ANUDEM—专业化数字高程模型插值算法及其特点

基于已有地形图的数字化方式,通过内插方法建立数字高程模型,是迄今为止最为成熟和简单易行的DEM建立方法。ANUDEM是利用等高线、高程点和河流等数据插值建立DEM的专业化软件。该软件的基本算法由插值、数据平滑、地形强化等组成。软件具有自动诊断数据错误,客观地确定适应于插值基础数据精度的分辨率等特点,用其建立的DEM能正确反映地面水文地貌特征。初步应用研究表明,ANUDEM可应用于黄土高原并建立水文地貌关系正确的DEM,其质量较现有基于TIN方法建立的DEM有明显提高,能更好地描述地面的起伏和水文地貌关系。     

东北黑土区土壤侵蚀模拟中的地形因子尺度分析

地形因子是土壤流失方程中坡度坡长两因子的乘积,用来表示土壤侵蚀中的地形效应,与研究区域的地形地貌特点密切相关。本文以黑龙江省克东县丰收小流域为例,利用1:5万和1:10万地形图建立数字高程模型(DEM),探讨了不同DEM分辨率和地形图比例尺变化所产生的地形因子的尺度效应。认为东北黑土区利用1:5万地形图计算地形因子时,20m格网大小是较理想的DEM分辨率;另外,在利用较小比例尺地形图建立的DEM计算地形因子时,汇水单元的划分不宜过细。     

黄土高原坡度转换图谱研究

选择代表黄土高原典型地貌类型的样区,应用地学信息图谱的理论和方法,探讨了坡度信息图谱的定义、表现形式及存在原因等。经过反复试验、分析和验证,找到一个具有较理想精度的适用于黄土高原不同地貌类型的坡度转换图谱。实现对基于1∶5万地形图25m空间分辨率的DEM提取的地面坡度统计值的误差纠正,以及不同空间尺度下的DEM地面坡度精度提取。     

基于DEM的延河流域水文特征提取与分析

基于DEM数据,依据地表径流漫流模拟算法,使用ArcGIS软件中的水文分析工具,提取与分析延河流域河网特征及相关信息,并与1∶25万地形图数字化水系进行分析比较。结果表明:集水面积阈值是决定河网提取精度的关键参数,阈值越大,提取河网越稀疏,反之则提取河网越密集;随着集水面积阈值的增大,河源数和河网密度、河流的级数、总河长等随之减少,但主河长变化不大;当阈值为5.51 km2时,提取河网与实际较吻合。因此,基于90m分辨率的DEM数据提取延河流域水系和子流域是切实可行的,可以作为数字流域建设与水资源管理的基础数据。     

DEM内插算法对区域坡长提取的影响分析——以陕北黄土丘陵区为例

利用陕北黄土丘陵区10m分辨率的高程数据,在Visual Studio平台下,实现双线性内插、反距离加权内插以及移动曲面拟合这三种DEM内插算法,进而对不同的内插DEM采用多流向算法实现坡长提取,最后对不同内插DEM提取的坡长进行空间结构分析、坡长精度分析、栅格坡长值的空间统计分析以及不同分辨率下(10m,25m,50m)不同内插算法坡长提取的比较分析。分析结果表明:(1)移动曲面拟合内插DEM生成的栅格坡长表面可正确表达各层级径流线信息,并具有与原始DEM以及坡度图相同的空间结构特征即表面的光滑连续特性,且其坡长提取精度最高,是适用于陕北黄土丘陵区域坡长提取的DEM内插算法;(2)空间统计分析表明,在实验区域内,不同内插算法在坡长值较小区域有显著性差异;(3)不同分辨率比较分析表明,在陕北黄土丘陵区域,不同分辨率对不同内插DEM坡长提取无显著性影响,且验证了分辨率越低坡长提取值越大的规律。     

基于流域单元的黄土地貌正负地形因子量化关系模拟

正负地形是黄土高原地貌形态表达的重要参数,也是现代沟谷侵蚀和发育研究的重要切入点,对于流域形态发育的定量化描述有重要意义。文中以典型自然流域为基本单元,在沟谷发育明显的陕北-晋西-陇东地区选择86个样区,利用1:10000比例尺5m高分辨率DEM数据,提取样区内多视角刻画地貌形态的正负地形因子指标,并进行流域地貌形态特征分析;在此基础上采用数理统计与地理建模的方法,重点探讨正负地形因子间的关联性,进一步实现基于多因子的量化模型的构建,以揭示地形因子信息与流域沟谷发育的内在联系。结果表明,蚕食度(Y)与沟壑密度(X_1)、平均坡度差(X_2)及破碎度(X_3)能较好地刻画流域地貌发育形态,并存在着线性函数关系:Y=0.069*X_1-0.01*X_2+0.009*X_3+0.239,拟合度达0.868。该模拟方法在黄土地貌形态发育的研究中有着重要的理论意义,是数字地形模拟与信息挖掘的一次有益实践。     

面向子流域单元的典型黄土地貌分类研究

基于格网DEM的数字地貌形态类型自动划分是当前地貌研究的热点。根据基本分析单元的粒度大小,可将现有的分类方法划分为以栅格为分析单元和不规则坡面多边形为分析单元。然而,上述2种方法都无可避免地存在分类结果中地貌实体不完整性的问题。本文将分析单元提升至小流域级别,提出面向"细胞"级的微小尺度的子流域为分析对象的分类思想,利用GIS空间分析方法,构建子流域地理属性数据库,依据研究区已有的地貌资料,遴选出高程、起伏度、平均坡度、坡谱偏度4个核心分类指标,采用层次分类法,设定相应的地形因子阈值,将陕西省铜川市耀州区划分为:河漫滩、黄土残塬、黄土台塬、陡坡冲沟、墚峁状丘陵沟壑、石质小起伏平缓中山、石质小起伏陡峭中山以及水域等8大类型。分类结果最大程度保证了地貌实体的相对完整性,与用GPS进行的实地采样观测结果对比分析表明,该方案的分类精度达到88. 19%,可望成为基于面向子流域单元进行数字地貌分类研究的有益探索。     

独库高速阿尔先沟段雪崩空间分布及因子探测

拟建独库高速公路阿尔先沟段地貌以高山峡谷为主,由于降雪和气候变化,雪崩频发。利用无人机遥感解译与现场调研协同调查的方法识别92个雪崩点,选取高程、坡度、地表切割度、地面粗糙度,积雪期最大积雪深度、最大风速、平均温度和平均降雪量为驱动因子,运用地理探测器分析不同分辨率地形因子与雪崩稳定性的关系。结果表明：本研究区雪崩发育较为活跃,稳定性较差,但较多雪崩释放区、运动区位于山体坡面,堆积区位于远离拟建线路的谷底,对拟建线路影响较小。通过地理探测器分析,坡度、地面粗糙度对雪崩稳定性解释力与分辨率呈正相关,高程、地表切割度呈负相关,交互探测结果均是双因子增强或者非线性增强,且非线性增强比双因子增强更加显著,坡度与其他因子结合对雪崩稳定性影响至关重要。本研究可为雪崩易发性、危险性评价工作提供可靠的数据支撑,为独库高速公路的建设运营提供科学依据。     

黑土坡耕地土壤流失形态分析——以一次降雨为例

以东北黑土区典型漫岗坡耕地为研究对象,测定次降雨条件下整个集水盆地出口处的径流体积及其含沙量,研究侵蚀泥沙的粒径分布特征、碳氮富集度以及可溶性养分的流失状况。结果表明,研究区只有在强降雨的情况下才会在集水盆地尺度上发生水土流失现象。20.5 mm降雨条件下(2006年8月1日)径流泥沙含量为1.0～2.5 g/L,泥沙C、N富集系数分别为2.10和3.31。径流液中DOC的浓度介于2.47～3.93 mg/L之间,TN浓度介于1.61～3.28 mg/L之间,径流携带养分量在整个养分流失过程中是不可忽视的流失途径。侵蚀泥沙(未加分散剂)的团聚体组成和原土壤有很大差异,径流泥沙的流失主要是粒径为0.053 mm以下的团聚体,尤其是0.002～0.02 mm的粉粒团聚体为主。     

晋西黄土丘陵沟壑区流域特征研究

以山西省方山县黄土丘陵沟壑区为研究区域,应用ArcGIS的空间分析功能和水文分析工具,以DEM为基础数据对流域地形地貌特征进行了提取。研究表明:研究地区的地势起伏度在0～265.5m间,地面粗糙度为1～2.72。通过探讨汇流阈值与沟壑密度的关系,得到汇流阈值为80～150的栅格范围内的沟壑密度为6.93～4.24km/km2。对研究区流域进行提取,得到流域形状系数的最小值为0.01,最大值为0.93,狭长流域面积为647.95km2,占研究区总面积的90.87%,其中土石山区狭长流域面积为531.88km2;卵状流域仅65.05m2,占9.56%。     

准格尔丘陵区暖温型草原主要优势植物蒸腾特征比较分析

准格尔丘陵区位于鄂尔多斯高原最西端 ,是黄河中游水土流失治理、生态环境建设的重点区域。 2 0 0 2年 5～ 9月中下旬 ,在自然条件下 ,对准格尔丘陵区暖温型草原主要优势植物种本氏针茅、百里香、牛枝子、糙隐子草和主要生态建设种杨树、榆树、沙柳、中间锦鸡儿的蒸腾耗水特征应用 LI- 1 60 0稳态气孔计同时进行野外测定。结果表明 :八种植物的蒸腾速率在各个月份内并不相同 ,环境因子的综合作用可影响植物蒸腾速率的大小。     

宁夏南部黄土丘陵区生态农业模式研究

以宁夏南部半干旱黄土丘陵侵蚀退化区生态系统内部土地资源适宜性评价及合理配置与系统优化研究为核心,探讨了研究地区生态恢复与生态农业体系建设的基本途径。研究将系统土地资源总体划分为4个一级类、10个二级类和10个三级类。根据土地对作物生长限制生态因子的多少和程度,综合评价土地的适宜性,并将其划分为8个顺序等级。遵循人-地制约关系的基本原则,应用系统工程学的理论和方法对系统进行优化设计和建模,并在生产中实施,取得了良好的综合效益。同时就该地区生态恢复与生态农业体系构建,区域化生态环境治理及农业产业化过程的关系进行了探讨。     

黄土丘陵沟壑区人工农田土壤钾素特征研究

通过土样分析,利用统计分析法系统研究了黄土丘陵沟壑区人工农地——坝地和梯田的土壤钾素含量、相关性、垂直和时空分异特征。研究结果表明:坝地和梯田钾素分布严重失衡;表层速效钾平均含量坝地属"中等",梯田属"缺乏";表层全钾平均含量坝地属"较高",梯田为"中等";缓效钾平均是速效钾的7.58倍(坝地)和11.06倍(梯田),但转化率较低;矿物钾平均占全钾的95.71%(坝地)和95.16%(梯田),却难以被作物利用。土壤各形态钾素间都呈极显著正相关,并受土壤有机质、CEC、pH值和颗粒组成的影响。表层与下层间的速效钾、坝地和梯田间的缓效钾都有极显著差异,但黄土母质土壤钾素整体分布均一;坝地速效钾沿剖面向下含量增加,且整体高于梯田;坝地因高耗钾作物玉米而导致缓效钾含量低于梯田。土壤有效性钾、速效钾和缓效钾在时间动态上都表现为先增后降,分水岭年限坝地约在40 a,梯田约在30 a。     

黄土丘陵固原上黄试区土地利用结构演变过程分析

利用1980~2004年土地资源变化调查数据,分析了上黄试区土地利用变化及演变过程。结果表明:耕地和林地变化最为显著,主要表现为耕地向林地、草地及园地的转变。引起这一转变的因素是多方面的,主要有人口增长、比较利益及国家宏观政策等因素。上黄试区今后应结合当地自然和社会经济条件,大力发展特色农业,提高政策因素对土地的宏观控制能力,使土地利用向高效型、生态型及集约型发展;进行人力资本投资,重新协调人地关系,保障退耕的成果及后续产业的培养和发展。     

黄土丘陵区柠条灌木林合理平茬期的研究

本文根据柠条(Caragana korshinskii)生长的特点,即生长速率随灌木林龄的变化呈近似正态分布的特征曲线,根据曲线的几何特征,提出以柠条生长速率与峰值和右拐点连线的斜率相等的点为平茬始点,以几何曲线的右拐点为平茬终点的平茬方案。长期观测结果表明,柠条生长指标符合Logistic方程,本文以Logistic生长函数为例,说明了柠条灌木林平茬时间确定方法的具体推导过程。最后结合柠条生长指标(株高、分枝和生物量),对不同立地条件下柠条灌木林的合理平茬时间进行了探讨,结果表明,不同立地条件下柠条的合理平茬时间存在一定的差异,这种现象是由不同立地条件下水热环境的差异造成的。     

黄土丘陵沟壑区植被自然恢复过程中土壤种子库特征

采用野外调查取样和室内实验相结合的方法,研究了黄土丘陵沟壑区植被自然恢复过程中土壤种子库的物种组成、密度、物种多样性以及相似性特征.结果表明:阴、阳坡10个样地中,共萌发了55种2203株幼苗,隶属于23科48属;总密度达到5 505±625.537粒/m2,且0～5 cm土层远远大于5～10 cm土层的土壤种子库密度,约是其4.6倍;丰富度、多样性、均匀度指数均未与恢复年限达到显著相关水平,但生态优势度随恢复年限的增加呈上升趋势,且阳坡上升的趋势比阴坡明显;组成成分相似性系数变化范围为0.0952～0.7143,恢复年限相距越大,其相似性越小,说明植被恢复演替的过程也是土壤种子库空间异质性加大的过程.     

仁用杏园不同土层土壤养分含量的测定

在陕北黄土丘陵沟壑区，对仁用杏园的土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾进行了测定。0～500cm土层的土壤有机质为3．368g／kg，全氮为0．268g／kg，全磷为0．536g／kg，速效氮为13．644mg／kg。速效磷为2．202mg／kg，速效钾为50．406mg／kg。陕北黄土丘陵沟壑区仁用杏园无论是浅层、根系集中分布层还是源层土壤，土壤养分含量均较低，满足不了仁用杏的正常生长与开花结实。     

黄土丘陵沟壑区不同土地类型的土壤水分特性

在黄土丘陵沟壑区燕沟流域,于2002～2006年定位监测不同类型土地不同坡位、坡向的土壤含水量,对土壤含水量的动态变化进行了系统分析.结果表明:不同土地类型的土壤含水量差异明显,坝地最高,平均19.83%,川台地次之,平均17.21%,梯田平均16.34%,坡地最低,平均15.04%,土壤含水量与年降雨量呈正相关,相关系数为0.68;土壤含水量月变化动态呈现"单谷"曲线,7月份最低;不同坡位的土壤含水量变化趋势为随坡位升高,土壤水分含量递减;不同坡向的土壤含水量变化趋势为阴坡>阳坡.     

陕北旱作农业区乡村人居环境问题与对策研究

陕北是西北旱作农业生产的集中区域,也是我国"三农"问题较为集中和尖锐的地区,其整体农村人居环境现状不容乐观。从人居环境学科视角出发,以其中存在的关键问题为切入点,通过系统分析该地区人居环境发展演变的规律与趋势,指出无论是过去还是将来旱作农业生产都对陕北农村人居环境的发展格局、进程具有重大的影响力。人居环境建设应当从农村社会发展系统高度出发,将物质实体的建设自觉与农业生产、村落发展紧密结合,构建符合自身发展条件的适宜性模式,从而促进农村生产、生活与人居环境建设的和谐统一。并在此基础上对人居环境建设提出了若干相应的可行性对策,为今后该地区新农村研究工作提供了一定的借鉴意义。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分分析

采用定位监测法,对地处黄土丘陵区的延安燕沟不同植被类型下土壤水分状况进行了对比分析。结果表明:农林草地土壤水分剖面(0~4 m)存在显著差异,平均土壤含水量由高到低依次为:旱农坡地>草地>柠条灌丛>果园>黄刺玫灌丛>刺槐,与旱农坡地对照分别相差2.04%、2.27%、4.75%、4.8%和5.68%;刺槐、柠条和黄刺玫的土壤水分垂直分布呈现较一致的趋势,表现为上层水分高于下层且差异显著,水分较明显的分界点在100cm左右,其100 cm以上平均土壤湿度分别为10.12%、13.58%和11.89%,100 cm以下分别为8.79%、12.16%和9.07%;同时,不同植被类型下土壤剖面低湿层不同,乔灌地低湿层深度较农地和草地深;土壤水分剖面形态与分层特征受植被利用影响作用显著。