DEM提取地面平均坡度误差的量化模拟

研究选取陕北黄土丘陵沟壑区、黄土梁峁丘陵区、黄土低丘区以及黄土破碎塬区 4种地貌地区作为试验样区 ,采用高精度 1∶ 1万比例尺 5 m分辨率的 DEM为基准数据 ,应用比较分析、回归分析和相关分析等方法研究黄土高原不同分辨率 DEM提取地面平均坡度精度的量化估算方法 ,所得到的精度计算数模表达式经验证具有很好的应用前景 ,也为建立全国范围的通用表达式提供了重要的方法依据     

不同坡度径流小区产流产沙监测结果初报

相同土壤在同一降雨条件下,影响土壤侵蚀的因素是地形及植被。用粮农组织推荐的径流小区观测方法,经过2年对不同坡度上同一耕作方法和同一作物的侵蚀测定表明:10°～24°之间随坡度增大土壤侵蚀量增加,24°～35°之间随坡度增加土壤侵蚀增加趋势不大;径流系数也有同样反映。洋芋是陕北的主要作物,但洋芋作物地中的水土流失量大于其它作物地,甚至在陡坡26°时大于对照裸地。水平沟耕作栽培是一种有效治理措施,它在微地形上改变了地面坡度及坡长,有明显的截流保持水土效益,2年试验结果比坡地传统耕作减少土壤流失量60.3%。     

地形因子与DEM分辨率关系的初步研究——以蒙阴县为例

以蒙阴县为研究区探讨坡度、坡长、坡向、汇水面积随DEM分辨率的变化.基于1:5万地形图利用ANUDEM建立多种分辨率的DEM.分辨率水平包括10,15,20,25,30,40,50,75,100,150,200,250,300,400,500,750,1000 m,基于上述DEM提取坡度、坡长、坡向、汇水面积,探讨其随分辨率的变化规律.结果表明:随分辨率降低,平均坡度呈对数函数衰减,坡度向低坡度范围集中,平均坡长增大且在高分辨率范围内较剧烈,坡长向较长坡长范围集中,分辨率200 m以坡向统计信息受分辨率降低的影响小于10%.随DEM分辨率降低平均汇水面积呈线性增大,且不同汇水面积等级所占面积的变化规律不同.     

弃土场侵蚀产沙模拟试验研究

鉴于目前很多学者对弃土场的研究,主要集中在室外天然降雨和人工模拟降雨监测上,而在室外由于受到工程建设时限和其他因素制约,并不能对各影响因素做定性研究的实际,利用室内模拟降雨对弃土场侵蚀产沙过程进行模拟试验研究,寻求侵蚀产沙规律及主要影响因素。试验结果为:弃土坡面侵蚀沟出现时间随降雨强度的增加而缩短;产沙量随降雨强度的增加而增加,但在雨强较小情况下,坡面产沙量最初随降雨的持续而逐渐增加,达到一个峰值后,便开始减少,并趋于稳定,而在大雨强条件下,坡面产沙量随降雨的持续呈波动增加状态,侵蚀量增加较快;在同一降雨强度条件下,坡面产沙量随坡度的增加而增加。     

DEM水平分辨率对流域特征提取的影响分析

在基于数字高程模型（DEM）的流域地形分析中,栅格DEM的分辨率对分析结果具有很大的影响。以舒城县内面积为7.9 km²的龙潭小流域作为研究区域,分别对分辨率为5 m×;5 m～50 m×;50 m的10幅DEM数据进行流域特征提取和分析,计算地形指数并分析其分布特征。研究表明:在小流域尺度上,DEM分辨率的变化对流域面积、最长河道长度等参数影响不大,对河道总长度、河网密度及平均坡度等参数有较大影响,对流域特征的提取影响规律为DEM分辨率越低,提取的流域特征越粗糙;且分辨率低于15 m的DEM计算出的地形指数值较为离散、概率分布曲线形状较之5 m分辨率DEM的地形指数概率分布曲线有明显不同,表明分辨率低于15 m的DEM对小流域水文地形信息的反映较差,为小流域尺度水文模型DEM数据适宜分辨率选取提供一定的理论依据。     

攀枝花干热河谷区坡面产流产沙研究

为探明金沙江干热河谷区水土流失现状,采用自然降雨事件下10个径流小区的观测资料,研究了2013—2017年不同坡度(10°、12°、15°、20°)和不同土地利用类型(坡耕地和休闲地)条件下的四川省攀枝花市盐边县干沟水利水保综合试验场径流小区产流(径流深)和产沙(土壤侵蚀模数)变化特征。结果表明:坡耕地和休闲地径流小区径流深多随坡度的增加呈现先增加后减少的变化趋势,在坡度12°时达到最大值,同时在相同坡度条件下径流深表现为休闲地>坡耕地;在相同坡度条件下,休闲地径流小区的土壤侵蚀模数多高于坡耕地小区;坡耕地径流小区土壤侵蚀模数与径流深在不同坡度下均呈显著正相关关系。     

密云水库上游流域次降雨坡面产流产沙特征

以北京市密云县石匣小流域为研究区,利用2006-2010年连续5 a的坡面径流试验小区观测资料,运用统计方法,分析了密云水库上游流域的降雨、产流产沙特征以及在不同土地利用和不同坡度条件下,降雨量、降雨强度与产流、产沙之间的关系。结果表明:1)该研究区域水土保持治理措施实施的关键时间为每年的7、8月份,当降雨量大于10 mm时,应注意采取水土保持措施;2)在裸地、耕地和林地条件下,高雨量、中雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型,在草地条件下,中雨量、高雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型;3)中雨量高雨强型降雨条件下,林地的减流效益最好,低雨量低雨强型降雨和高雨量中雨强型降雨条件下,耕地的减流效益相对较低,草地和林地的减流效益差异不大;在3种不同雨型条件下,耕地、草地和林地的减沙效益差别不大;4)裸地条件下,降雨量与产流量间的关系更为密切,尤其在14.4°坡面下相关性最高;耕地条件下,产流量与降雨量的相关性较好,产沙量则与降雨强度的相关性较好,11.4°的坡面产流量、产沙量与降雨因子间的相关系数最高;草地条件下,降雨强度与产流量间的关系较为密切;林地条件下,产流量、产沙量与降雨因子间的相关性均不显著。研究结果可为密云水库上游水土保持措施及农业面源污染管理措施的科学实施提供依据。     

基于SWAT模型的三峡库区大宁河流域产流产沙模拟及土壤侵蚀研究

为研究三峡库区大宁河流域土壤侵蚀的状况和特点,应用SWAT模型对大宁河流域进行了产流产沙模拟,并基于SWATCUP工具中的SUFI-2方法对模型进行了参数敏感性分析、校正、验证和不确定性分析(2008—2010年为校正期,2011—2013年为验证期),进而分析了流域内土壤侵蚀状况和不同土地利用、土壤类型和坡度对土壤侵蚀的影响,并提出了土壤流失超标区域防治措施。结果表明:(1)校正后的SWAT模型在大宁河流域产流模拟中,校正期和验证期的p-factor值分别为0.89和0.75,r-factor值分别为0.75和0.69,R~2分别为0.92和0.91,NS分别为0.87和0.91;在产沙模拟中,校正期和验证期的p-factor值分别为0.90和0.95,r-factor值分别为1.04和1.05,R~2分别为0.77和0.75,NS分别为0.74和0.72。构建的SWAT模型适合大宁河流域产流产沙模拟和土壤侵蚀状况研究,且不确定性满足要求。(2)整个大宁河流域2008—2013年的平均侵蚀模数为468.88t/(km~2·a),总体土壤侵蚀强度属于微度,但在局部子流域(1,2,3,4,22)的土壤侵蚀强度属于轻度,超过了流域土壤流失容许量500t/(km~2·a),其面积占整个流域的37.44%。(3)导致轻度土壤侵蚀区域土壤流失超标的因子包括土地利用类型中的耕地和草地、土壤类型中的深色淋溶土和饱和黏磐土以及坡度25°的耕地和草地,其中饱和黏磐土所占面积过多可能是导致轻度侵蚀区域土壤流失超标的最主要原因。建议在轻度土壤侵蚀区域,对饱和黏磐土、坡度25°的耕地和草地进行一定比例的退耕还林和退草还林。     

坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究

 选用处于黄土高原的山西省吉县蔡家川刺槐覆盖坡面的表层土壤,栽植刺槐幼林后进行人工降雨模拟试验,对比研究不同坡度对刺槐覆盖坡面和裸露坡面的产流和侵蚀产沙的影响。结果表明:当降雨强度一定时,在一定的坡度范围内,随着坡度增加,开始产流时间提前,径流的速度加快,树冠截留率减小,径流量增大,侵蚀量、含沙量增加;刺槐林树冠截留率与坡度的关系为I=29.556α-0.311（R2=0.9874）;刺槐覆盖坡面侵蚀量与坡度之间的关系为W=0.116 84α3.005 9（R2=0.9795）;同一坡度条件下,裸露坡面比刺槐覆盖坡面径流平均速度高15%～25%,径流量高15%～48%,侵蚀量高10%～117%,平均含沙量高55.5%～133.0%。     

基于SWAT模型的中尺度流域产流产沙模拟研究

以黄河下游小花间（小浪底-花园口）区域洛河卢氏水文站以上流域为研究区,在GIS技术支持下,应用分布式模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）进行了流域产流产沙模拟。采用卢氏水文站1992～1997连续6年的实测月均径流和泥沙数据对模型进行了校准:在模型校准过程采用自动数字滤波技术将径流总量划分为直接径流和基流,并分别对直接径流和基流进行了校准,以达到径流总量的拟合,在此基础上对流域泥沙负荷进行了校准;采用1998～1999连续2年的实测月均径流和泥沙数据对模型的适用性进     

模拟降雨条件下坡度与地表糙度对径流产沙的影响

通过室内模拟降雨试验,研究坡度与地表糙度对土壤侵蚀的影响。根据研究区坡耕地特点,试验共设计5个坡度,分别为9°,12°,15°,20°,25°,设计雨强为1.0mm/min,降雨历时为60min。结果表明:(1)5个坡度下坡面径流总量表现为先增大后减少,在20°与25°坡面表现出显著性差异,地表糙度变异率降幅为12°9°25°15°20°;(2)次降雨产流量与坡度、糙度变异变率呈显著指数函数关系;(3)5个坡度其坡面产沙量表现为先增大后减少,产沙量在坡面梯度为3°的坡面之间以及20°与25°坡面间存在显著性差异,说明坡度对产沙量有显著影响;(4)次降雨产沙量与坡度、糙度变异变率呈极显著线性关系;(5)次降雨量、产沙量与坡度、糙度变异变率的回归关系均优于分别与坡度、糙度变异变率的回归关系。研究成果为揭示水蚀过程中坡度与地表糙度对侵蚀的作用机理提供了参考。     

含沙量对高陡边坡径流水动力学特性的影响

[目的]揭示含沙量对高陡边坡水动力学特性的影响,为高陡边坡土壤侵蚀机理模型精度的提升提供理论支撑。[方法]设定3个含沙梯度(0,4%,8%)和3个放水梯度(12,16,20 L/min),在36°坡面进行野外径流冲刷试验。[结果]随着放水流量的增大,平均流速随着含沙量增加而减小的趋势较小,雷诺数Re随着含沙量增加而减小的趋势较明显;当放水流量为16,20 L/min时,随着含沙量的增加,坡面流态均由紊流向过渡流发展;弗汝德数Fr随着含沙量的增加而增大,且均大于1,坡面径流流态属于急流。阻力系数f与雷诺数Re呈极显著幂函数关系(p<0.01),随着含沙量的增加,雷诺数Re对阻力系数f的影响逐渐减弱。含沙量与平均流速、雷诺数、阻力系数、水流剪切力和水流功率呈极显著负相关关系(p<0.01),相关系数绝对值大小顺序为R(Re)>R(ω)>R(τ)>R(ν)>R(f),雷诺数Re是描述水动力学参数与含沙量关系的最佳参数,含沙量与弗汝德数Fr关系不显著,与雷诺数、水流功率、水流剪切力以及流速间的关系可用二元线性函数表示。[结论]含沙量对高陡边坡水动力学特性具有...     

黄土高原南部地区人工模拟暴雨条件下不同坡度谷子坡耕地产流产沙过程

以谷子坡耕地为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探究不同生育期谷子在不同坡度下对坡耕地坡面侵蚀过程的影响,揭示黄土高原地区坡耕地侵蚀过程特征和机理.根据试验区现行退耕还林(草)政策、降雨特点及谷子生长特性,在80 mm/h降雨强度和4个坡度(3°,5°,10°,15°)条件下分别对4个生育期(幼苗期、拔节期、抽穗期、灌浆...     

植物篱措施对紫色土坡耕地产流产沙及微地形的影响

基于遂宁水土保持试验站坡耕地2012—2016年次降雨和径流输沙数据,定量分析了自然降雨下植物篱对坡耕地产流产沙及微地形的影响。结果表明:植物篱小区总径流深是对照小区的80%~84%,总冲刷量是对照小区的34%~44%,植物篱减沙作用优于减流。对照小区(Ⅱ小区和Ⅴ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均极显著相关(P0.01);植物篱小区(Ⅰ小区、Ⅲ小区和Ⅳ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均呈正相关,其中径流深与降雨量极显著相关。各雨型间产流产沙差异不显著,其中植物篱对A型雨(大雨强、短历时)减流减沙效果优于B型雨(中雨强、中历时)和C型雨(小雨强、长历时)。定植植物篱后,篱带前出现泥沙淤积带,15°香根草(Ⅰ小区)、10°香根草(Ⅲ小区)和10°新银合欢(Ⅳ小区)平均坡度分别演变为11.97°,7.73°和7.89°,香根草植物篱的效果较明显,植物篱使得坡耕地梯田化发展。     

植大豆对坡耕地径流侵蚀产沙的影响

作物是坡耕地最重要的地被物,为了解作物覆盖下坡面土壤侵蚀的发生发展,以大豆(Glycine max)作物为对象,采用人工模拟降雨方法,对大豆不同生育期坡面的产流产沙进行研究。结果表明,与裸地相比,大豆在其全生育期内平均可减少径流量31.43%,减少土壤流失量54.84%。大豆覆盖下坡面产流产沙量随大豆生长逐渐降低,其产流产沙过程的波动性逐渐降低并趋于稳定。大豆植株的存在可使坡面稳定入渗速率较裸地平均提高了约109%,有效增强了坡面土壤的入渗能力。通过对坡面土壤流失比率的计算,表明种植大豆条件下的土壤流失比率由幼苗期的0.79降低至始粒期的0.24,其与大豆叶面积指数呈指数函数关系。大豆对坡面土壤侵蚀具有较强的抑制作用,且对泥沙的拦截作用强于对径流的拦蓄作用。     

降雨类型对地表微地形空间变化及产流、产沙的影响

采用人工模拟降雨试验的方法,分析延迟型和减弱型2种雨型下紫色土地表微地形的空间变化特征,探讨其对地表产流过程和侵蚀产沙的影响.结果表明,随降雨时间的推移,地表高程波动范围缩小并集中于(-5)～5 mm之间,高程变化的最大值多出现在坡面中下部;延迟型降雨下,地表衰退所占面积比例分别为48.56％,45.28％和63.14％,减弱型降雨下分别为38.59％,36.58％和35.12％,前者第4,5级水系起始点向坡面上部迁移,后者起始点稳定在坡面中部.不同雨型下径流总量差异较小,但延迟型降雨侵蚀量高于减弱型降雨35.83％.     

数字高程模型精度与地表拟合方法对坡度计算的影响

 以数字地图为基础,以日本早池峰山地域为研究对象,研究不同地表拟合方法及DEM精度对坡度计算的影响:1)最小曲面法、逆距离法和剖面法3种不同的地表拟合方法对基于DEM计算的坡度影响很小。2)DEM精度对基于其计算的坡度有相当大的影响,随着DEM精度的降低,计算出的平均坡度变小。3)DEM精度对不同坡度级别有着不同的影响。这种影响按坡度大致可以分为3种类型:当坡度为0°～10°时,采用低精度的DEM将低估测面坡度,使这一坡度级面积增加;当坡度为10°～35°时,采用低精度的DEM将过高地估侧地面坡度,使这一坡度级面积减少;当坡度大于35°时,DEM精度对坡度的影响很小,坡度的频率分布随着DEM精度变化基本维持不变。     

降雨类型与坡度对棕壤垄沟系统产流产沙的影响

为深入理解棕壤垄作坡耕地的土壤侵蚀机理,利用1.60 m×0.53 m的试验土槽,设计2个降雨类型,即增强型(70～70～100～100 mm/h)和减弱型(100～100～70～70 mm/h),以及2个坡度(9°和18°)的人工模拟降雨试验。每个雨型分2个阶段(阶段I、阶段II),每个阶段进行相同雨强的2个场次降雨,每个场次降雨历时20 min。结果表明:(1)雨强对径流量呈显著影响(P0.05),100 mm/h雨强下的径流量70 mm/h时的径流量。在减弱型雨型下,坡度对径流量影响显著(P0.05),而增强型雨型下在不同阶段坡度对径流量的影响不同。(2)雨强对产沙量的影响显著(P0.05),在阶段Ⅰ降雨中,100 mm/h雨强下9°和18°坡面的平均每分钟产沙量分别为70 mm/h雨强下的23.98,9.07倍。在70 mm/h雨强下,坡度对产沙量的影响显著(P0.05),而100 mm/h雨强下不同阶段坡度对径流量的影响具有差异性。(3)100 mm/h雨强在不同雨型中出现的时序对产沙量影响不显著(P0.05);在70 mm/h雨强下,产沙量整体较小,基本在15 g/min以下。同一雨强在不同雨型中的时序对径流量均存在显著影响(P0.05)。(4)总径流量从大到小依次为:9°减弱型18°减弱型9°增强型18°增强型;总产沙量从大到小依次为:18°增强型18°减弱型9°减弱型9°增强型。不同雨型下,雨强发生改变后,累计径流量和累计产沙量增加速率和雨强的改变具有一致性。     

模拟径流条件下覆沙黄土坡面产流产沙过程

基于可调控的放水冲刷试验,模拟风水复合侵蚀区典型覆沙黄土坡面,研究不同径流条件下覆沙黄土坡面产流产沙过程。通过室内放水冲刷试验,采用3个放水流量(5,10,15L/min)和5个覆沙厚度(0,5,15,25,35mm)研究覆沙黄土坡面产流产沙过程。结果表明:覆沙坡面能够延长产流时间,且随覆沙厚度的增大而延长,不同放水流量条件下5,15,25,35 mm覆沙坡面的产流时间较黄土坡面分别延迟了1.29~1.46倍,1.66~2.5倍,2.32~3.76倍和3.64~4.72倍;覆沙坡面相对黄土坡面其产沙贡献率大于产流贡献率,在相同放水流量条件下,覆沙坡面的径流总量是黄土坡面的1.05~1.8倍,而产沙总量是黄土坡面的1.6~7.5倍;覆沙坡面在不同放水流量条件下,产流0~5min内,覆沙坡面产流率增长速率明显高于黄土坡面,而在后25min覆沙坡面与黄土坡面的产流率增长速率基本一致;在整个产流阶段,覆沙坡面的产流率波动程度显著高于黄土坡面。随着放水流量的增大,覆沙坡面的初始产沙强度显著增加;但在同一放水流量前提下,随着覆沙厚度的增大初始产沙强度增强不显著。不同放水流量和不同覆沙厚度条件下坡面产沙强度总体上表现为先剧烈增大后降低然后逐步达到平稳状态,且覆沙坡面产沙强度的波动性明显活跃于黄土坡面。覆沙坡面能够破坏水流的稳定性,在一定程度上加剧了土壤侵蚀。     

不同空间分辨率DEM提取坡度不确定性研究

运用信息论与统计学一些指标及比较分析的方法,以1∶1万DEM为研究对象。定性地分析了在黄土丘陵沟壑区DEM空间分辨率对所提取的坡度信息的不确定性影响,并建立了定量的计算公式。研究提出了不同分辨率提取坡度面积的误差评价指标,并找到了一个经验公式,该公式可以根据现有误差计算所需要的分辨率大小,这可以在保证坡度信息精度条件下减小数据量,节约成本。