~7Be示踪法估算土壤侵蚀速率模型计算结果比较

在总结现有7Be示踪法估算土壤侵蚀速率模型的基础上,通过坡耕地径流小区野外模拟降雨实测侵蚀资料,比较了Walling、杨明义和Wilson等所建的利用7Be示踪法估算土壤侵蚀速率模型的计算结果,并验证各模型的准确度。结果表明,对于不发生细沟侵蚀的小区,3个模型的计算值都有较高的准确度,但Wilson模型相对其它两个模型计算结果误差较大;对于发生细沟侵蚀的小区,Walling模型和杨明义模型估算坡面细沟间侵蚀量的绝对差值较小,但大于不发生细沟侵蚀小区的绝对差值;Wilson模型能够比较准确计算坡面的总侵蚀量,与实测值相比较,相对误差为3.59%～14.47%,不发生细沟侵蚀的小区相对误差大于发生细沟侵蚀的小区。随着侵蚀强度的增大,3个模型计算结果的准确度呈降低趋势。     

荒草地小区土壤侵蚀的7Be示踪研究

通过裸露地小区和荒草地小区7Be示踪对比研究,发现坡面植被覆盖对利用7Be示踪估算坡面土壤侵蚀速率有较大影响.在Walling等提出的7Be示踪估算裸露坡面土壤侵蚀速率模型中引入植被因子,估算有植被覆盖坡面的土壤侵蚀速率,结果显示修正后模型计算值与小区实测值比较接近,说明增加植被因子后的模型能够很好估算有植被覆盖坡面的土壤侵蚀速率,有关结果可为深入研究植被覆盖与土壤侵蚀之间的响应关系提供有效手段.     

基于四种分辨率DEM的侵蚀模型地形因子差异分析

通过提取江西省兴国县潋水河流域10 m、25 m、50 m和100 m四种分辨率数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)的坡度、坡长因子,在GIS数字地形分析和数理分析等方法支持下,研究不同分辨率DEM计算坡度坡长组合因子(LS)的精度差异。结果表明:(1)基于4种分辨率DEM提取的坡度结果存在明显差异,随分辨率的降低,坡度整体变缓,DEM精度越低,对地形的概括作用越大,100 m分辨率DEM平均坡度降为10m分辨率DEM平均坡度的45.04%。(2)流域坡长以0~80 m的短坡为主,随着分辨率的降低,地面坡长明显整体延伸。(3)不同分辨率DEM计算的LS因子平均值变化范围为6.10~7.10,坡度和坡长的组合消弱了单一坡度和坡长的影响,随着地形起伏程度增大,在LS因子计算过程中,坡度的主导作用越来越弱,坡长的主导作用越来越强。     

工程堆积体标准小区界定与可蚀性因子改进

将USLE模型应用于工程堆积体侵蚀预报时结果偏差较大,这是因为其标准小区与土壤可蚀性因子不适合直接应用于工程堆积体侵蚀预报。针对这一问题,结合对我国6大水蚀类型区工程堆积体参数的调查、统计、分析,界定工程堆积体标准小区的坡度、坡长;结合国内外已有研究成果,分析论证堆积体可蚀性因子的改进办法,并引用相关数据验证其可行性。结果表明,6大区域工程堆积体坡度、坡长及坡面物质组成均与USLE中规定的标准小区相差较大;为了尽量消除误差,建议工程堆积体标准小区坡度采取众数35°,坡长采取平均值5m;堆积体可蚀性因子更名为土石质因子Tr,并将单位体积土石混合体中石砾总表面积Cs,作为石砾因素指标纳入堆积体土石质因子Tr中,与堆积体物质中土壤可蚀性因子K共同构建工程堆积体土石质因子函数。验证结果表明,堆积体可蚀性因子改进办法是可行的。工程堆积体坡度、坡长的界定及可蚀性因子的改进,对提高基于USLE模型的堆积体侵蚀预报精度有重要意义。     

黑土区基准坡长和LS算法对地形因子的影响

该文结合小区实测坡长资料及Mc Cool数据,对地形因子算法中涉及的基准坡长影响和不同算法计算值的特征进行了讨论。研究表明,在坡长较小的情况下,20和22.13 m基准坡长计算得到的坡长因子相差不大,但随着坡度增加,在坡长指数的复合影响下,两者的差异渐趋增大。理论分析表明,坡长指数采用与坡度相关的变值更为合理。通过与实测数据对比发现,修正版通用土壤侵蚀模型(RUSLE)算法中的坡长因子与其更为接近,结合与Mc Cool数据的对比分析表明,研究区坡长指数更适合细沟和细沟间侵蚀比率中等的情形,或者采用RUSLE模型算法计算得到。同时研究发现,张宪奎算法、Moore算法、Desmet算法和B?hner算法计算得到的LS因子值都要比参照值小,而且4种算法与参照值的接近程度依次降低。空间分布特征而言,栅格累计算法总体较为破碎,并在平直坡面出现较多平行分布条带,而含有面积指标的其他3种算法则总体呈现光滑连续特性,但有无数据区域的存在。该结果对于研究区土壤侵蚀模型地形因子算法选择具有一定的现实意义。     

地形因子对紫色土坡耕地土壤侵蚀作用的试验研究

地形因子在坡耕地土壤侵蚀过程中起着重要作用,重庆市紫色土坡耕地的地形具有坡度陡、坡长短的特点。该文采用野外人工模拟降雨方法研究了不同地形因子条件下紫色土坡耕地的产流产沙特征,结果表明:(1)径流输沙率过程与雨强变化表现为具有一定相关性和一致性的动态响应过程,随着坡长增加,产流量增加很快,4m坡长的产流量约为2m坡长的2.7倍;在20.6°坡度以下,随着小区坡度增大,产流量以接近直线的关系增长,在20.6°时产流量增加到最大。(2)相同坡长小区不同降雨条件下的产沙量存在一定波动性,相同坡度和降雨下4m坡长小区的产沙量约为2m小区的1.3倍,经推导,4m坡长坡耕地径流输沙率大致为2m坡长的0.48倍。(3)在相同坡长条件下,坡度与土壤流失量可拟合为二次多项式关系,紫色土坡耕地土壤侵蚀的临界坡度约为22°。研究成果可为重庆市三峡库区坡耕地水土流失量预测和坡耕地综合整治提供参数和依据。     

区域土壤侵蚀定量评价中的坡长因子尺度变换方法

 区域土壤侵蚀研究中,坡度、坡长只能基于中低分辨率DEM提取,但提取的坡度发生衰减,坡长发生扩张。以陕西省延安市及周边地区为研究区,利用国家测绘局生产的1∶25万数字地形图和研究区内典型地区1∶5万数字地形图,在ANUDEM软件支持下,建立了研究区50m分辨率和典型地区10 m分辨率的水文地貌关系正确DEM,利用直方图匹配原理对50m分辨率DEM上提取的坡度、坡长进行变换,并对变换前后坡度、坡长对土壤侵蚀强度的影响进行了评价分析。结果表明,经变换后的坡度整体变陡,坡长整体变短,变换后坡长平均值和累积频率曲线与高分辨率(10m)坡长均较接近,且其空间格局基本保持不变。利用中国土壤流失方程计算坡度坡长均不变换、只对坡度变换、只对坡长变换和坡度坡长均变换4种情况下的土壤侵蚀强度研究结果表明,只对坡长变换时土壤侵蚀强度有所减小,而只对坡度变换和坡度、坡长均变换时土壤侵蚀强度增大,且前者增大幅度较大。说明坡度衰减比坡长扩张对土壤侵蚀评价结果的影响更大,在实际应用中有必要对坡度和坡长都进行变换,以期为土壤侵蚀定量评价提供更加准确的数据支持。     

基于高分7号卫星DEM的坡度坡长计算精度评价

[目的] 坡度和坡长作为重要的地形因子,其计算的准确性直接影响坡面土壤侵蚀模型的评价精度。高分7号卫星的高精度高程测量能力在地形因子的准确提取上具有较大潜力,期望能将其利用到坡度和坡长提取之中,实现对地形的准确表达。这需要对利用高分7号卫星DEM提取坡度坡长的结果进行精度评价。[方法] 利用地形因子(LS)计算工具,对陕西省吴堡县4个小流域高分7号卫星、1∶10 000地形图、激光雷达影像生成的DEM进行坡度、坡长的提取。采用相关系数(r)、相对偏差和绝对偏差作为评价指标,评价高分7号提取地形因子的精度。[结果] 与激光雷达和1∶10 000地形图的坡度和坡长相比,高分7号提取的流域平均坡度偏低7.50%~9.02%,坡长偏大1.83%~19.35%,但坡长和坡度分级的面积比例并不存在显著差异;高分7号提取的坡度结果偏差(16.46%~44.26%)明显小于坡长的偏差(75.25%~140.87%);高分7号所提取的坡度坡长在沟间地上的相对偏差(坡度15.48%~56.63%,坡长50.02%~130.79%)明显低于沟谷地(坡度21.28%~63.61%,坡长93.01%~192.51%)。[结论] 利用高分7号DEM提取坡度坡长时,对于获取坡长坡度面积分级和对指定点的坡度提取时是可行的,而对于指定点的坡长提取时则结果不够可靠,在研究流域中坡长坡度的空间分布上具有较大优势,而提取具体某一位置处的坡长坡度时的优势则不明显。     

^137Cs法估算南方红壤地区土壤侵蚀作用的初步研究

第四纪红色粘土发育的红壤在我国南方地区分布较广 ,不合理的开发和利用导致植被覆盖破坏严重 ,致使该地区长期以来遭受强烈的土壤侵蚀作用。1 37Cs作为一种有效的示踪剂 ,在国内外越来越多地用于中长期 ( 4 0余年 )以来的土壤侵蚀模数的估算。采用 1 37Cs技术 ,研究第四纪红色粘土发育的红壤典型小流域的土壤侵蚀作用。结果表明 ,该流域的1 37Cs基准值为 2 10 7Bq/m2 ;对于表土质地较为粘重的非耕作红壤而言 ,1 37Cs在土壤剖面中呈指数型分布 ;该流域内山坡和山顶非耕作土的 1 37Cs分布深度通常在 15 cm以内 ,而耕作土中则达 3 0 cm ;对于坡度相对较大 ( 5 .5～ 11°) ,植被条件较差的迎风坡非耕作红壤而言 ,其土壤侵蚀模数达 11.2～ 14 .5 t/hm2 · a;对于坡度较小 ( 1.5～ 4 .5°) ,植被条件较好的背风坡非耕作红壤而言 ,土壤侵蚀模数为 0 .3～ 10 .8t/hm2·a;坡上部水作梯田的侵蚀作用比坡下部的水作梯田小 ,且水作梯田比旱作梯田更有利于水土保持。     

紫色丘陵区小流域土壤侵蚀产沙空间分布的137Cs法初步研究

该文通过紫色丘陵区响水滩小流域不同土地利用类型、不同坡度和坡长、不同地貌部位土壤剖面中137Cs含量的测定与分析,对其侵蚀空间分布进行了估算.研究结果表明:该流域137Cs含量的背景值为1870 Bq/m2;流域内坡耕地、林地的年平均侵蚀强度分别为4468、1759 t/(km2·a);土壤侵蚀量与坡长、坡度均指数相关;丘顶、丘坡和鞍部的年平均侵蚀强度分别为2125、4676、3625 t/(km2·a).结果表明土地利用类型、坡长和坡度、地貌部位对土壤侵蚀量影响很大,坡耕地是该流域泥沙的主要来源.     

地边截水地物对黑土区小流域坡长因子计算的影响

[目的]研究地边截水地物对黑土区小流域坡长因子(L)和土壤侵蚀速率(A)的影响,为提高该地区的土壤侵蚀预报精度提供依据。[方法]选取2个小流域,结合野外调查和DEM分析,比较不考虑与考虑地边截水地物情况下的L。[结果]如果不考虑地边截水地物,L平均被高估18%,A平均被高估31%。[结论]在计算黑土区小流域土壤侵蚀速率时,有必要考虑地边截水地物。在其他因素相同的情况下,坡度越大,横坡分布的地边截水地物的间距越小,越要考虑地边截水地物。     

黄土丘陵沟壑区不同雨强下坡长对坡面土壤侵蚀的影响

坡长对土壤侵蚀的影响可能随雨强不同而发生变异,采用岔巴沟流域径流场资料对该问题进行了研究。分析了不同雨强范围下坡长对土壤侵蚀的影响,探讨了坡面土壤侵蚀的临界坡长。结果表明,坡长与土壤侵蚀的关系受雨强效应的影响;团山沟坡面坡长与土壤侵蚀的关系在I30高于和低于0.21 mm min-1表现出不同的规律:当I30≤0.21 mm min-1即小雨强范围时,随着坡长从20 m到60 m的增加,土壤侵蚀模数而逐渐减小,此时,土壤侵蚀模数随坡长的变化趋势与径流模数随坡长变化的趋势相同;当I30>0.21 mm min-1即大雨强范围时,随着坡长从20 m到60 m的增加,土壤侵蚀模数先增加后趋于稳定,土壤侵蚀模数随坡长变化的趋势与径流平均含沙量随坡长变化的趋势相同;坡面土壤侵蚀的临界坡长非定值,是关于I30的函数。     

基于KINEROS2模型的降雨和坡长因子对土壤侵蚀过程影响的研究

以不同坡长(1,5,10,15,20m)径流小区在不同降雨强度(25,50,75mm/h)下人工模拟降雨试验为基础,通过KINEROS2模型对坡面侵蚀过程及侵蚀量进行模拟,对比分析不同坡长、降雨强度及其交互作用对坡面土壤侵蚀过程及侵蚀量的影响,并评价KINEROS2模型的模拟效果及适用性。结果表明:坡长与总径流量呈一元线性关系(R20.990),与总侵蚀量呈幂函数关系(R20.900);降雨强度与总径流量、总侵蚀量之间呈倍数关系增加,且总侵蚀量的增率是总径流量增率的2~3倍;坡长与降雨强度之间存在交互作用,坡长、降雨强度和降雨强度-坡长交互作用与径流量、侵蚀量呈显著相关关系,并在坡面径流和侵蚀过程中表现为正效应。坡面径流量主要受坡长、降雨强度和降雨强度-坡长交互作用三者综合影响。坡面侵蚀量主要受坡长和降雨强度-坡长交互作用的影响极显著,受降雨强度的影响较显著。KINEROS2模型对径流过程的模拟优于侵蚀过程,对总侵蚀量的模拟优于总径流量,说明KINEROS2模型更适于对径流过程及总侵蚀量的模拟。从总体来看,KINEROS2模型对径流小区坡面土壤侵蚀过程及侵蚀量模拟效果较好,说明KINEROS2模型在中国西北干旱半干旱地区小区尺度上有较好的适用性。     

藏东南高寒土坡面细沟水流输沙能力变化特征

为探究高寒土坡面细沟侵蚀过程机理,建立科学的坡面细沟输沙能力因子模型,服务高寒坡面水土流失治理工作,以藏东南高寒土壤为研究对象,采用室内径流放水冲刷试验,探讨不同流量和坡度条件下细沟水流输沙能力特征。结果表明：（1）高寒土坡面细沟水流输沙能力的临界坡长随输沙能力的增加而变短,范围为3.27~8.31 m;坡度在15°~25°时,临界坡长大约稳定在5.0 m;（2）不同坡度下,高寒土细沟水流输沙能力与流量表现为明显的线性正相关关系（T_c=Aq）;小坡度的输沙能力受流量的影响程度大于大坡度;（3）高寒土细沟水流输沙能力与坡度可以用指数方程较好地表示（T_c=-ae^（-S/b）+c）,输沙能力随坡度的增大先快速增大,后逐渐过渡到平稳,当坡度达到15°时增幅平缓;（4）坡面细沟水流输沙能力可以用二元幂函数方程T_c=1697.83S^0.491q^1.043表示。通过本模型与其他模型的比较分析,ANSWERS模型在计算高寒土的坡面细沟水流输沙能力还值得商榷,本试验模型、Lei模型与Gao模型均能较好地模拟高寒区细沟侵蚀输沙能力。     

全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀影响因素及交互作用

为了查明全风化花岗岩地区输油气管道作业边坡坡面水土流失问题,通过野外典型边坡边界条件测量、坡面侵蚀特征冲沟沟深、冲沟截面积数据采集、岩土体取样测试,并结合室内模型降雨试验等方法。结果表明：降雨、坡长、坡度、汇水面积、岩土体特性5种因素均影响全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀。产沙率和产流率随着降雨强度的增大而增大。坡长、坡度、汇水面积与冲沟沟深和冲沟截面积呈正相关关系,且随着坡长、坡度、汇水面积的增大,冲沟沟深和冲沟截面积也在增大。通过取样测试发现,原状土与回填土的颗粒组成相对含量具有较大差异,初始回填土粒度级配为良好土。降雨冲刷初期回填土坡面径流主要携带粉粒和黏粒。5年回填土相对于原状土,孔隙率增加到原来的1.13倍,土体渗透系数增大1个数量级,饱和状态下黏聚力降低为原状土的67.6%,内摩擦角降低为原状土的87.5%。通过查明全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀影响因素及其作用,为后续的边坡治理提供依据。     

坡长对侵蚀产沙过程影响的模拟研究

通过室内模拟降雨试验探讨了坡长对侵蚀产沙过程的影响规律。实验结果表明 ,坡长是影响径流、侵蚀产沙的重要因素 ,径流量与坡长呈线性关系 ,侵蚀量与坡长基本呈指数关系。累积径流量与累积侵蚀产沙量均与降雨历时呈明显的直线关系 ,其斜率随坡长的增加而增大。坡长对侵蚀形态的演化也有重要作用 ,在试验条件下 ,0 .72 mm/ min雨强下 2 .5 ,5 ,7.5 ,10 m坡长小区均未发生细沟侵蚀 ;雨强增至 1.14mm / min时 ,10 m小区发生了细沟侵蚀 ;雨强大于 1.14mm / min时 ,7.5 m以上的小区均有细沟侵蚀发生。细沟发育时 ,坡面径流、侵蚀产沙量猛增 ,水流含沙量也出现了跳跃性增加     

黑土区田块尺度土壤有机质含量遥感反演模型

为了对田块尺度土壤有机质进行空间反演并提高模型精度和稳定性,该文以黑龙江省黑土带41.3 hm~2田块为例,获取2016年5月中下旬两期(受限于拍摄周期和天气原因而选择不同卫星影像,2016年5月17日Landsat 8影像和5月25日Sentinel-2A影像)裸土时期遥感影像和4 m分辨率DEM数据;分析单期影像与土壤有机质(soil organic matter,SOM)的关系,两期影像所包含的土壤含水量变化信息与地形因素对SOM预测模型精度的影响,建立基于BP神经网络的SOM遥感反演模型。结果表明:该田块内SOM含量差异较大;利用单期影像预测SOM时,基于红波段和785~899 nm波段建立的预测模型精度(建模均方根误差RMSE 1.033,检验RMSE 1.079)和稳定性(建模决定系数R2 0.677,检验R20.644)较高;两期影像时,基于红波段和1 570~1 650 nm波段建立的预测模型精度(建模RMSE 0.855,检验RMSE 0.898)和稳定性(建模R2 0.792,检验R2 0.797)显著提高;在两期影像模型基础上,加入地形因子作为输入量,模型精度(建模RMSE 0.492,检验RMSE 0.499)和稳定性(建模R2 0.917,检验R2 0.928)进一步提高。研究成果可为土壤碳库估算和农田精准施肥提供理论与技术支持。     

土石山区径流小区坡长对径流量和侵蚀量影响的研究

以土石山区径流小区所产生的径流量和侵蚀量为研究对象,对在山东省临朐县辛庄试验站径流小区坡长为10m,20m和40m多年的观测资料,分析了坡长与径流和侵蚀的关系.研究表明:不同坡长条件下降雨量与径流量和侵蚀量呈线性关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随降雨量的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,径流量逐渐增加,在P<10mm时20m坡长的侵蚀量大于40m坡长的侵蚀量,在P>10mm时呈相反变化.不同坡长条件下I₃₀与径流量和侵蚀量呈幂函数关系,同一坡长条件下,径流量和侵蚀量随I₃₀的增加而增加,不同坡长条件下,随坡长的增加,侵蚀量逐渐增加,在I₃₀<20mm时20m坡长的径流量大于40m坡长的径流量,在I₃₀>20mm时呈相反变化.     

雨强和坡度对黄土陡坡地浅沟形态特征影响的定量研究

浅沟形态特征是建立陡坡地坡面浅沟侵蚀预报模型的基础。为了定量研究黄土陡坡地浅沟形态特征,在长8 m、宽2 m、深0.6 cm的试验土槽上制作了雏形浅沟,设计了2个降雨强度(50、100 mm/h)和3个浅沟发生的典型坡度(15°、20°、25°),利用模拟降雨和径流冲刷(10 L/min)相结合的试验方法定量分析了黄土陡坡地的浅沟形态特征。结果表明:降雨强度和坡度的增加均加快了坡面浅沟侵蚀过程并使浅沟沟槽宽度和深度不断增加,25°和100 mm/h降雨强度下的浅沟沟槽平均宽度和深度比15°和50 mm/h降雨强度下的分别增加1.40和0.61倍。根据测针板法得到的3 cm×10 cm精度的地表高程值数据,在Surfer软件中生成不同试验处理下的地面数字高程模型(DEM,digital elevation model)及水流流路图等,发现坡度的增加使两侧坡面细沟汇入浅沟沟槽的坡长增大,而降雨强度的增加则导致浅沟沟槽两侧坡面细沟汇入浅沟沟槽的坡长缩短,同时,沟道密度、地面割裂度和浅沟复杂度均随着降雨强度和坡度的增加而呈现增大的趋势,三者分别变化于0.74~1.48 m/m2、0.13~0.29和1.64~2.84之间,而不同降雨强度和坡度条件下浅沟沟槽宽深比变化于0.65~1.27之间。基于不同试验处理下的DEM,根据相邻格网关系在水平方向上计算方向导数后发现,方向导数格网等值线图可以有效地反映坡面浅沟和细沟的长度、表面积及侵蚀最严重的浅沟沟底位置。