延河流域种子植物区系特征与物种空间分布

以延河流域为例,采用环境梯度分层采样技术,对该流域种子植被的区系成分进行调查分析。结果表明,延河流域主要的种子植物区系共涉及57个科、148属、211种,其中裸子植物3科3属3种,被子植54科145属208种。从植物区系科属的分布型看,热带亚热带成分占31．57％,温带成分占28．07％;从属的分布型看,热带亚热带成分占11．72％,温带成分占60．54％。温带成分构成了本区系的主体,本区种子植物区系属温带性质。虽然数量上较整个黄土高原的植物区系成分较少,但这些物种却是该流域种子植物群落的主要构成种,对该区的生态恢复具有更重要的意义。在此基础上,进一步借助物种空间分布与环境要素响应图,分析211个物种分布的环境梯度空间,结果表明,它们可直接满足生态恢复重建的物种选择等需求,具有较好的应用价值。     

基于热红外成像的坡面薄层水流流速测量方法

流速是表征水流水力学特性的重要物理量。为了准确获取薄层水流流速,基于热红外成像技术、计算机视觉识别技术,设计了一种薄层水流流速测量系统。该系统通过对热示踪剂的自动控制以及对其热成像图的瞬时采集、影像校正、噪点去除、质心确定等手段,获取薄层水流的流速等参数,从而实现对坡面薄层水流流速的动态观测。该系统精确度和准确度高,可从不同时间和空间尺度上更加准确地观测热示踪剂动态运移过程。系统的测量标准差为0.020 m/s,观测精度可达到98.33%,观测的时间分辨率为1/9 s,空间分辨率为2 mm。为了验证该系统的准确度,以流量法为基准,与传统示踪法（染料示踪法、盐示踪法）比较,结果表明,该系统的准确度高于染料示踪法和盐示踪法。其中热红外成像观测系统的相对误差均在?10%以内;染料示踪法的相对误差均大于10%;盐示踪法52%的相对误差在?10%以内。利用热红外成像系统获取的影像,可对不同时刻示踪段水流的发生、发展的过程进行追溯,也可以测量示踪剂沿水流方向的运移速度及垂直于水流方向的扩散速度,计算热示踪剂的弥散系数等。该技术可应用于降雨侵蚀、径流冲刷等方面的研究,对于进一步深化土壤侵蚀过程与机理研究具有重要的意义。     

水土保持工程综合效益评价研究——以陕西省长江流域水土流失综合治理工程为例

水土保持工程综合效益评价,对水土保持宏观决策具有重要意义。采用静态分析的方法,分析陕西省“长治”工程治理产生的生态、社会效益,并对其水保工程成效进行经济评估与分析。分析结果表明,自“长治”工程实施以来,项目区完成治理水土流失面积5348．09km^2,治理程度达到76．77％,植被覆盖率提高21．57％;农耕地减少了33．78％,林地增加了33．31％,草场增加了38．78％,荒山荒坡等未利用地减少79．00％,土地利用结构日趋合理。一些特色产业在产业结构中的比重增加,农民的生活水平得到改善,项目产生了明显的生态、社会效益。对项目实施的经济评估分析表明,该项目治理效益费用比为1．61,敏感性分析时为1．15,均大于1,净效益为3320．05万元,还本年限8．8a（〈10～12a）,经济效益系数0．11（〉0．08～0．1）,均符合《水利建设项目经济评价规范》标准,说明陕西省“长治”工程在经济上也是可行的。研究结果对于区域水土保持决策可提供重要依据。     

土壤侵蚀形态演化数字摄影观测系统设计与实验

为解决目前在连续降雨条件下尚无有效的观测技术与手段从时空两个维度对土壤侵蚀过程进行观测的问题,设计了一种基于无线组网技术的数字近景摄影观测系统。该系统通过对连续降雨条件下不同时间节点的土壤侵蚀坡面进行数字影像的瞬时采集、雨滴噪声去除、点云匹配、三维重建等手段,实现对土壤侵蚀坡面形态演化过程的动态监测。该系统的测量精度可达到亚毫米级,最小测量误差为0. 006 2 mm;凹槽尺寸测量值与实测值之间最大相对误差为-2. 968 3%。土壤侵蚀坡面观测实证表明,土壤流失量估算平均相对误差为-1. 73%,单次观测精度最高可达99. 26%,时间观测分辨率可达到分钟级别,空间分辨率达到2 mm。该系统能够准确获取土壤侵蚀坡面形态变化的精细信息,可为土壤侵蚀过程研究提供新的方法和技术手段。     

基于粒子成像瞬态测量技术的雨滴微物理特性及降雨动能研究

雨滴微物理特性及降雨动能是揭示降雨物理本质的重要特征量,亦是开展侵蚀定量分析与建立侵蚀量预报模型的基础。采用粒子成像瞬态测量可视化技术观测自然降雨雨滴,结合计算机视觉识别技术解算雨滴微物理特性参数,同时采用虹吸式自记雨量计记录自然降雨降雨强度。研究表明:该次降雨雨滴以中等粒子为主,雨滴直径均值为1.52 mm,降落末速度均值为3.47 m/s,其中直径在1.00~3.00 mm范围内的雨滴占样本总数的87.21%。雨滴直径和降落末速度呈显著的对数关系。基于实测的雨滴微物理特性和降雨强度估算降雨动能,该结果与传统的经验模型估算结果相对误差均值为7.28%。该方法得到的降雨动能较以往的经验模型能更真实的反应雨滴降落过程中的做功大小,为准确计算降雨过程中雨滴所造成的溅蚀量奠定基础。     

基于ANUSPLIN的黄土丘陵区气象要素插值方法对比与评估

气象要素是反映地球水热过程的关键因子，气象数据的准确获取对生态保护和农业生产研究具有重要意义。黄土丘陵区是典型的丘陵沟壑区，地形严重影响气象要素的插值结果，制约了数据的准确性。为了获取黄土丘陵区的温度、降水的空间分布，探索地形变化对气象空间插值结果的影响，本研究基于专业气象插值软件ANUSPLIN以延河流域及周边2010—2021年105个气象站点逐日温度降雨资料为基础，引入25 m、90 m、1 km三个不同精度的数字高程模型作为协变量进行插值，从而获得黄土丘陵区温度降水栅格数据以揭示该地区降水的时空变化规律，评估ANUSPLIN插值方法是否能在黄土丘陵区较好的适用。结果表明：（1）延河流域东部延长地区温度较高、西部温度较低；降雨量空间插值显示中部与西北部较低，东部较高，温度降雨皆符合以往气象站数据规律，ANUSPLIN模型对黄土丘陵沟壑区温度降雨空间插值有较好的适应性。（2）在三种不同的分辨率DEM模拟场景下，温度插值精度排序为：25 m>90 m>1 km；降雨插值精度排序为：90 m>25 m>1 km。本研究的结果为丘陵区气象分布和插值提供了参考依据。     

基于TVDI的黄土高原干旱时空变化与其影响因素

为探讨黄土高原地区2001—2020年间干旱时空变化特征及其影响因素，利用MODIS增强植被指数(Enhanced vegetation index, EVI)以及地表温度(Land surface temperature, LST)数据，构建温度植被干旱指数(Temperature vegetation dryness index, TVDI)模型，探究黄土高原地区2001—2020年TVDI指数时空动态、变化趋势并利用地理探测器模型分析TVDI空间分异性的驱动因子。结果表明：2001—2020年间黄土高原TVDI空间分布具有较强的空间分异性，总体上呈现从西向东旱情逐渐增加的趋势，黄土高原多年平均TVDI为0.522,整体上处于轻旱状态。从TVDI多年变化趋势上分析，超过64%的区域有干旱加剧的趋势，且存在明显的地域分异规律，黄土高原西北部的内蒙古、宁夏北部以及山西部分地区旱情大多呈加剧趋势，而旱情缓解区域较为集中，多分布于陕西中部、宁夏南部和甘肃北部。各土地利用类型的TVDI年际变化均呈现不同程度上升的趋势且各土地利用类型年均TVDI差异明显，从大到小依次为：未利用地(0.571)...