基于GIS的流域地貌形态分形盒维数测定方法研究

流域地貌形态分形维数测定是目前地貌分形研究的薄弱环节,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化具有重要科学意义。依据分形盒维数测定原理,结合流域地貌的复杂三维立体特性,提出了以地形等高线为基本数据源,以GIS技术作为主要实现手段的流域地貌形态分形盒维数测定方法,编制出了相关测算程序,并以岔巴沟流域为例进行了实证研究。结果表明,该方法快速、准确、数据可靠,可实现不同尺度流域地貌形态分形盒维数的测定。     

基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究

为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生，为紫土坡地水土流失防治提供参考，基于典型紫土径流小区43场降雨资料，将雨量、历时和I30为特征指标，采用K-means聚类算法对降雨分类；使用随机森林（Randomforest,RF）算法评估各影响因子对径流深（H）、土壤流失量（S）的重要性，结合通径分析法进行重要因子筛选；将筛选所得关键因子作为模型输入变量，H、S为输出，使用BP神经网络构建预测模型。结果表明：（1）划分出3种雨型，B雨型（短历时、大雨强、小雨量）是主要降雨类型，A 雨型（长历时、中雨强、大雨量）最剧烈。（2）各雨型下特征因子对H、S的重要程度明显不同。A雨型下T对S重要程度最高（31%），各因素对H的重要程度相对均匀；B雨型下各因素对S的影响差异小，F对H的重要程度最高（29%）。在C雨型下，Pr对H、S的重要程度最高（33%、36%）。（3）三种雨型下的H、S均受到Pr的显著影响，B、C雨型下的H、S分别同时受F和Vs、Ph的影响显著。（4）利用BP神经网络对H、S的预测精度均较高，Nash-Suttclife 效率系数均高于0.95，且对H的预测模型精确度高于对S的预测模型。     

淤地坝对黄土浅层滑坡的减蚀作用

为了研究淤地坝淤积对浅层滑坡的减蚀作用,基于三维连续介质动态数值模型,采用Voellmy流变模型,分析了侵蚀基准面抬升后黄土滑坡运动参数、动力参数以及能量参数的变化规律。结果表明:浅层滑坡在沟谷坡运动过程中,平均速度、前缘速度、侵蚀物质体积和总动能急剧增加,导致滑坡在接触坡脚时前缘速度出现波动且坡脚处侵蚀严重,极具破坏性。随着侵蚀基准面逐渐抬升,滑坡运行时间和平均速度峰值呈"S"形函数下降趋势,前缘速度和滑坡移动距离呈线性函数下降趋势,侵蚀物质体积和总动能呈指数函数下降趋势。随着侵蚀基准面逐渐抬升,滑坡的运动空间和侵蚀空间逐渐减少,仅在一定程度上降低了滑坡速度,但却有效抑制了滑坡的侵蚀作用,使侵蚀物质质量急剧减少,从而有效减少了滑坡体侵蚀总动能,在很大程度上减轻了浅层滑坡的致灾强度和致灾规模。研究结果揭示了淤地坝可以通过抬升侵蚀基准面来减少侵蚀,有助于加深淤地坝对黄土浅层滑坡减蚀作用机理的理解。     

气候变化及生态建设措施对宁夏典型入黄流域径流变化影响

为分析气候变化及植被和淤地坝等生态建设措施对径流变化的影响，选取宁夏典型入黄流域清水河和苦水河为研究对象，采用Pettitt突变方法分析研究流域气象水文和生态建设措施等要素的变异点，基于Budyko理论，通过建立水热耦合控制参数与生态建设措施的多元线性回归方程，构建耦合生态建设措施下的降水—径流模型，并对模型进行适用性评估，采用弹性系数法，量化不同生态建设措施对径流变化的贡献率。结果表明：研究流域径流均呈减小趋势，且年径流突变均发生在2000年；水热耦合控制参数与NDVI和淤地坝指数呈显著的正相关关系，引入NDVI和淤地坝指数构建的降水—径流模型模拟值接近实测值；清水河流域生态建设措施实施对径流减少的贡献率高达78.25%,其中，植被和淤地坝对径流减少贡献率分别为23.11%,46.50%,生态建设措施对径流的影响远大于气候变化对径流产生的影响。苦水河流域降水对径流减少贡献率可达47.30%,生态建设措施对苦水河径流减少贡献率为59.57%,植被和淤地坝贡献率分别为18.57%,13.96%,其他生态建设措施对径流减少贡献率为27.04%。生态建设是引起宁夏入黄流域径流变化的主要驱动因...     

黄土丘陵区生态治理对土壤碳氮磷及其化学计量特征的影响

为了探究不同生态治理措施对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征的影响,为黄土丘陵区的生态治理与植被恢复提供科学依据,以黄土丘陵区典型小流域王茂沟为例,通过野外采样与室内分析相结合的方法,对研究区坡耕地、林地、草地、灌木地及梯田等5个样地0—100cm土壤样品的C、N、P及其化学计量比进行了分析研究。结果表明:(1)坡耕地经过生态治理转变为林地、草地、灌木地及梯田等生态用地,土壤C、N含量分别提高了1.27,1.18,1.24,1.14倍及1.64,1.64,1.76,1.57倍;土壤C和N呈极显著的正相关关系;在0—100cm土层,林地、草地、灌木地及梯田的土壤C、N分布规律一致,均随土壤深度增加而减小,且在0—20cm土层出现了富集现象,而土壤P含量分布比较均匀;(2)坡耕地C∶N均值显著大于其他样地(P0.05),在0—20cm土层,土壤C∶P与N∶P表现为林地、草地、灌木地及梯田显著高于坡耕地(P0.05);土壤C∶N随着土层深度的变化不显著,C∶P与N∶P随土层加深呈减小的趋势;(3)土壤C、N、P化学计量比的分布主要由土壤C、N决定;土壤C∶P、N∶P与土壤中铵态氮、粘粒、砂粒、水稳性大团聚体含量之间的相关性均通过了显著性检验(P0.05)。土壤C、N、P及其化学计量比不仅受生态治理和土层深度的影响,还与土壤理化性质相关,土壤C∶N、C∶P、N∶P可以指示土壤的肥力状况。