有重要意义。     

东北漫岗黑土区防护林带分布对浅沟侵蚀的影响

东北漫岗黑土区坡耕地浅沟侵蚀非常严重,防护林带体系作为坡耕地的重要组成部分,势必会对浅沟侵蚀过程产生影响。本文以漫岗黑土区黑龙江鹤山农场典型小流域为研究对象,基于Quickbird高精度遥感影像和数字高程模型,结合实地调查结果,对小流域内防护林带的分布规律和浅沟侵蚀规律进行了分析,并探讨了防护林带布局对坡面浅沟侵蚀的影响。结果表明:在横坡耕作的坡面上,临界汇水区范围内林带的个数与临界坡长、临界汇水面积呈显著正相关,即增加林带个数、减小林带间距可以增大临界坡长和临界汇水面积,而研究区防护林带间距过大,大于该区浅沟发生的临界坡长,并且防护林带间断有利于浅沟的发育;同时,坡耕地垄向由于受到防护林带影响而与其走向一致,使垄沟笔直穿过低洼水线,形成局部顺坡垄,间接诱发浅沟侵蚀。因此,通过增加横坡耕作坡面上防护林带个数、缩小林带间距、加强林带的管护和更新,同时对不合理的防护林带进行必要的调整,才能有效防治坡面浅沟侵蚀。     

黄土丘陵沟壑区浅沟水流水动力学参数实验研究

浅沟侵蚀是黄土丘陵沟壑区重要的侵蚀类型，浅沟水流的水动力学参数研究是建立浅沟侵蚀物理模型或概念模型的基础。以黄土丘陵沟壑区延安市燕儿沟小流域的坡地为对象，通过野外放水冲刷实验，对浅沟水流的水动力学参数变化特征进行研究。结果表明：浅沟水流属于紊流范围，大多数情况下是急流；在坡度18°左右时，携沙水流的流速最小，阻力最大，此时水流的能量分配在侵蚀与携沙之间达到平衡；浅沟水流在坡度26°左右时流速达到最大，水流功率达到最大，最利于浅沟侵蚀的发生和发展。研究结果可为黄土区浅沟侵蚀物理模型的建立提供理论支撑。     

我国东南部花岗岩古地貌与现代侵蚀关系的研究——以湖南衡山为例

 研究中国东南部花岗岩侵蚀地貌与水土流失的关系,以期为本区农业和环境持续发展提供参考。通过分析衡山花岗岩古地貌坡形、坡向和物质构成对现代侵蚀的影响,发现:古代侵蚀地貌是现代侵蚀产生和发展的基础;在人类干扰较少时,现代侵蚀应为正常侵蚀,而在植被受到破坏时,就有可能产生加速侵蚀。同时,现代侵蚀又是对地貌的重新塑造过程,现代侵蚀与石蛋地貌、沟壑崩岗地貌、坡谷地貌的形成与发育,存在密切关系。单一的人工植被,在一定程度上减缓土壤侵蚀,稳定地貌发育,但与自然形成的草、灌、乔混交林相比,相差甚远。     

黄土区不同地貌部位径流泥沙空间分布试验研究

黄土丘陵区侵蚀泥沙的来源以及坡沟侵蚀产沙关系等一直是研究的热点难点之一，也是争论较多的问题。在梁峁坡到谷坡的坡沟系统中，不同地貌部位有对应的侵蚀形式出现。该文采用多坡段组合模型，运用人工模拟降雨试验方法，研究了黄土区坡面各垂直侵蚀带径流泥沙的空间分布特征及上坡来水来沙的加速侵蚀作用。结果表明：单位面积与时间产流量排列为谷坡＞梁峁坡下部＞梁峁坡中部＞梁峁坡上部。雨强0.5 mm/min时，没有沟蚀发育；1.0 mm/min时，细沟主要在梁峁坡下部；1.5 mm/min时，细沟伸展到梁峁坡上部，谷坡出现滑塌和崩塌等重力侵蚀现象。坡面径流量、产沙量随坡度、坡长、降雨强度变化成正比增长。上坡来水来沙使梁峁坡和谷坡产沙量大幅度增加。