基于DEM影像的黄土区域地形自动分割及沟头识别

进行区域地形的自动分割和地理对象的识别提取,对于现代地理分析具有重要意义。该文运用影像分析方法,以中国黄土高原的典型地貌区为实验区,提出了基于DEM影像的地形自动分割和沟头识别方法。在黄土区域地形分割中,以沟谷分支点为种子点,以地表剖面曲率特征分析结果为生长准则,实现了沟间地、沟坡地、沟底地的区域自动分割;在沟坡地形自动分割的基础上,运用面向对象的目标分类识别思路,结合对象的地形和水文特征,进行了沟头对象的自动识别。实验结果表明:地形自动分割结果精度均大于90%,沟头对象的识别准确度为88.27%,验证了该文方法的有效性和可靠性。     

在降雨侵蚀中黄土地面坡度变化的高分辨研究

运用近景数字摄影测量方法,获得在不同人工降雨时段黄土模拟小流域高精度、高分辨率的DEM数据,并以地面坡度及其组合形态的变化为切入点,通过对比分析和理论验证,探讨黄土小流域降雨侵蚀过程中地面坡度变化特征,在更宏观空间尺度和高分辨的时间尺度上,揭示黄土地貌形成与发育特征。研究结果表明：1）在较好地维持黄土的土壤结构与抗蚀特征,较真实地模拟自然降雨的条件下,模拟流域地面的变化能很好地反映自然地面的发育进程。2）在降雨侵蚀过程中,黄土小流域地面坡度呈现持续性变化规律,平均坡度在地貌发育幼年期呈加速增长趋势,到了壮年期增长幅度呈递减性变化;坡度组合以侵蚀临界角度为轴点呈持续逆转变化,侵蚀临界坡度单元所占面积基本保持稳定。3）黄土地面坡度的变化,一方面受地表物质被侵蚀和迁移程度的影响,另一方面,也是沟间地、沟坡地和沟底地空间面积重新分配的结果。     

岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

利用高精度GPS动态监测沟蚀发育过程

基于5次连续模拟降雨试验对坡面沟蚀发育过程的模拟和ArcGis9.0空间分析功能,利用高精度GPS动态监测坡面沟蚀发育过程,估算沟蚀发育不同阶段的侵蚀量,分析误差产生的原因及提高精度的途径.结果表明,在高精度GPS测量生成的沟蚀发育不同阶段的5期图像上展现的侵蚀形态与实拍相片完全一一对应,完美反映了坡面侵蚀形态的空间分布及其变化.高精度GPS测量能很好地估算坡面侵蚀量,侵蚀量估算值与实测值之间的误差随沟蚀形态的发育而逐渐减少,5次测量估算的侵蚀量平均误差为7.38%.GPS测量过程中所产生的误差可以通过划分统一测量区域,适当增加测量点,特别是增加对沟壁和沟床的测量点及后期数据处理进行纠正.     

崩岗侵蚀沟的时空侵蚀特征及预测

崩岗是水力和重力复合的土壤侵蚀类型,严重危害我国南方地区的农业生产和生态环境。侵蚀沟对崩岗的侵蚀过程以及地貌变化起着关键作用。本研究以福建省安溪县龙门镇一处崩岗为研究区,以无人机获取的正射影像和高程数据为基础,通过采点重构坡面提取出侵蚀沟,然后对其进行时空动态分析,得到侵蚀沟的时空侵蚀特征;然后将其侵蚀特征与CA-Markov模型耦合,通过修正转移概率矩阵以及制定空间分配规则,构建崩岗侵蚀沟模拟模型。研究结果表明:降雨量与侵蚀沟的侵蚀强度呈正相关,强降雨利于侵蚀沟的下切侵蚀,弱降雨则有利于沟沿的重力崩塌;坡度对侵蚀沟的侧切和下切具有促进作用,沟道距离和坡面高度则对下切和堆积具有抑制作用;由面积差异率0.18和Kappa系数0.81验证了崩岗侵蚀沟模拟模型的精度;在对该崩岗侵蚀沟2018-12-02空间分布预测的基础上,得到其年侵蚀量和侵蚀模数,分别为653.9 m~3和340 606 t·km~(-2)·a~(-1)。研究结果为探索崩岗侵蚀过程提供了新思路,并为崩岗侵蚀的防治工作提供了参考。     

银武高速公路同心至固原段边坡面蚀试验分析

为研究高速公路边坡面蚀,选择银武高速公路同心至固原段固原立交2.5 km范围作为研究区段,根据不同公路边坡类型和防治措施设置6个观测小区,采用插钎法测定坡面的面蚀量,同时由虹吸式自记雨量计记录降雨量。分别测定和计算了降雨量、降雨历时、平均降雨强度、前期降雨量4个因子。分析结果表明,降雨对坡面面蚀的制约关系十分明显。影响面蚀量的主要降雨因子是降雨量和平均降雨强度,面蚀量与降雨量和平均降雨强度呈现极显著和显著的正相关关系,面蚀量与降雨因子中的前期降雨量呈现一定的负相关关系。采用强迫引入法,建立了面蚀量与降雨因子主成分的回归方程。     

东北漫岗黑土区切沟侵蚀发育特征

随着人们对土壤侵蚀空间尺度认识的加深, 发育在更大空间尺度上的切沟愈来愈受到重视。切沟是土壤侵蚀的重要组成部分, 但现有的土壤侵蚀模型尚未包括切沟侵蚀部分。本研究利用高精度差分GPS, 在对东北典型漫岗黑土区切沟监测的基础上, 借助GIS 平台生成DEM, 通过DEM 的叠加分析, 探讨了沟内蚀积变化特征。并在此基础上, 提出了东北切沟侵蚀的概念模型, 认为冬春季冻融侵蚀产生沟内堆积-雨季径流产生侵蚀的过程可能是该区切沟发育的一种重要模式。     

黄土坡面汇沙对细沟侵蚀的影响与贡献

细沟侵蚀是黄土高原坡面极其重要的侵蚀过程之一,汇沙对细沟侵蚀强弱具有重要影响,阐明汇沙对细沟侵蚀的影响与贡献,可以揭示坡面细沟侵蚀过程机理,并为治理坡面水土流失提供科学依据.采用定流量人工放水的组合小区模拟降雨的方法,对不同降雨强度与不同坡度下黄土坡面汇沙对细沟侵蚀的影响及贡献进行了研究,结果表明:细沟上方汇沙、细沟间汇沙、细沟径流剪切力对细沟侵蚀的影响,在不同降雨强度、不同坡度、不同降雨强度及坡度下皆可用三元对数方程描述;细沟上方汇沙、细沟间汇沙、细沟径流剪切力,以及细沟上方汇沙与细沟间汇沙及细沟径流剪切力三者的交互作用对细沟侵蚀的贡献率,在不同降雨强度下分别为13.18％、4.98％、61.2％及8.26％,在不同坡度下分别为4.73％、1.19％、73.65％及5.4％,在不同降雨强度及坡度下分别为10.84％、0.44％、65.22％及6.97％.     

黄土丘陵区土地利用变化的微地貌分异研究——以宁夏固原河川乡为例

以宁夏南部固原市河川乡为研究对象,利用DEM和数字地形分析方法,将微地貌类型划分为沟底地、台地、阳坡沟坡地、阴坡沟坡地、阳坡梁峁缓地、阳坡梁峁陡地、阴坡梁峁缓地和阴坡梁峁陡地,基于1982年、2002年、2008年、2015年土地利用图和微地貌类型图,从土地利用类型空间分布、土地利用转移方式和土地利用程度3个方面,分析土地利用变化的微地貌分异特征及规律。结果表明:河川乡微地貌类型对其土地利用变化有显著影响,各地类有各自稳定的优势分布区域,土地利用转移方式和数量、土地利用程度也都表现出明显的微地貌分异,且土地利用变化微地貌分异随时间变化的稳定性与人类活动影响程度有密切关系。土地利用变化的微地貌分异研究,弥补了单一地形因子在反映土地利用与地形关系上的局限性,为黄土丘陵区小尺度区域的土地利用与地形地貌关系问题的探讨提供了一定的借鉴,且研究结果可以为土地资源评价、规划以及水土保持提供科学依据。     

黄土高原切沟地貌学研究述评

由于黄土切沟在流域侵蚀产沙和地貌发育方面的重要性,越来越多的研究逐渐将切沟从混合着各类沟谷的沟谷系统中分离出来,以明确对其特征、发育演化与环境的耦合作用。针对目前黄土切沟定义内涵不统一、表达相混淆的问题,该文首先在分析已有概念的基础上,明确了黄土切沟所具有的共性特征,并基于此,介绍了目前关于切沟的自动化识别、切沟的形态特征分析以及切沟的发育演化模拟等地貌学方面的研究进展。认为目前关于黄土切沟的系统研究仍处于起步阶段,今后的研究重点将在切沟的自动识别、三维形态监测与信息提取以及基于系统动力学的切沟地貌演化模型的构建等方面。     

Spatio-Temporal Assessment of Gully Erosion in the Zone of Intensive Agriculture in the European Part of Russia

Using the method of mapping by high resolution satellite imagery mapping, a study was made of the key areas which are located in the southern part of the forest, forest-steppe and steppe zones of Tatarstan and of Orenburg, Saratov and Voronezh oblasts. Two key indicators were determined: the gully length density and gully head density within the basins; results of the investigation were used in compiling respective maps in vector format. It is established that the density of the gully length in the basins varies over the range from 0 to 0.5 km/km² (from the absence of gullies to strong gully erosion), and the density of gully heads from 0 to 3 units/km². The slope type of gullies is dominant in all basins (about 80%), while the coastal and bottom types have approximately the same proportion (14 and 10%, respectively). Using methods of mathematical statistics we determined a high directly proportional dependence of the indicators of the contemporary gully network on the level of ploughness of the basins and the mean annual precipitation amount, and an indirectly proportional dependence on the level of sodding. An abrupt reduction in gullying indicators was determined. It was found that among the chief reasons behind an abrupt reduction in the gullies to date is a decrease of the rate of agricultural development, with an additional factor, namely, a dramatic decrease in surface runoff down the arable slopes during spring snowmelt caused by climate warming. It is concluded that that a significant part of the gully forms in the study area is currently inactive and massively passes into the balka stage.     

坡耕地增长对沟谷发育的影响——以四川西昌大箐梁子为例

为了研究近50 a来土壤加速侵蚀的状况和原因,收集了四川西昌大箐梁子1957年、1979年、2000年航空影像,应用立体像对获取高程信息生成DEM,并利用DEM纠正航片获取正射影像。同时,利用三期正射影像获取土地利用变化和沟谷变化信息,通过野外调查与验证,分析了沟谷形成、发育特点及与坡耕地增长的密切关系。研究表明,西昌大箐梁子沟谷发育,到1957年已形成部分稳定或半稳定冲沟,1970年代后期,大量草地被开垦为耕地,且多为坡耕地,土壤抗蚀能力降低,土壤侵蚀由此加剧,沟蚀增强,人为加速了沟谷侵蚀的发育。     

The characteristics of gully erosion over rolling hilly black soil areas of Northeast China

In this study, short-term gully retreat was monitored from the active gullies selected in representative black soil area, using differential global positioning system (GPS). With the support of geographic information system (GIS), multi-temporal digital elevation models (DEM) were constructed from the data collected by GPS and used for further analysis. Based on the analysis of multi-temporal DEM, we discussed the erosion–deposition characteristics within gully and a developing model for black soil gully area of Northeast China was proposed. The results are: (1) The analysis of the monitored gully data in 2004 indicated that the retreat of gully head reached more than 10 m, gully area extended 170–400 m2, net gully eroded volume 220–320 m3,and gully erosion modulus 2200–4800 t?km?2?a?1. (2) Compared with the mature gully the initial gully grows rapidly, and its erosion parameters are relatively large. The erosion parameters have not only to do with flow energy, but also with the growth phase. (3) There are significant seasonal differences in gully erosion parameters. The extension of gully area and width dominates in winter and spring without marked net erosion while changes mainly occur in gully head and net erosion in rainy season. (4) It is remarkable for freeze-thaw erosion in the black soil area of NE China. The gully wall of SG2 extended 0.45 m under freeze-thaw effect in 2004, and the distance of gully head retreated maximally 6.4 m. (5) Due to freeze-thaw action and snowmelt, gully is primarily in the interior adjustment process in winter and early spring. There are much more depositions compared with that during rainy season, which can almost happen throughout the gully, while erosion mostly occurs near head, esp. for gullies having a relatively long history of development. On the other hand, the process of energy exchange with exterior dominates in rainy season. It is considered that this cyclic process is an important mechanism for gully growth in high latitude or/and high attitude regions.     

基于DEM的黄土高原丘陵沟壑区沟谷网络节点研究

选择黄土高原3个典型地貌类型区为试验样区,基于数字高程模型(DEM)沟谷网络与沟谷网络节点自动提取技术,得到了各样区沟谷网络节点,并从地貌形态学、沟谷成因学以及水文学原理出发,对不同级别沟谷网络节点水流累积属性进行了深入分析,结合数理统计方法获得了：(1)同一沟谷系统不同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律;(2)不同地貌类型样区相同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律。该结论能够有效解释黄土高原丘陵沟壑区各级沟谷系统的形成机理及其空间分异规律,同时能够合理地说明沟谷系统发育与地表侵蚀、切割强度之间的相互关系。     

威连滩冲沟砂黄土的风蚀与降雨侵蚀模拟实验

 通过风洞与模拟降雨实验，研究了风力与降雨对青海省贵南县威连滩冲沟砂黄土的复合侵蚀作用。实验得出：①风蚀后的降雨使砂黄土表面在风干过程中形成了一层较为坚硬的结壳，增大了土壤的抗蚀性，降低了第二次风洞实验后期的风蚀率;②土壤水分与人为扰动是影响土壤风蚀的两个重要因素。当土壤水分较小时，风蚀率受人为扰动影响巨大;当土壤水分较大时，人为扰动对土壤风蚀的影响较小;③在持续降雨的实验条件下，砂黄土的产流、产沙量随着雨强的变化而改变。这种变化与表土的侵蚀率、可蚀性物质的多少、土壤水分以及土壤的入渗率等都有很大的关系。     

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。     

Erosion rates in badland areas recorded by collectors,erosion pins and profilometer techniques (Ebro Basin,NE-Spain)

In badland areas of the Ebro Basin, in a semiarid climate, two erosion plots (257 m²; 5° slope and 128 m²; 23° slope) on exposed Tertiary clays were monitored over two years (Nov. 1991–Nov. 1993). This material is characterized by high sodium absorption ratios which lead to high soil dispersivity. The dominant erosion processes in both plots are rilling and sheet erosion. Rainfall intensity was recorded at a weather station, connected to a data-logger, sediment production for single events was collected in tanks, and ground lowering was measured every six months by erosion pins and microtopographic profile gauge techniques. Significant runoff was produced only by rainfall events above 5 mm. Another threshold at 20 mm rain was noted. For rainfalls higher than 20 mm, the 23° slope plot shows a greater runoff response than the 5° one. Rainfall events exceeding this threshold showed a higher sediment production for the steeper slope. In the relationship between precipitation and sediment concentration, an envelope curve can be drawn indicating that any rainfall event of a given amount and intensity has a maximum sediment concentration which we speculate to be a function of the runoff sediment transport capacity. Runoff response and sediment yield in the studied plots are controlled by the rainfall and soil characteristics and their seasonal variations. In both plots, the erosion pins show that erosion rates in rill areas are 25–50% higher than in the interrill areas. Sediment yield recorded by collector devices was higher than the rates measured by erosion pins. The erosion rates based on rill cross-sections by profilometers were higher than the ones recorded by collectors.     

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。