黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征

[目的]探究60mm/h雨强下不同耕作坡面在溅蚀阶段的微地形变化特征,为黄土坡地水土保持耕作方式布设提供科学依据。[方法]在室内人工模拟降雨试验的基础上,采用激光扫描量测方法分别获取溅蚀前后4种不同耕作方式(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作、耙磨整平)黄土坡面微地形相对高程,并对能反映微地形变化的高精度M-ΔDEM进行了分析。[结果]不同耕作措施下坡面微地形均具有较弱的空间变异,其空间分异主要受耕作措施的影响;降雨对微地形具有一定的夷平效应,且不同耕作坡面在1~1.3m尺度范围内均表现出侵蚀平衡现象;不同耕作微地形对溅蚀均具有阻滞作用,其中人工掏挖和等高耕作具有较强的水土保持作用。[结论]微地形水系分维能较好地反映复杂的微地形特征,而坡面耕作方式是溅蚀过程中微地形时空变异分布状况的控制性因子。     

基于人工神经网络的坡面土壤侵蚀研究

 基于坡面土壤侵蚀产沙的复杂非线性特性,引用3层前馈型BP网络建模方法,对不同耕作措施坡面土壤侵蚀产沙进行模拟,模型输入层变量数为5个,分别代表降雨强度、坡度、坡长、土壤前期含水率和土壤容重,输出层变量为次降雨土壤侵蚀产沙量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到的不同耕作措施(等高耕作、人工掏挖、人工锄耕和直线坡)坡面土壤侵蚀产沙实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果。该模型的建立与求解,为复杂坡面土壤侵蚀规律的研究提供了一条新途径。     

坡耕地上耕作形成的微地形复杂度特征与分析

以黄土高原普遍采用的3种耕作措施下形成的微地形为研究对象,即人工锄耕(AH)、人工掏挖(AD)和等高耕作(CT),试验坡度为5°,15°,25°,试验雨强为60 mm/h,通过GIS技术建立不同微地形数字高程模型(M-DEM)的基础上,结合高程条带法对其空间复杂度特征及其变化进行研究.结果表明:(1)不同耕作措施下的地表粗糙度大小依次为CT＞AD＞AH;(2)降雨过程对微地形起伏度有显著影响.在降雨之前不同耕作措施下的微地形起伏度大小依次为AD＞AH＞CT,而在90 min雨后,微地形起伏度大小依次为CT＞AD＞AH.(3)微地形沟壑深度、高程变异系数与微地形起伏度的变化规律相似.在建立M-DEM的基础上,高程条带法是定量研究不同耕作措施下坡面微地形复杂度特征的有效途径.     

坡面入渗的人工神经网络模型研究

根据野外人工模拟降雨试验得到的不同耕作措施下坡面土壤入渗实测资料，引入人工神经网络建模方法，建立了不同耕作措施，如等高耕作、人工掏挖、人工锄耕和直线坡条件下坡面入渗BP网络模型，并利用实测资料对网络进行了训练和预测，取得了较好的结果，说明该模型的建立与求解为复杂坡面土壤入渗规律的研究提供了一条新途径。     

坡面水系工程技术应用研究

坡面水系工程是引导坡面径流、控制坡耕地水土流失的根本措施 ,将不同形式的坡面水系工程有机地结合起来 ,可截短坡面流水线 ,拦截地面径流 ,防止坡面冲刷 ,起到滞洪、沉沙、保护坡面水土资源和土壤肥力的作用。介绍了常见坡面水系工程设计要点     

坡面水土保持措施的减沙水代价分析

水土保持措施在减少土壤侵蚀的同时也会减少地表径流,减沙水代价可以直观说明不同措施同步影响径流和泥沙的差异。根据黄土高原沟壑区西峰、天水的农地径流场多年观测资料,统计分析不同耕作措施及生物措施的减沙水代价。结果表明:不同耕作措施和生物措施减沙水代价受最大30 min降雨强度(I30)和坡度影响较大,呈显著负相关;对于耕作措施和生物措施,当I30分别大于0.29和0.48 mm/min时,坡度与措施减沙水代价表现出较好的指数函数关系;耕作措施减沙水代价表现为防冲沟>浅耕>深耕,防冲沟较深耕高33.8%;各生物措施减沙水代价表现为低秆作物和高秆作物玉米/黄豆间作>单作低秆作物扁豆>中高秆作物冬小麦/荞麦轮作。     

黄土丘陵区冻土坡面侵蚀过程特征研究

为了探究黄土丘陵区未冻坡面和冻土坡面在不同径流坡长条件下侵蚀之间的差异,在室内进行模拟冷冻和放水冲刷试验,采用3种径流坡长(2 m,4 m和6 m)和2种坡面类型(未冻坡面和冻土坡面),定量研究了未冻坡面和冻土坡面的产流产沙过程和水沙关系。结果表明:(1)未冻坡面和冻土坡面的初始产流时间均随着径流坡长的延长而缩短,在相同径流坡长条件下,冻土坡面的初始产流时间较未冻坡面减少;(2)未冻坡面的平均产流量与平均产沙量和冻土坡面的平均产沙量均随着径流坡长的延长而增大,而冻土坡面的平均产流量随着径流坡长的变化无显著差异;(3)未冻坡面产流率和产沙率的关系分为缓慢和急速增加两个阶段,而冻土坡面的产沙率则随着产流率的增大而增大;(4)累积产流量与累积产沙量之间呈正相关关系,参数c的绝对值与径流坡长呈正比,并且冻土坡面大于未冻坡面。土壤冻结后使初始产流时间大大缩短,径流量的增加伴随着冻结土壤的不断融化导致冻土坡面侵蚀加剧。     

晋西黄土残塬沟壑区塬坡坡面土壤水分特征研究

对黄土残塬沟壑区塬坡坡面土壤水分规律的研究结果表明:整地方式对坡面土壤含水率有较大影响,采取整地坡面的土壤含水率明显高于同等条件下没有采取整地措施的自然草坡;坡度与坡向对坡面土壤含水率亦有较大影响,相同下垫面条件下,坡度小的阴坡土壤含水率要远大于坡度大的阳坡的土壤含水率;就整地、坡度、坡向三者对坡面土壤含水率的影响程度来看,坡向影响最大,其次为坡度和整地方式。     

基于微尺度下DEM的黄土坡耕地地表坑洼特征研究

坑洼特征是坡耕地地表微形态的主要特征之一,这一特征可以明显地增加土壤入渗量,延缓地表径流产生时间,从而有效地减少坡面侵蚀量。在水力学上,将这种坑洼的蓄水量称为填洼量。吴发启等研究表明,填洼量具有强化土壤入渗,提高雨水转化为土壤水的比率的作用。Darboux等研究表明,在降雨过程中,地表填洼量可以影     

黄土丘陵沟壑区欧李人工林对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响

[目的]研究中国特有经济作物欧李对坡面土壤性质的影响,为其在黄土丘陵沟壑区推广种植提供参考依据。[方法]布设5块立地条件不同的试验样地,在汛期前后,分别对各样地土壤相关指标进行测定,利用PSD分形模型及EPIC土壤抗侵蚀模型,定量分析欧李对坡面土壤颗粒分形维数及抗侵蚀能力的影响。[结果](1)在汛期,欧李人工林对坡面土壤黏粒具有显著的拦截作用,鱼鳞坑式欧李林可有效保护坡顶处土壤,水平阶式欧李林在坡中、坡底位置可有效拦截径流中的土壤细颗粒并富集黏粒;(2)坡面土壤分形维数与土壤砂粒含量呈显著负相关,相关系数为-0.611;与土壤黏粒含量呈显著正相关,相关关系为0.770;(3)欧李林的种植可降低研究区土壤可蚀性因子K值,提高土壤抗侵蚀能力,不同整地方式下欧李林对土壤可蚀性因子K值的影响效果总体表现为:水平阶鱼鳞坑自然坡;(4)土壤可蚀性因子K值与土壤的有机质和黏粒含量呈极显著负相关,相关系数分别为-0.957,-0.928;与土壤容重、砂粒含量和粉粒含量呈显著正相关,相关系数分别为0.704,0.667,0.512。[结论]种植欧李对黄土丘陵沟壑区控制坡耕地黏粒流失,提高土壤有机质含量,优化土壤结构,增强土壤抗蚀能力具有积极的意义。     

汇流强度、坡度及侵蚀泥沙颗粒分形对工程堆积体坡面侵蚀的影响

为了探讨汇流强度、坡度和侵蚀泥沙颗粒分形对堆积体坡面土壤侵蚀的影响,选用3种土壤(风沙土、红土、塿土),4个汇流强度(8,12,16,20 L/min),在3个坡度(28°,32°,36°)堆积体坡面上进行野外径流冲刷模拟试验.结果表明:(1)汇流强度和坡度的交互作用对坡面平均流速的影响最大.3种土壤坡面流流速均随汇流...     

陕北黄土坡面微地形土壤物理性质研究

陕北黄土坡面由于侵蚀等原因使坡面不平整,形成了各种微地形,造成了土壤物理性质的差异。对黄土高原丘陵沟壑区的微地形土壤物理性质进行了调查分析。结果表明,研究区内5种微地形与原状坡相比较,塌陷、切沟、浅沟、缓台的土壤物理性状均有所提高,而陡坎的各项性能比原状坡有所降低,主要表现在0—20cm土壤。土壤容重在0—20cm由大到小的顺序为：原状坡〉陡坎〉缓台〉浅沟〉切沟〉塌陷。土壤含水量、最大持水量、田间持水量和毛管持水量表现出比较一致的变化趋势,塌陷、缓台、切沟和浅沟这4种微地形孔隙和水分状况均高于原状坡和陡坎。土壤的总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的变化趋势和土壤持水性能的变化趋势一致。通过对5种微地形物理性质进行灰色关联度分析发现,其灰色关联度由大到小的顺序为：塌陷〉切沟〉浅沟〉缓台〉陡坎〉原状坡。     

泥石流粒度分维值的初步研究

运用分形理论,提出泥石流粒度分维的概念及其计算方法。根究泥石流粒度分析结果,分别求解泥石流形成区原始土体粒度分维、流体粒度分维和堆积物粒度分维,并分析它们与泥石流体颗粒机械组成和流体性质方面的相互关系。泥石流粒度分维值为泥石流形成、运动和堆积特征以及流体性质提供了可供参考的指示意义。     

黄土丘陵不同土地利用方式下土壤颗粒组成及其分形维数特征

采用野外采样与室内分析方法,运用颗粒体积分形理论,研究了黄土丘陵区4种土地利用方式下的土壤颗粒组成及其剖面特征。结果表明,4种土地利用方式下的土壤理化性质差异显著,表层土壤除全磷外化学性质总体表现为天然林人工林草地坡耕地,容重坡耕地草地人工林天然林,50—100cm土壤性质差异减小。土壤以粗粉粒为主,除粗砂粒外,土地利用对其余各粒级含量影响显著,层次性不明显,坡耕地和草地小粒级含量高于天然林和人工林。黏粒和粉粒含量与有机质、全氮极显著负相关,与容重极显著正相关;砂粒与有机质和容重极显著正相关,与容重呈极显著负相关。土壤颗粒组成分形维数为2.52~2.74,各层次坡耕地和草地之间没有显著差异,但显著高于人工林和天然林,随着土层加深坡耕地呈缓慢降低趋势,草地、人工林和天然林呈缓慢增加趋势。土壤分形维数与黏粒和粉粒和容重显著正相关,与砂粒、有机质、全氮显著负相关,与全磷无显著相关性。综上所述,黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤颗粒组成差异较大,草地和林地相对于坡耕地大颗粒含量明显增多,小颗粒明显减少。     

陕北黄土区阳坡微地形土壤水分特征研究

采用定点动态监测的方法对陕西省吴起县合沟流域内的阳坡微地形土壤含水量进行了对比研究。结果表明:(1)微地形土壤水分的季节变化滞后于降雨的季节变化,其对土壤含水量的影响旱季大于雨季;(2)在0—180 cm土层中,随着土层深度的增加,微地形土壤含水量呈增加的趋势,变异系数减小;(3)微地形不同土层的土壤含水量具有差异,在0—20 cm土层,所有微地形土壤含水量均大于对照坡面,土壤含水量呈现:缓台>塌陷>切沟>陡坎>浅沟;20—80 cm土层土壤含水量则表现为:切沟>缓台>塌陷>陡坎>浅沟>坡面;80—180 cm土层中,土壤含水量最大的是缓台,坡面、浅沟、切沟土壤含水量相差不多,陡坎土壤含水量比坡面略小,塌陷土壤含水量最小。     

等高犁耕对黄土坡耕地坡形与坡度的影响

为了明确等高犁耕条件下黄土坡耕地地形与坡度的变化特征,基于6个坡度(3°,5°,10°,15°,20°,25°)和5个耕作强度(6,12,18,24,30次)的组合,开展模拟耕作试验,利用测针法获取耕作后地表高程数据,探讨耕作强度和坡度对黄土直线形坡演化特征的影响。结果表明,在等高向下犁耕条件下,不同坡度的直线坡随着耕作强度的增加逐渐向“∽”形复合坡演化。同一坡度下,随着耕作强度的增加,坡脚延伸,整体小区投影坡长增大,坡脚高程增加幅度大,堆积现象明显,坡度大幅度减小;坡中高程增加,逐渐抬起坡度减小;坡顶形成的新分水岭的高程和位置随之减小和向下推移,直接侵蚀速率逐渐减小且趋于稳定。坡度通过影响土壤运动能力控制耕作时土壤的分布。因此坡度越大,单次耕作后坡形的变化越明显,直接侵蚀速率越大。研究结果有助于更加深入了解耕作侵蚀对坡耕地地形的影响,为控制坡耕地土壤侵蚀提供理论依据。     

泥石流堆积物粒度分维的讨论

在泥石流堆积物粒度分维原计算方法的基础上,改变研究对象和应用条件,进一步完善了计算方法,并对两种方法下求得的粒度分维进行比较.实例证明,利用改进后方法得到的粒度分维与泥石流堆积物土体的机械组成更相吻合,同时也反映了泥石流的搬运能力和破坏能力,体现了泥石流更多的特征.该研究是对泥石流堆积物土体机械组成和分形特征研究的补充,对泥石流堆积物特征和分形理论的研究都具有一定意义.     

陕北黄土区缓台土壤水分空间变异性

陕北黄土区坡面微地形土壤水分的空间变异性分析对近自然植被恢复具有重要意义。对不同规模的缓台微地形土壤水分数据进行了测定和分析。结果表明:(1)面积大小不同的缓台土壤水分有着明显的差异,总体呈面积越大水分条件越好的趋势。(2)土壤水分变异系数在0—60cm土层深度呈现:小规模缓台(100m2)大规模缓台(1 000m2)中规模缓台(100~1 000m2)的规律,并且随着土层的加深,缓台土壤水分变异系数有减小的趋势。(3)在大规模缓台的内部,土壤水分在纵坡向上的变异系数要高于横坡向。通过对大规模缓台内部0—60cm土壤水分数据做地统计学分析,球状模型被选为最优的半方差理论模型。由克里格插值生成的土壤水分分布图表明,在缓台与其上部陡坎微地形连接处的土壤水分条件要优于缓台其它部位的水分条件。     

北京地区表层土壤分形特征研究

土壤是一种具有分形特征的复杂系统.分形维数可以反映很多土壤特性.本研究考虑了7种土壤类型、4种土地利用类型,在北京地区选取了30个典型样点,对复杂地理环境表层土壤的分形特征进行了分析,探讨了分形维数与土壤质地、土壤理化性质等方面的关系.研究结果表明,在复杂地理环境条件下,土壤颗粒分形维数总体变异性较弱;分形维数与黏粒含量呈显著正相关,与(砂粒含量+粉粒含量)和黏粒含量的比值呈显著负相关.分形维数可以反映土壤质地,但仅可指示部分重要土壤的理化性质.     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。