微DEM条件下黄土高原人工掏挖地填洼量特征研究

利用激光扫描仪获取高程,结合GIS技术模拟了黄土坡耕地人工掏挖措施下1.72×0.78 m2大小的地表微地形模型,分辨率达0.002 m,坡度分别为5°,12°,15°,20°与25°。利用ArcGIS软件水文分析工具对模型下地表填洼量特征进行了研究。结果表明:地表坑洼空间分布比较随机,填洼量主要分布在1×10-5~1×10-4m3之间;随坡度的增大,地表单个坑洼的填洼量和总填洼量逐渐减小;填洼量与坑洼深度和坑洼面积(包括坑洼投影面积和坑洼表面积)密切相关,其变化规律可用二次抛物线描述;地表填洼量大小对径流强度的影响不明显。     

不同耕作措施对花生结荚期产流产沙过程的影响

为了研究不同耕作措施在花生结荚期时对紫色土区产流产沙过程的影响,通过对顺坡垄作、横坡垄作、穴播、平作这4种耕作措施种植花生以及对照组平坡裸地进行野外模拟降雨试验,得到其径流泥沙特征。利用滑动秩和检验法找出产流产沙过程变异时刻点,对变异时刻点后用Mann-Kendall趋势检验法分析产流产沙过程趋势。结果表明:产流产沙过程变异时刻点后均处于一个较为稳定状态,平坡裸地的稳定径流率、侵蚀率均最大,顺坡垄作次之,然后是平作,再是穴播,横坡垄作最小;而各耕作措施初始产流时间则与稳定径流率和侵蚀率相反。在减流减沙效益方面,相对于平坡裸地,不同耕作措施均表现出减流减沙效果,具体表现为横坡垄作>穴播>平作>顺坡垄作。     

基于M-DEM黄土人工锄耕坡面微地形特征研究

黄土人工锄耕坡面微地形是地表径流和土壤侵蚀过程的重要影响因素。文中在1.0 mm/min雨强的人工模拟降雨试验条件下,采用微地形激光扫描测量方法获取5°人工锄耕坡面微地形相对高程,并进行拟合模型参数验证,进而构建了能反映真实地表情况的高精度M-DEM,并在ArcGIS中对其特征参量进行量化研究。结果表明:黄土人工锄耕坡面微地形起伏较小,整体属于凸形斜坡;虽在某些区域容易形成地表径流,但径流变化比较平缓,不容易形成较大的水流;微地形水系分维能较好地反映复杂微地形特征。论文可为在微地形层面进一步揭示黄土耕作坡面土壤侵蚀机理研究提供数据支持和方法参考。     

基于Moran's Ⅰ指标的黄土坡耕地填洼量的空间自相关性研究

在ArcGIS9.3和SPSS16.0平台的支持下,通过Moran’sⅠ指标对人工掏挖和人工锄耕措施下坡面填洼量的空间自相关性进行了分析,初步揭示了此2种耕作措施下坡面填洼量的空间分布格局。结果表明:全局Moran’sⅠ小于或等于0,基本呈弱的负空间自相关;坡度对填洼量空间分布格局的影响不明显;填洼量的空间自相关性与填洼量大小有关。因此,填洼量空间格局呈大小交错,空间异质性较强的分布特征,但其所受填洼量大小的影响还需进一步研究。     

黄土坡耕地耕作方式不同时微地形分布特征及水土保持效应

 利用GIS技术模拟黄土坡耕地微地形空间分布特征,并对其水土保持效应进行研究。结果表明：1)地表微地形起伏大小依次为等髙耕作 > 人工掏挖 >人工锄耕 > 直线坡面（CK),和CK相比,人工锄耕与人工掏挖微地形呈随机相间的坑洼特征,等高耕作呈沟垄相间的空间特征;雨后CK、人工锄耕、人工掏挖与等商耕作方式下地表髙程平均分别降低0.015、0.014、0.018和0.015 m。2)除CK地表填洼量为增大外,其余方式均为减小;地表产流时间依次为直线坡面 < 人工掏挖< 人工锄耕< 等髙耕作。3)产流量随降雨时间呈先增大,后趋于平稳的过程。4)与CK相比,等高耕作、人工锄耕和人工掏挖产流量分别减小38. 17%、17.88%和9.43%。5)产沙最随降雨时间呈先增大,后减小并逐渐趋于稳定的过程,与CK相比,等高耕作、人工锄耕和人工掏挖产沙量分别减小65.6%、36.3%和23.4%。6)坡度对产流产沙的影响主要是坡度越大,产流时间越早,产流产沙量也越大。因此,不同耕作方式的水土保持效应与其形成的地表微地形空间特征密切相关。     

裸地雨滴溅蚀对坡面微地形的影响与变化特征

为了探讨溅蚀作用与坡面微地形之间的相互关系,该文通过模拟降雨试验方法,研究了黄土区坡耕地无植被条件下雨滴对坡面微地形的溅蚀作用与变化特征。微地形由不同的耕作管理措施形成,包括锄耕措施、掏挖措施和等高耕作措施,以平整坡面为对照措施。降雨强度分别为60,90和120mm/h。试验小区大小为0.5m2。用溅蚀板测定坡面向下和向上2个方向的溅蚀量。利用激光扫描仪测定微地形,并结合GIS技术建立大比例DEM(分辨率2cm)。结果表明,在耕作管理条件下,坡面微地形具有降低坡面溅蚀量的作用。微地形的变化特征主要表现为微坡度的变化,而微坡向对溅蚀作用的变化不敏感。因此,微坡度可以作为研究雨滴溅蚀作用与微地形变化的一个反映指标。     

坡耕地地表起伏对坡面漫流的影响

为揭示微尺度条件下地表起伏对坡面漫流的影响,通过野外人工模拟降雨试验,在相同降雨历时下,分析了60,90,120mm/h雨强下单凸起、单凹陷2种单式起伏和凹凸相连、凹凸相间2种复式起伏以及对照组5种微地形对坡面漫流的影响。结果表明:(1)3种雨强下,与光滑组相比,凸起、凹陷以及凹凸组合均会延迟地表初始产流时间,具体表现为对照组<凸起组<凹陷组<凹凸相间组<凹凸相连组的趋势;(2)凸起和凹陷的存在均会减小坡面漫流的平均流速,其中凹凸相连坡面平均流速最小;(3)3种雨强下,5种微地形的坡面漫流汇水形态共有3种(树枝状、平行状和羽毛状),其中对照组和凹凸相间组汇水形态均为树枝状;凸起组和凹陷组汇水形态均为羽毛状和树枝状,其中凸起组以羽毛状为主,凹陷组以树枝状为主;凹凸相连组汇水形态以平行状为主,兼有另外2种;(4)3种雨强下,5种微地形的汇流密度与径流频度呈现相同的变化规律,即光滑组和凸起组随着降雨强度增大其汇流密度与径流频度均先减小后增大,凹陷组及凹凸组合组均随雨强增大而增加,且5种微地形的汇流密度与径流频度在90mm/h雨强下的差异性最小。该研究结果揭示了不同起伏类型对坡耕地坡面漫流的影响,有助于进一步深入研究土壤侵蚀机理。     

模拟条件下不同耕作措施和雨强对地表糙度的影响

【目的】研究不同耕作措施和降雨强度下地表高程和糙度的空间分布特征以及降雨前后二者的变化,以探讨不同耕作措施和降雨强度对坡耕地地表糙度的影响。【方法】人工降雨条件下,模拟人工锄耕、人工掏挖、等高耕作3种耕作措施和对照组直型坡,测量、计算并分析了各坡面高程信息和地表糙度的空间分布特征以及降雨前后二者的变化。【结果】降雨前坡面的高程空间分布在不同耕作措施之间具有显著性差异。直型坡高程的统计方差最小,高程分布最集中;与直型坡相比,等高耕作坡面高程的统计方差最大,高程分布最离散;其次是人工掏挖和人工锄耕坡面。雨前地表糙度大小为等高耕作＞人工掏挖＞人工锄耕＞直型坡。降雨能显著改变地表糙度值的大小,并呈现同一耕作措施随雨强增大地表糙度值改变越多的规律。降雨后等高耕作、人工掏挖和人工锄耕这三种措施的地表糙度均呈减小趋势,同一雨强下,等高耕作糙度减小最多,人工掏挖次之,人工锄耕糙度减小最少。直型坡的地表糙度在雨后却有所增加,在60、90和120 mm·h^-1雨强下,直型坡雨后糙度分别增加了10.9%、22.5%和36.5%。雨后各措施地表糙度值均改变,但仍为等高耕作＞人工掏挖＞人工锄耕＞直型坡。【结论】耕作措施是形成坡耕地地表糙度的主要原因,不同的耕作方式造成地表起伏状态的差异,使不同耕作措施下的地表糙度具有空间异质性。降雨作用会减小各耕作坡面的地表糙度,增加对照组的地表糙度,且随降雨强度增大,地表糙度变化越剧烈。耕作措施造成的地表初始糙度越大,降雨对糙度的减小作用越显著。但人工锄耕、人工掏挖和等高耕作3种耕作措施对地表糙度的影响大于降雨对地表糙度的影响。     

基于GIS的坡耕地数字高程模型的建立与应用

微地形是描述地表起伏状态的重要指标，也是地表径流和土壤侵蚀过程的重要影响因子。在微尺度上建立了不同耕作措施下黄土坡耕地的数字高程模型（DEM），并对其空间特征进行了分析。结果表明，利用反距离加权插值法建立的微DEM模型能正确地再现坡耕地地表形态，利用其派生的微坡度、微坡向数据可作为研究土壤侵蚀空间差异的重要因子；微坡度分布特征与耕作措施密切相关，对于人工锄耕（CH）和人工掏挖（TW）措施，微坡度栅格统计数随着微坡度的增大呈先增大，后减小的变化趋势，而等高耕作（DG）措施下微坡度栅格统计数随着微坡度的增大而