应用三维激光扫描监测崩岗侵蚀地貌变化——以广东五华县莲塘岗崩岗为例

崩岗复杂的地形及其动态发育过程是崩岗监测关注的重点和难点。三维激光扫描技术具有高精度、非接触性、穿透性、快速性等特点,能够突破传统监测手段的空间限制,有效获取崩岗地形的细部特征。在介绍基本原理和应用现状的基础上,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连续3 a共6次实地监测。选择2011-06-03和2012-05-12两次监测结果,通过ArcGIS对数据进行处理分析。结果表明：莲塘岗崩岗体积侵蚀量为1 007 m³/a,年侵蚀量为1 380 t,侵蚀模数为269 268 t/（km²·a）,崩岗中下部位侵蚀强度高于上部。侵蚀最强烈地带出现在中下部海拔高度为111~116 m和116~121 m的崩积锥分布部位,侵蚀量分别为202和178 m³/a,崩积锥土体松散,极易在片流和股流作用下出现侵蚀,崩积锥快速侵蚀导致崩壁加高,使得崩岗呈现出越高越陡的态势。此外,在崩岗下部96~101 m和101~106 m两个区段的侵蚀作用也比较强烈,侵蚀量分别为151和157 m³/a,这一高程区为多条支沟汇合后的主沟道段,每年雨季水力侵蚀十分强烈,沟道侧蚀加宽和下切加深,进一步加速崩岗的重力侵蚀过程,致使莲塘岗崩岗仍处于快速侵蚀和崩壁加高变陡的壮年期阶段。三维激光扫描连续监测结果的对比分析,不但能够定量得到崩岗侵蚀量及地形的变动信息,还可进一步探究侵蚀泥沙的来源及其精细的空间分布特征,是崩岗监测较为理想的先进技术。     

黄土高原小流域重力侵蚀稳定可靠度分析

在应用有限差分FLAC3D软件对黄土高原小流域概化模型塑性屈服区分布规律进行数值模拟的基础上,采用基于FLAC3D的有限元强度折减法和简化一次二阶矩法相结合的方法研究了小流域概化模型重力侵蚀稳定可靠度和破坏概率。结果表明：小流域剪切塑性区域主要分布于坡面和沟坡大部分区域,张拉塑性区域主要分布于梁峁顶和梁峁坡上部;小流域边坡整体破坏概率达到28.6%,高于1%,表明流域重力侵蚀处于高破坏概率范畴之内,处于不可接受的风险水平,需采取适当的工程措施以提高其稳定性;采用安全系数法和可靠度相结合的二元指标评价体系分析和评价边坡稳定性,能获得更为合理、可靠的分析结果。相关数值模拟和稳定可靠度分析结果可应用于流域重力侵蚀研究中,为推动流域侵蚀产沙时空规律研究的深入发展和小流域水土流失综合治理提供科学依据。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

黄土坡面不同侵蚀带侵蚀产沙关系及其机理

黄土梁峁坡面土壤侵蚀具有明显的垂直分带性,不同侵蚀带具有各自的侵蚀产沙特点,且彼此相互影响,坡面侵蚀产沙分配受降雨强度和降雨能量的制约,随着雨强和降雨能量的增加,坡面侵蚀产沙量的最大部位由细沟侵蚀带向浅沟侵蚀带过渡,坡面侵蚀产沙强度变化的本抽为侵蚀方式的演变,坡面复合侵蚀带的径流模数明显小于对应的单一侵蚀带径流模数,而其侵蚀模数则明显大于对应的单一侵蚀带侵蚀模数,溅蚀片蚀带的来水来沙可吏细沟侵蚀带     

基于无人机倾斜摄影技术的崩岗动态变化监测

利用无人机倾斜摄影技术,对德庆县马圩镇典型崩岗区域进行2016和2017年连续2年的动态监测,结合ArcGIS软件对数据进行处理分析,分析了崩岗在空间上的变化特征。结果表明：1）研究区域2017年崩岗总面积比2016年增加16 401.2 m²,变化率为10.21%,说明研究区的崩岗仍处于发育状态;2）研究区西南偏南方向的崩岗面积减少最明显,总体侵蚀最严重的坡向集中在南向;3）崩岗侵蚀最为强烈的部位发生在海拔高程51~60 m和81~90 m处,整体侵蚀呈现出中下部位大于上部位的现象;4）研究区崩岗近2年的年侵蚀体积量为1 172.68×10³ m³。无人机航测数据的质量能够满足无人机摄影测量的规范要求,与传统调查方法相比时效性更高、更方便和成本更低。     

坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响

通过室内放水冲刷试验方法,研究了坡沟系统坡面不同草被覆盖度及空间配置下,坡沟系统侵蚀产沙变化过程及特征。结果表明,放水流量较小时,覆盖度越高,侵蚀产沙量越小;坡面草被不同空间配置下的产沙量大小依次是：坡上部 > 坡中部 > 坡下部。大流量时,不同草被覆盖度间的产沙量差异增大,不同草被空间配置下的产沙量变化规律不十分显著。沟坡产沙比随坡面草被覆盖度的增加呈指数增加,大流量比小流量下的增加幅度要大。坡面草被布设在坡下部时,其对沟坡侵蚀的危害最大。坡沟系统侵蚀产沙变化过程是增加-稳定-下降,其变化的阶段性不如单一坡面明显。     

全球视野下崩岗侵蚀地貌及其研究进展

典型的崩岗具有“圆形露天剧场”般的沟头,发育在深厚的红色花岗岩风化壳上,通常包括集水坡面、崩壁、崩积体、沟道、洪积扇5个地貌组成部分;崩壁自上而下可分为表土层、风化红粘土层(红土层)、风化砂质红粘土层(砂土层)、风化粗碎屑层(碎屑层)。中国的崩岗与马达加斯加的lavaka属于同类地貌,两者具有地貌学上的可比性。崩岗群是劣地的表现形式之一,但与欧洲的badland有不同的侵蚀过程,也不同于意大利和巴西的两种沟谷侵蚀地貌calanchi和vocoroca。崩岗主要发育在华南和东南热带和亚热带湿润季风气候区中等偏缓的丘陵坡地上,由沟谷侵蚀发展而成,是沟谷侵蚀的高级阶段。崩岗沟道侵蚀产沙量占崩岗沟谷流域侵蚀产沙量的一半以上,其中沟道沟壁崩塌侵蚀产沙量与沟床下切侵蚀产沙量又各占崩岗沟道侵蚀产沙量的一半左右。野外人工模拟降雨试验是研究崩岗流域侵蚀、产流和产沙过程的有效手段。崩岗流域侵蚀产沙量可以通过崩岗沟谷和洪积扇地形测量加以估算。     

新丰江水库消涨带岸坡侵蚀研究

水库消涨带是随水库水位涨落不时出没的库岸，坡面裸露，泥沙侵蚀强度大，生态环境恶劣。本研究采用野外点定观测方法，研究了新丰江水另消涨带花岗风化泥沙侵蚀机理，实测各类坡面的侵蚀模数，估算了总侵蚀量，并把塌岸与陆上花岗岩石风化壳的崩岗和滑坡发生机理作比较。     

新丰江水库消涨带岸坡侵蚀研究

水库消涨带是随水库水位涨落不时出没的库岸,坡面裸露,泥沙侵蚀强度大,生态环境恶劣.本研究采用野外定点观测方法,研究了新丰江水库消涨带花岗岩风化壳泥沙侵蚀机理,实测各类坡面的侵蚀模数,估算了总侵蚀量,并把塌岸与陆上花岗岩风化壳的崩岗和滑坡发生机理作比较.     

东北低山丘陵典型区侵蚀沟分布特征及其地形影响研究

东北低山丘陵区是重要的粮食主产区和商品粮基地,高强度的农业垦殖造成了严重的水土流失,侵蚀沟危害日益加剧。选择东辽河上游106.5 km²的区域为研究区,基于分辨率2 m的遥感影像,在GIS人工预判读侵蚀沟的基础上,野外实地验证并测量了研究区内长度≥50 m、且深度≥0.5 m的侵蚀沟的几何参数与经纬度;基于DEM获取了侵蚀沟所在坡面的坡度、坡向和高程等空间信息;分析了研究区侵蚀沟的基本特征与时空演化趋势,探讨了坡度和坡向对侵蚀沟发育的影响。结果表明：① 目前研究区已形成侵蚀沟322条,分布密度为3.0条/km²,沟壑密度为0.8 km/km²,割裂度为1.4%,侵蚀沟发展速度快,沟蚀强度已达强烈程度,应引起足够重视。② 侵蚀沟主要分布在6°~9°的坡耕地上,坡度对沟蚀的影响明显,坡耕地高强度垦殖是沟蚀加剧的主要驱动力;③ 阳坡（S、E）上侵蚀沟分布相对较多,而阴坡（N）上侵蚀沟分布最少,坡向对沟蚀也有一定影响。研究成果为认识东北低山丘陵区侵蚀沟发生与演化提供了科学数据。     

细沟侵蚀影响因素和临界条件研究进展

细沟侵蚀是坡耕地时常发生的一种侵蚀形式.细沟侵蚀对坡面土壤侵蚀产沙有重要贡献,而且是坡面侵蚀由面蚀向沟蚀发展的过渡.本文分析了细沟侵蚀影响因素和临界条件研究取得的进展和存在的不足.影响细沟侵蚀的主要因素有降雨径流、土壤、地形、土壤表面特征和土地管理等因素,其中,前4者有多种指标来表征其效应,而土壤表面特征的影响还处于定性研究阶段.坡面需要达到特定的临界条件才可能发育细沟,细沟发生临界条件的研究主要从临界径流条件、临界土壤条件和临界地形条件等角度出发,各临界条件并非定值,而是关乎其他因素的综合指标.最后,本文对今后细沟侵蚀影响因素和临界条件研究可能的研究内容和方向进行了展望.     

黄土陡坡裸露坡耕地浅沟发育过程研究

根据黄土陡坡地浅沟地形特征参数,在室内人工建筑浅沟发育初期的雏形模型,研究浅沟发育不同阶段沟头溯源侵蚀、沟壁扩张和沟槽下切变化规律,分析浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的贡献。结果表明,浅沟发育不同阶段对应于不同的浅沟侵蚀过程。浅沟发育初期,沟头溯源侵蚀、沟壁扩展和沟床下切均相对活跃,且溯源侵蚀速率大于沟壁扩张速率和沟床下切速率;浅沟发育中期,以沟槽下切和沟壁扩张为主;浅沟发育后期,以沟壁扩张为主,但沟壁扩张速率明显小于浅沟发育的初期和中期阶段。浅沟发育初期和中期阶段,浅沟侵蚀量占总坡面侵蚀产沙的58%;浅沟发育后期,浅沟侵蚀量占总坡面侵蚀产沙的26%~59%。     

东北典型丘陵漫岗区沟谷侵蚀动态及空间分析

以黑龙江省克山县为例,分析1954年和2000年侵蚀沟密度变化,探讨研究区土壤侵蚀的时空动态变化,并以侵蚀沟密度变化值为依据进行不同分区侵蚀因素的耦合分析。结果表明:过去46年间,克山县东南部侵蚀沟密度趋于减少,西北部侵蚀沟密度增大。1954～2000年侵蚀沟密度变化值在侵蚀减弱区与高程和坡度呈负相关,在侵蚀增强区呈正相关。随着坡长增加,侵蚀沟密度变化量呈增加趋势。侵蚀沟变化与坡长相关性最大,R²达0.9743,其次为高程,R²为0.6893,与坡度的相关性最小,R²为0.3437。结果表明,高程和坡度不是东北丘陵漫岗地区土壤流失的主要影响因子,坡长是该区侵蚀的一个重要影响因子。土地利用结构变化与土壤侵蚀强度变化密切相关,耕地面积大幅度增加与草地面积明显减少加速侵蚀沟发育。     

黄土坡面细沟侵蚀过程的REE示踪

利用REE示踪技术探讨了坡面细沟侵蚀的发育过程。试验结果表明：在细沟发育过程中，各坡段细沟侵蚀量呈动态变化趋势；细沟发育过程可以分为起始、发展、稳定3个阶段，在不同阶段，侵蚀方式、发育特征迥异。总的看来，在坡顶部、上部、中部、下部4个坡段上，细沟发育过程中，坡面下部的侵蚀量较大。但随着放水流量的增加，坡面上部侵蚀量的比重增加。由于溯源侵蚀，最下部坡段的相对侵蚀量从92％减少到37％，呈显著下降趋势，其它3个坡段则分别从4．7％、0．25％、2．14％增加到29％、17％和23％。试验结果还表明，REE示踪法不仅可定量测定不同坡位的侵蚀量，还可以揭示冲刷过程中各坡位相对侵蚀量的变化趋势。     

坡长对坡耕地侵蚀产沙过程的影响

模拟降雨试验结果揭示出随着坡长增加,径流与侵蚀产沙量越大。当坡长小于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时关系明显呈线性,其斜率随坡长增加而渐陡,当坡长大于１５ｍ时,累积侵蚀模数与降雨历时明显是非线性关系;坡长是导致细沟侵蚀的重要因素。细沟发育时,其侵蚀产沙量大约是坡面或细沟间的２－５倍;当细沟趋于稳定时,与无细沟发育的坡面水流含沙量值类似。在４０ｍ坡长小区,其单位时间侵蚀模数与２５ｍ坡长小区无明显差异,水流含沙量并无明显增加,显示出当坡长大于临界坡长时的变化过程规律。利用等高植物篱或等高地梗减少坡长有效值,可以大大降低单位面积上的土壤流失量。     

山前洪积扇坡面细沟侵蚀跌坑特征的试验研究

跌坑的出现是坡面侵蚀过程中的重要现象,标志着细沟侵蚀正在发育,跌坑的贯穿标志着细沟的形成。采用土槽冲刷模型试验,选取流量、坡度、冲刷时间和坡面形态作为影响跌坑发育的因子结合正交试验调查了不同试验条件下跌坑发育特征及影响因素。结果表明：影响跌坑发育的因素主次为冲刷时间、流量、坡面形态、坡度;跌坑沿坡面连续分布,深度具有波动性,沿坡向下呈现先增大后减小的趋势,最大值一般发育在坡面中部;根据跌坑的发育特征将坡面细沟侵蚀划分为片蚀、细沟雏形、细沟发育和细沟调整四个阶段;坡面细沟侵蚀跌坑深宽积与土壤侵蚀量具有较显著线性关系。研究结果对输油管线水毁及水土流失防治具有一定的参考价值。     

1961—2015年雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力

降雨是土壤侵蚀的主要动力,也是风水蚀复合区沙漠化的主要驱动力。研究降雨侵蚀力时空变化对雅鲁藏布江流域土壤侵蚀的监测、评估、预报和治理具有重要意义。利用1961—2015年雅鲁藏布江流域8个气象站日降雨量气象资料,采用趋势系数、气候倾向率、MK检验等研究方法对雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力时空变化进行分析。结果表明:雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力平均值为758.1 MJ·mm·hm^-2·h^-1,变差系数Cv值为0.29,趋势系数r值为0.3140。空间分布呈现由东向西逐渐递减的特点,东部可达2 000 MJ·mm·hm^-2·h^-1以上,最西部仅为200MJ·mm·hm^-2·h^-1。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力总体呈波动上升趋势,其中嘉黎和波密站年降雨侵蚀力上升趋势明显,日喀则、泽当站年降雨侵蚀力呈下降趋势。通过MK检验及滑动T检验得知,流域内年降雨侵蚀力在1982年发生突变,年侵蚀性降雨突变不显著。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力与侵蚀性降雨相关性显著。     

坡面侵蚀水沙流时间变化特征的模拟实验

多坡段实验模型以黄土丘陵沟壑区垂向上梁峁坡面与沟谷坡面构成的坡沟系统为原型,采用人工降雨模拟实验方法,对坡沟系统土壤侵蚀链内降雨径流产沙随时间变化的规律进行了系统的研究。结果表明:雨强29 7mm/h时36′40″开始产流,60 5mm/h时3′43″产流,90 2mm/h时2′30″产流。雨强29 7mm/h时侵蚀过程以面蚀为主,产沙起伏20min出现一次。60 5mm/h时以面蚀与细沟蚀为主,35°陡坡伴有崩塌、滑塌等重力侵蚀,产沙波动平均12min出现一次。雨强90 2mm/h时坡面上细沟发育充分,有细沟合并及出现浅沟侵蚀现象,35°坡崩塌、滑塌剧烈,产沙过程波动频繁,每10min一次。雨强29 7mm/h时单位流量的产沙量为0 10kg/L;雨强60 5mm/h时为0 30kg/L;雨强90 2mm/h时为0 41kg/L。流量的大小影响了侵蚀方式和形态分异的程度,使产沙过程出现强弱相间的波动性特点。     

黄土丘陵沟壑区坡面径流侵蚀产沙过程的环境解释

应用数量分类(TWINSPAN)和排序(DCCA)方法对陕北吴起县典型坡面侵蚀产沙过程进行了环境解释。结果表明：环境因子对土样侵蚀产沙量的解释量达83%,其中DCCA排序轴前4轴的解释量占总排序轴解释量的69%,且分别与坡位、土壤质量、海拔、干根重显著相关。坡面径流侵蚀产沙量随冲刷时间呈波浪式变化,环境因子对侵蚀产沙过程影响甚微。坡面径流侵蚀产沙量按地形部位表现为梁峁顶<梁峁坡<沟坡<沟底,按地类则表现为灌木林<针阔混交林<针叶纯林<阔叶纯林。     

国内外道路侵蚀研究回顾与展望

道路引起的径流汇集及道路侵蚀的不断演化常常是沟蚀加剧的诱因,未铺装路面上形成的侵蚀沟及坡面侵蚀来沙在路面上的堆积,也会严重影响正常交通运输。国内外许多学者已从不同角度关注道路侵蚀。文章回顾近20年来国内外有关道路侵蚀的研究工作及所取得的成果,分析目前研究存在的主要问题。针对中国侵蚀环境特征及侵蚀产沙特点,对未来道路侵蚀研究工作开展进行展望。