基于贴近摄影测量的崩岗侵蚀监测技术

在崩岗侵蚀研究中,为了高效精准的对高陡崩壁土体侵蚀沉积运移进行准确监测,运用无人机贴近摄影测量技术对崩岗研究区进行数字影像采集,通过运动恢复结构-多视点匹配(Structure From Motion-Multi View Stereo,SFM-MVS)技术,生成点云数据及研究区数字表面模型(Digital Surface Model,DSM),利用ArcMap进行叠加分析监测周期内研究区侵蚀沉积变化。从定位精度、测量精度、重现性分析3个方面对贴近摄影测量技术进行误差及可行性分析。最终验证结果贴近摄影测量技术总平均重投影误差为0.19 mm,侵蚀沉积量总平均绝对误差为0.006 m~3,较传统倾斜摄影测量技术误差降低了了45.45%。高程精度较倾斜摄影测量技术总体提升了162.5%。重复点云数据高程误差的平均值仅为0.36 mm,识别图像及控制点误差均达到毫米级,因此利用无人机贴近摄影测量技术精度满足崩岗高陡崩壁监测需求,该技术可提取崩岗研究区侵蚀地貌特征信息,是较为高效精准的研究侵蚀沉积过程的监测技术。     

鄂东南崩岗区花岗岩风化岩土体抗剪强度的异向性

旨在从岩土力学性质的角度为崩岗侵蚀提供理论依据,采用直接剪切实验,对鄂东南崩岗区典型花岗岩风化岩土体剖面不同方向上原状土的抗剪强度进行测定,并分析了花岗岩风化岩土体抗剪强度在剖面尺度上的异向性及其影响因素。结果表明,饱和条件下,花岗岩风化岩土体黏聚力和内摩擦角的变化范围分别为3.19～19.26 kPa和26.50°～32.42°,其中B_2层黏聚力最大,而各层次间内摩擦角的差异并不明显(p0.05);黏聚力和内摩擦角均存在明显的异向性,其中水平方向总体大于垂直方向,且黏聚力的异向性较内摩擦角更明显。不同方向上抗剪强度的影响机理不同,其中,垂直于剖面方向上,黏聚力主要受毛管孔隙度(r=-0.97,p0.01)和粉粒含量(r=0.94,p0.05)的影响,而水平方向上仅与粉粒含量(r=0.91,p0.05)显著相关;而液限对水平方向上的内摩擦角影响显著(r=-0.99,p0.05)。对于花岗岩风化岩土体抗剪强度的异向性而言,其主要受自然含水率(r=-0.98,p0.01)、有机质(r=-0.93,p0.05)和塑限(r=-0.97,p0.05)影响。研究结果对于从力学稳定性角度揭示崩岗的发生机理具有重要意义。     

南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟形态特征

【目的】研究南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟形态特征,为浅沟侵蚀的防治提供理论依据。【方法】基于RTK-GPS测量技术与ArcGIS空间分析方法,通过建立研究区典型坡面马尾松林地DEM,提取浅沟形态参数,定量分析红壤丘陵区马尾松林地浅沟的形态特征,初步建立基于该研究区的浅沟临界地形模型。【结果】(1)研究区浅沟汇流面积均值为21.62 m~2,沟长均值为16.46 m,浅沟坡度均值为19.72°,沟宽均值为2.26 m,沟深均值为0.52 m,断面面积均值为0.58 m~2。其中浅沟汇流面积属强变异,其余形态参数均为中等变异。与黄土丘陵沟壑区及东北黑土区坡耕地浅沟相比,南方红壤丘陵区马尾松人工林地的浅沟相对较短、较浅。(2)浅沟形态参数间存在极显著的相关关系,其中汇流面积与沟长、平均沟宽、平均沟深和平均断面面积极显著正相关(P0.01),与浅沟坡度极显著负相关(P0.01);浅沟坡度与沟长、平均沟宽极显著负相关(P0.01)。(3)南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟发生的临界地形条件可以用汇流面积A与浅沟坡度S_e的关系式"tan S_e=0.49A~(-0.06)"来判断。【结论】南方红壤丘陵区马尾松人工林地浅沟形态参数间存在极显著相关关系,地形因素(坡面坡长、坡度)显著影响该区域浅沟的形态特征。     

不同剪切方式下崩岗红土层抗剪特征随水分变化规律

崩壁土体抗剪强度随水分变化的规律是研究崩岗发生机理的关键,但不同剪切方式得出的抗剪特性可能存在差异。该研究采用直接剪切和三轴剪切试验方法,在100、200、300和400 k Pa 4个围压下,测量10%~30%之间5个不同体积含水率下崩岗红土的抗剪应力和内摩擦角,确定典型崩岗土体抗剪特征随水分变化规律。结果表明:直接剪切试验中当土壤体积含水率在10%~15%之间时,黏聚力的最高值达80 k Pa,随着土壤含水率增加,黏聚力和内摩擦角逐渐降低到最小。三轴剪切试验得出的结果与直接剪切试验相似,但黏聚力总体接近或大于直接剪切试验结果,而内摩擦角小于直接剪切试验结果,这与2种试验的土样制备方法、试验原理等密切相关。研究可为花岗岩崩岗区崩岗土体抗剪强度测定方法合理选择提供依据。     

Historical evolution of permanent gullies in the Myjava Hill Land, Slovakia

The Myjava Hill Land is part of the area with the highest density of permanent gullies in Slovakia (up to 11 km km⁻²). Gullies are often 10–15 m deep, and occasionally extend >20 m. The pattern and density of gullies have been controlled primarily by the original land use from the pre-collectivization era. Old maps and historical sources indicate two to three periods of gully formation. The central part of the area, settled between the second half of the 16th and the beginning of the 19th centuries, was affected by gully formation in two periods, the first between the end of the 16th century and the 1730s and the second roughly between the 1780s and 1840s. Marginal parts of the study area to the west and south–west, which were settled earlier, may have been affected by disastrous gullying as early as the 14th century. Gullies were formed during periods of extensive forest clearance and expansion of farmland, but the triggering mechanism of gullying was extreme rainfalls during the Little Ice Age. However, periods of gully formation in the Myjava Hill Land were not fully synchronous with the well-known phases of gullying in other central European countries.     

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。     

QuickBird影像目视解译法提取切沟形态参数的精度分析

为了研究QuickBird影像提取切沟形态参数的精度,该文选取陕北黄土区吴起县合沟与绥德县桥沟小流域,分别利用同时相的三维激光扫描全站仪和QuickBird影像数据源提取切沟形态参数,分析QuickBird影像提取切沟形态参数的精度,探究误差产生原因。研究结果表明:与三维激光扫描全站仪相比,QuickBird影像目视解译合沟和桥沟小流域切沟面积、周长的平均相对误差都在5%左右;沟缘线边界偏差大于0.6 m(相当于QuickBird影像的一个像元值)的面积百分比的均值都能控制在4%以内;2个小流域中沟长的平均相对误差分别在2%和5%左右,沟长的平均绝对误差分别在0.5和0.75 m左右;目视解译面积、沟长的平均相对误差、最大相对误差、不同解译人员的最大误差与参数值之间都具有显著地负相关,即切沟越大,误差越小;沟缘线附近的植被类型影响目视解译精度,与灌草植被覆盖的小流域相比,草本覆盖的小流域中切沟参数的解译精度更高。总体上来看,QuickBird影像为小流域尺度上监测切沟发育提供了便捷、可靠地数据源。     

指纹法研究花岗岩区典型崩岗小流域悬浮泥沙来源

为研究花岗岩区典型崩岗小流域内悬浮泥沙来源,以安溪县龙门镇崩岗侵蚀小流域为研究对象,在4种土地利用类型(侵蚀林地、茶园、耕地和崩岗侵蚀区)中共采集85个泥沙源地土样,同时在河道布设采样器收集降雨后侵蚀悬浮泥沙。通过分析样品中的34种指纹因子,运用复合指纹法筛选出最佳指纹因子组合,并计算出各泥沙源地的泥沙运移规律。结果表明:不同泥沙源地悬浮泥沙中同种指纹因子存在显著差异,利用Kruskal-Wallis检验和多元判别筛选出Ca、Li、Sn、K和Ba为最佳指纹因子组合(累积贡献率大于90%);同时利用多元混合模型得出茶园的悬浮泥沙相对贡献百分比为33%,耕地为27%,侵蚀林地和崩岗侵蚀区均为20%,且混合模型优度拟合检验值为0.89。进一步分析表明,降雨对崩岗侵蚀区的影响最大,茶园和崩岗侵蚀区单位面积产生悬浮泥沙量明显高于其他两个源地,说明崩岗侵蚀区和茶园是花岗岩区崩岗小流域中需要采取防治措施的重点。     

2种草本植物根系对崩岗洪积扇土壤抗剪强度的影响

为探讨草本植物根系对崩岗洪积扇土壤抗剪强度的影响,以巨菌草(Pennisetum sp.)和宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)为研究对象,采用WinRHIZO根系分析系统对根系特征进行定量分析,并采用原位剪切试验测定崩岗洪积扇各土层的抗剪强度。结果表明:(1)根系能够改善土壤的结构及水分状况;(2)2种草本植物根系均主要分布在0—5cm土层,该层巨菌草根系各参数值是该草种根系均值的3.1~4.39倍,宽叶雀稗的则为2.23~2.57倍,随着土层深度的增加,巨菌草根系参数呈对数函数减小,而宽叶雀稗呈线性减小;(3)土壤抗剪强度均值大小表现为巨菌草宽叶雀稗裸地,其大小依次为21.04,16.43,9.89kPa;在0—20cm土层,2草种抗剪强度均显著大于裸地;(4)土壤抗剪强度与生物量密度、根表面积密度和分叉数密度极显著正相关,与根长密度显著正相关;巨菌草根系的生物量密度是表征土壤抗剪强度的最主要因子,而宽叶雀稗的则为根长密度。2种草本植物根系均能提高崩岗洪积扇土壤的抗剪强度,而巨菌草的效果优于宽叶雀稗。     

花岗岩风化壳崩岗侵蚀剖面风化强度和粒度分布特征

结合粒度法和化学风化指标法分析了花岗岩风化壳崩岗侵蚀剖面,结果显示:（1）粒度组成以粉砂砾组分最多,平均值为52.52%,砂砾组分为38.38%,黏粒组分最少,平均值为9.09%。4~63 μm粉砂粒组分分别与<1 μm细黏粒组分、<4 μm黏粒组分正相关性较好;>63 μm的砂砾组分与中值砾径呈显著正相关性,与<1 μm细黏粒组分、<4 μm黏粒组分、4~63 μm粉砂粒组分呈显著的负相关性。剖面580~780 cm深度可能是崩岗侵蚀起源区域。（2）化学蚀变指数CIA、风化淋溶系数BA、残积系数Ki和退碱系数Bc一致表明,崩岗侵蚀剖面的化学风化程度高。风化强度从底部往上呈现先小幅度递减而后波动递增的变化趋势。（3）风化参数指标和粒度线性相关性分析得知,化学风化作用强度增强,<1 μm细黏粒组分、<4 μm黏粒组分、4~63 μm粉砂粒组分增加,>63 μm砂砾组分减少。化学风化作用减弱,<4 μm黏粒组分、4~63 μm粉砂粒组分减少,>63 μm砂砾组分增多。