崩岗地貌侵蚀过程三维立体监测研究——以广东五华县莲塘岗崩岗为例

2011-2013年,大致以半年为周期,利用Leica ScanStation 2三维激光扫描仪对广东五华县莲塘岗崩岗进行6次野外定位监测,运用ArcGIS软件对6次监测数据进行对比分析,阐明崩岗流域侵蚀产沙的时空变化,提供精细化研究成果。研究结果表明,莲塘岗崩岗年平均侵蚀模数高达222 408t/(km2·a),主要侵蚀区位于海拔111~131m的崩积锥分布区,占侵蚀总量的55.6%,且崩岗中、下部位侵蚀强度高于崩岗上部。崩岗侵蚀量随崩岗表面坡度变化呈现正态分布的特征,侵蚀量最大值位于崩岗40°~50°的坡面部位。单位面积的崩岗侵蚀量大致随崩岗表面坡度的增大而加大,表明崩岗流域内坡度越大,侵蚀越强烈。在6次5个监测周期内,崩岗侵蚀方式具有明显变化,沟道发育是崩岗侵蚀发生的主要触发因素之一。前3个监测周期中,崩岗以沟道快速下切、侧蚀和溯源侵蚀为主,兼有小规模崩塌;后2个监测周期中,崩岗以重力侵蚀为主,侵蚀量先减少后增大。莲塘岗崩岗目前正处于壮年期阶段,地形是崩岗发育的主要影响因素。地形因素导致崩岗水力侵蚀与重力侵蚀交替进行,两者共同作用使得崩岗侵蚀发展过程呈现出螺旋式上升的演化模式。     

基于无人机影像的崩岗侵蚀沟时空变化研究

利用无人机遥测技术和ArcGIS空间分析功能对江西省赣县区典型崩岗侵蚀沟形态及其空间变化特征进行监测.结果表明,无人机低空遥测生产的DEM数据精度可达4mm,能满足崩岗侵蚀沟监测需求;侵蚀沟上游的宽度和深度随侵蚀沟加宽和加深,下游由于泥沙堆积,深度会有一定的减少,形成冲积扇;有崩积体崩塌的部位侵蚀沟的深度由于泥沙堆积会...     

无人机倾斜航空摄影监测崩岗侵蚀量变化的方法

如何高效精确地监测崩岗的动态发育过程并且量化侵蚀量是崩岗侵蚀机理研究中的难点。该文以准专业级无人机对目标崩岗进行倾斜摄影获得的全方位多角度航空影像为基础,通过空三加密处理生成目标崩岗的三维点云模型;利用点云数据构建DTM,提取目标崩岗地形数据;运用多时相连续DEM相减的方法获取监测周期内崩岗的高程变化,计算侵蚀量并找到侵蚀严重的部位,再使用2.5D体积测算方法细化侵蚀严重的崩壁和沟头部位的侵蚀量,以此作为补充,最终获得监测期内的总侵蚀/沉积量体积并换算为泥沙量。最终结果验证的平均相对误差为9.69%,一个月监测周期内最大的绝对误差仅为0.303 3 m3,满足监测要求。因此利用无人机倾斜航空摄影测量的方法监测崩岗侵蚀量是可行有效的,该方法可提取崩岗的所有地形信息,研究侵蚀泥沙的来源和侵蚀过程,是较为快速和精确的崩岗监测手段。     

广东省崩岗形成机理与类型

崩岗是我国南方一种重要的侵蚀类型,广东省的特点是降水量多、暴雨集中、土质粗、抗冲抗蚀性弱、人为活动强烈。崩岗就是在径流冲刷、崩塌和滑坡、水蚀和重力侵蚀相互作用下形成的。崩岗分为四种类型三个发育阶段。     

崩岗堆积土体渗透特性及剖面水分特征——以广东省五华县莲塘岗崩岗为例

[目的]崩岗内部堆积土体是侵蚀的主要物质来源。通过对其渗透过程进行研究,揭示其中的规律性,探索崩岗的侵蚀机理。[方法]采用自制双环渗水试验装置,结合PR2/6土壤剖面水分测定仪,在广东省五华县莲塘岗崩岗野外现场进行渗水试验。[结果](1)崩积锥稳渗率在0.58~2.41mm/min之间,3个试验点平均稳渗率为1.37mm/min,沟道土体平均稳渗率高达5.58mm/min,渗透过程以重力流为主,土体结构稳定;(2)入渗速率与时间成负指数幂函数关系,符合Kositakov模型;(3)初始含水率越高,湿润锋移动速度越快,影响范围越深,稳渗时湿润锋深度在600~1 000mm及以上;(4)土体剖面含水率分布受土体非均质性的影响,自上而下呈波动式下降。[结论]崩岗堆积土体最大失稳深度至少为600~1 000mm,甚至可以达到1 000mm以上,崩积锥的非均质性具有阻渗作用,易形成滞水层并发生潜蚀,对崩岗侵蚀过程产生影响,是渗透研究的重点。     

龛沟是崩岗早期发育的形态标志

为探究我国南方花岗岩红壤地区崩岗的起始标志和发育阶段。在湖北省通城县和广西岑溪市2个典型崩岗区调查崩岗的发育过程。结果表明,2个调查区都存在一种细沟发育而来的龛状浅沟,将其命名为龛沟。龛沟具有3个特征：上游有明显细沟,沟壁陡峭且具有上窄下宽的宽深梯形形态。龛沟主要发生在砂土层裸露、具有一定汇水面积和局地坡度>30°的裸露坡面。龛沟是一种特殊形态的浅沟,其定义、形态和侵蚀营力都不同于常规浅沟、切沟和Amphitheatershaped canyons等沟蚀地貌。龛沟是沟道侵蚀从水力侵蚀为主变为水力和重力复合侵蚀的过程,是崩岗起始发育的启动标志,其发生原因与花岗岩红壤上红（黏）下砂的土层结构有关。以龛沟出现为标志,将崩岗的发育阶段重新划分为早期准备阶段、初期启动阶段、中期发展阶段和后期成熟阶段。龛沟的特点和研究区的崩岗治理效果表明,削坡开级的治理方式不适合在红土层较薄的花岗岩红壤地区使用。龛沟的发现将推进对崩岗早期发育的研究,并为崩岗的预防和治理提供新的理论依据。     

基于CA-Markov模型与ANUDEM内插法的崩岗侵蚀量预估

崩岗是中国南方最为严重的土壤侵蚀类型之一,产生的大量泥沙危害农业生产和生态环境,因此对其侵蚀量的预估是防治该现象的重要途径。崩岗面积较小且侵蚀剧烈,难以应用现有方法预估侵蚀量。该文应用CA-Markov模型和ANUDEM内插法对其高程级别模拟和空间内插,从而实现对崩岗侵蚀量的预估,并以福建省安溪县龙门镇的一处崩岗为例进行实证研究。结果表明：CA-Markov模型适用于对崩岗高程级别的模拟;ANUDEM内插法对崩岗地形的整体还原度较好,但对细节的刻画不够;以经过级别划分和内插处理的高程数据为基期底图计算得的崩岗侵蚀量较符合实际值,且实际侵蚀量越大,模拟精度越高;案例崩岗在一般年景、干旱年景和多雨年景中的年侵蚀量分别为：824.69、731.03和 924.57 m3,不同年景之间侵蚀量的最大差值为193.54 m3,因此在修建崩岗拦沙坝时需考虑不同降雨年景中侵蚀量的差异。研究结果不仅提供了预估崩岗侵蚀量的新思路,还可为崩岗侵蚀的防治工作提供参考依据。     

中国东北漫川漫岗典型黑土区沟道侵蚀特征

[目的] 通过对450 km²黑土区进行实测调查,旨在评估研究区沟道侵蚀现状。[方法] 选取沟道侵蚀严重的450 km²的漫川漫岗黑土区为调查区域,首先在谷歌卫星影像上进行侵蚀沟识别和定位,再对侵蚀沟立体形态进行实地测量。[结果] ①研究区土地利用以耕地为主,耕地、建设用地、林地、草地分别占研究区总面积的85%,8%,6%,1%。②研究区坡耕地占86%,坡度0.25°~3.0°占64%,大于5°的占12%。③共有侵蚀沟1 049条,其中耕地中侵蚀沟577条,占总侵蚀沟条数的55%;沟壑密度1.2 km/km²,按沟壑密度衡量沟蚀强度为中度;沟壑面积比例为2.89%,以此界定沟蚀强度为剧烈。④研究区侵蚀沟平均长度、宽度、深度和面积分别为996,13.1,2.7 m和2.4 hm²。[结论] 漫川漫岗黑土区沟道侵蚀严重,主要危害坡耕地,但侵蚀沟相对较小,易于治理。     

坡度和雨强对花岗岩崩岗崩积体细沟侵蚀的影响

崩积体是崩岗的重要组成部分,具有土质疏松、粗颗粒含量高、坡度大、易侵蚀的特征。该研究利用人工模拟降雨试验,对不同雨强（1.00,1.33,1.67,2.00,2.33 mm/min）和坡度（20°,25°,30°,35°,40°）下的崩积体细沟发生、发育及形态特征进行分析。研究结果表明:发生细沟的时间随着坡度和雨强的增大而缩短;随着雨强的增大,沟头离坡顶的距离越短,沟宽和沟深增大,但细沟密度差异不明显;随着坡度的增大,垂向作用增加,但横向扩张能力相应地降低,造成坡面侵蚀深度增大,宽深比减小;随着雨强和坡度的增大,侵蚀方式从片蚀为主逐渐转变至细沟侵蚀为主;雨强对细沟侵蚀的影响大于坡度。     

江西省赣县崩岗发育的地貌特征分析

崩岗是我国南方红壤区由水力和重力相互作用下土体受破坏而崩塌和冲刷的侵蚀现象。本文以江西省赣县崩岗为研究对象,采取GIS空间分析技术,开展了地貌因子对崩岗发育的影响研究,结果表明:崩岗主要分布在海拔在100~250m以及相对高程在100~200m之间的的低山丘陵区,分别占到崩岗总数量和总面积的77%以上和54%以上,以综合型和活动型崩岗为主;5~25°范围内的斜坡和陡坡是崩岗的高发区域,其数量和面积分别占到了总体的73.23%和72.51%,以综合型崩岗居多;东坡向崩岗数量最多,西坡向崩岗面积最大,并且大部分分布在半阳坡上;除条形崩岗凸形坡数量比凹形坡少之外,均以综合型和活动型崩岗数量最多和面积最大,其他崩岗类型数量和面积相当。崩岗受地貌因子影响显著,具有明显的地貌因子选择性。该研究成果为赣县崩岗水土保持生态修复与治理提供一定的数据支撑和依据。     

极端暴雨下典型小流域重力侵蚀的分布及影响因素

为探究极端暴雨下重力侵蚀分布规律及其环境条件,以2019年"利奇马"台风引发的特大暴雨事件为对象,采用无人机航拍、室内解译等方法,研究了位于暴雨中心的山东省临朐县曾家沟小流域内不同类型重力侵蚀的数量、空间分布特征及其影响因素。结果表明:(1)小流域内发生的重力侵蚀共70处,主要类型为滑坡(49处),其次为泥石流(14处)和崩塌(7处)。(2)重力侵蚀面积、侵蚀量分别与坡度变率、坡度、坡位、高程、坡向和坡向变率呈正相关,与距梯田距离、距道路距离和土地利用类型呈负相关。(3)坡度是影响重力侵蚀的最重要因素,侵蚀易发生在坡度为30°~50°的斜坡。(4)人类活动对重力侵蚀的影响较大,特大暴雨下的严重重力侵蚀多发生在梯田田坎、道路边坡等位置,需将重力侵蚀防治的重心放在加强道路两侧边坡、梯田田坎和坡度>30°的陡坡边坡防护上。研究结果可为应对和预防重力侵蚀灾害提供科学依据。     

延河流域极端暴雨下侵蚀产沙特征野外观测分析

针对黄土高原目前侵蚀环境明显改善条件下能否经受得住极端暴雨事件的考验及可能出现的问题,该文依据在延河6个典型小流域的植被调查及土壤侵蚀监测结果,分析了2013年极端暴雨条件下延河流域不同尺度的侵蚀产沙特征。结果表明,天然乔木(辽东栎和三角槭)植被的平均侵蚀强度1 000 t/km~2,自然灌木植被在1 118.1~1 161.2 t/km~2之间,演替中后期的草本植被在1 245.2~1 827.8 t/km~2之间,而演替中前期的草本植被在3 087.6~4 408.4 t/km~2之间;人工灌木林(2 119.7~2 183.9 t/km~2)比人工乔木林(2 625.7~5 149.6 t/km~2)具有较强的减蚀能力。坡面良好的植被覆盖能有效抵御暴雨侵蚀,小流域坡面平均侵蚀强度基本2 500 t/km~2;但滑坡侵蚀占主导地位,占各小流域侵蚀总量的49.0%~88.5%,特别是距暴雨中心较近流域的南部2个小流域的滑坡侵蚀可达7 290.3和7 424.9 t/km~2左右。不同小流域内有6.4%~18.3%的侵蚀量淤积在沟道里;延河甘谷驿以上不同河段的淤积量为13.2~145.2万t,平均占总侵蚀产沙量的15%。延河甘谷驿控制区的侵蚀产沙强度变化在2 326.7~7 774.4 t/km~2之间,其中强度为5 000~8 000 t/km~2的面积占59.3%。因此,加强沟间地径流蓄排措施,减轻坡面径流下沟对沟坡重力侵蚀的影响,是土壤侵蚀研究与防治中值得重视的问题。     

晋西黄土区蔡家川小流域切沟的空间分布及形态特征

为了掌握切沟的空间分布及发育特点,实现小流域综合治理中切沟治理措施的精准对位配置,该研究以晋西黄土区吉县蔡家川小流域为对象,利用Quickbird影像和数字高程模型（DEM）对流域内370条切沟的形态特征和空间分布进行了提取和解译,并对其中40条切沟进行实地调查验证,采用核密度指标探讨切沟在小流域内的空间分布特征,分析坡度、坡向、高程等地形因子对切沟空间分异特征的影响。结果表明：1）蔡家川小流域内农地、果园的主要分布区（东北部和东南部）是切沟的高聚集区,而在人工林为主的中上游区属于中密集区;2）切沟数量、密度、频度和规模均随坡度增加呈现先增大后减小的趋势,坡度阈值为25°。 5°～25°的坡面切沟广泛发育,数量占研究区的71.5%,密度、频度也远高于其他坡度的坡面;3）切沟密度和频度的坡向分异与流域走向有关。切沟密度北坡最大（3.03 km/km2）,东坡最小（0.86 km/km2）,切沟频度西北坡最大（12.7条/km2）,东坡最小（6.1条/ km2）。南北向的切沟规模明显大于东西向;4）切沟数量、密度、频度随海拔增加呈现先增大后减小的趋势,在海拔为1 000～1 200 m的坡面上切沟数量占77%,海拔为1 100～1 200 m的坡面上切沟密度最大（2.17 km/km2）,海拔为1 000～1 100 m的坡面上切沟频度最高（15.5条/ km2）。随海拔升高切沟逐渐向大型化发展,沟道越发平缓,下切侵蚀逐渐减弱。研究结果可揭示流域切沟发育的重点地形以及在地形上的共性特点,为黄土区小流域切沟治理提供依据,可为科学认知切沟空间分布提供参考。     

7·26暴雨下不同土地利用坡面浅沟沟槽发育特征及体积估算

为明确黄土高原"7·26"特大暴雨下不同土地利用坡面浅沟沟槽形态发育特征,该文以黄土高原沟壑区岔巴沟流域为研究对象,采用实地的方法,研究休闲地、农地和撂荒地坡面浅沟沟槽侵蚀形态特征和沟槽体积估算。结果表明:1)休闲地、农地和撂荒地浅沟沟槽发育宽度集中分布在30～70cm、深度集中分布在20～60 cm、断面面积集中分布在0.05～0.25 m~2;沟槽平均宽度分别为46.46、47.41和43.11 cm,深度为47.11、36.06和41.47 cm,断面面积为0.23、0.17和0.19 m~2,其中,休闲地坡面沟槽深度和断面面积均显著高于农地(P0.05)。2)休闲地和农地的宽深比均为浅沟上坡段下坡段中坡段,而撂荒地为下坡段上坡段中坡段;三者宽深比均大于1且农地平均宽深比显著高于休闲地和撂荒地(P0.05),即3种土地利用坡面沟槽的横向侵蚀速率高于沟底下切速率。3)休闲地、农地和撂荒地坡面浅沟沟槽平均侵蚀体积分别为5.9、3.26和4.5m~3,其中,休闲地地侵蚀体积显著大于农地(P0.05)。4)3种土地利用坡面浅沟沟槽侵蚀体积可分别采用浅沟长度的线性函数、幂函数和指数函数进行估算。     

特大暴雨下不同土地利用类型坡面切沟发育特征

切沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区水土流失的重要形式之一，然而极端暴雨条件下不同土地利用类型坡面切沟侵蚀研究还鲜见报道。该研究以陕北2017年"7·26"特大暴雨为例，研究了岔巴沟流域3种土地利用类型（农地、休闲地和撂荒地）坡面切沟发育形态特征及体积估算模型。结果表明：1）农地、休闲地和撂荒地切沟长度分布在20 m内的占比分别为55.6%、34.8%和44.8%；农地切沟平均深度为110 cm，分别比休闲地和撂荒地高18.3%、19.2%；农地和休闲地切沟平均宽深比分别为0.87和0.84，横断面呈"宽-浅型"，而撂荒地切沟呈"方型"（宽深比1.01）。2）撂荒地切沟侵蚀体积分别比农地和休闲地减少47.8%和28.3%，表明植被恢复有效地削弱了极端暴雨作用下的切沟侵蚀。3）农地切沟不同坡段侵蚀体积由高到低为下坡、上坡、中坡，而休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积沿坡长方向呈递增趋势；3种土地利用类型切沟在上坡段的沟岸拓宽速率大于下切速率，中下坡则相反。4）农地、休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积均与切沟长度、横断面面积呈极显著幂函数关系（P<0.001），横断面面积是切沟体积估算更为有效的参数。研究结果可为黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用类型坡面切沟侵蚀体积估算及其防治提供重要依据。     

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。     

基于历史卫星影像估算黄土丘陵区冲沟发育速率

沟谷侵蚀是黄土高原河流泥沙的主要来源,对土地资源的破坏性极大.为评估黄土高原丘陵沟壑区冲沟的中长期发育速率,该研究选取黄土高原丘陵区第一副区绥德县枣林坪流域为研究区,使用1968年的KH-4B卫星影像、2021年高分7号卫星影像及立体像对,估算近53年来冲沟的发育速率,探究冲沟体积-面积关系.结果表明:1)在35条调查...     

降雨冲刷下黄土堆填边坡土水参数变化规律

黄土区城市工程建设产生了大量黄土堆填边坡,因其结构松散,缺乏必要防护,水土流失严重。该研究基于野外调查,设计室内堆填边坡降雨冲刷模型试验,分析其侵蚀破坏过程中含水率和基质吸力的响应变化规律,结合水土动力学原理,分析了降雨切沟侵蚀阶段沟坡坍塌破坏机理,并揭示了坡度对侵蚀产沙量的影响。结果表明：1）随坡度增大,坡顶含水率饱和速率加快,边坡基质吸力响应速率先增后减,且在40°范围内响应速率最快,在此坡度附近需更加注重坡面防护和坡脚排水。2）切沟侵蚀阶段,沟坡坍塌破坏为水力-重力复合侵蚀过程,且坡度越大,越容易达到临界破裂角,沟坡重力侵蚀现象越普遍。3）黄土堆填边坡在极端降雨条件下,其临界坡度在41°附近。该研究成果可为黄土区工程堆积体的地质灾害防治及水土流失综合治理提供理论支持。     

使用高分遥感立体影像提取黄土丘陵区切沟参数的精度分析

为了研究高分立体像对测量黄土丘陵区切沟参数的适用性,选取陕北黄土区合沟小流域,以三维激光扫描全站仪获取的数据为参照值,分析使用GeoEye-1高分遥感立体像对测量切沟参数的精度,得到如下研究结果.1)刃沟面积、周长、沟长和沟宽等线状和面状参数平均测量误差分别为3.58 m2,0.55 m,0.13m和-0.10 m,其中面积、周长和沟长的百分误差主要集中在5％以内,沟宽百分误差主要分布在10％以内.2)切沟三维参数沟底宽、最大沟深、平均沟深的平均测量误差分别为-0.67、0.14和-0.46 m.截面积和体积的平均误差分别为-6.30 m2和-54.01 m3.最大沟深的百分误差主要集中在30％以内,沟底宽、平均沟深、截面积和体积的百分误差则主要分布在50％以内;相较于三维激光扫描的切沟,立体像对提取的切沟沟底形态误差较大,主要是沟底宽和平均沟深偏小.3)切沟规模越大,切沟体积、截面积和沟底宽的测量值偏小的幅度越大.但是,切沟体积测量误差与切沟体积之间可以建立较好的线性回归模型,在缺少其他测量手段时,可以使用该模型对测量误差进行校正.总体上看,高分立体遥感为切沟线状和面状参数测量以及切沟体积测量提供了新的方法,为黄土丘陵区沟蚀监测提供了便捷、且相对可靠的数据源.     

东北典型黑土区侵蚀沟形态及分布特征

东北黑土区是中国最重要的粮食生产基地之一,同时也是中国四大水蚀区之一,其中沟道侵蚀是水蚀发生的主要形式,掌握东北黑土区沟道侵蚀的基本情况,剖析其形态及分布特征,对于分析东北黑土区沟道侵蚀的成因及水土流失治理至关重要。该研究以典型黑土区嫩江县为研究区域,利用航空遥感影像及1∶5万DEM对区域内侵蚀沟进行普查统计,并分析侵蚀沟的沟宽、沟长、纵比降等形态特征,以及海拔、坡度、坡向等地形因素对侵蚀沟分布的影响,为黑土区侵蚀沟的治理提供理论依据。研究结果表明:1)沟道侵蚀主要分布在丘陵区,沟道类型以切沟为主,冲沟影响面积仅次于切沟,研究区以小于500 m的侵蚀沟为主,数量及面积分别占总数的96.67%、61.99%;2)侵蚀沟的沟宽与沟长为正相关,纵比降与沟宽、沟长为负相关;3)坡向对各类型侵蚀沟的分布影响较小,坡度对侵蚀沟的分布有一定影响,细沟和浅沟主要分布在2~6°和6~15°的坡面上,而切沟和冲沟则主要分布在0~2°、2~6°的坡面上,90%以上的细沟和浅沟、80%以上的切沟、冲沟发生在耕地上;4)嫩江县冲沟地形阈值模型拟合表明嫩江县冲沟发生的临界坡度较小,较小的坡度就能对坡面形成冲刷,出现冲沟的发生发育,而模型中主导径流过程的参数数值较小,表明嫩江县冲沟的产生可能受到地下过程的影响。