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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

紫色土坡地侵蚀产沙过程的~7Be法初探

利用环境放射性核素示踪技术研究土壤侵蚀是传统土壤侵蚀监测技术的重要补充手段。宇宙成因核素7Be具有半衰期短和在表土分布浅等特点,能够用于指示短时间尺度的坡面侵蚀堆积过程。采用7Be技术与泥沙颗粒分析相结合,定量判读了模拟降雨下紫色土坡面侵蚀过程演变。结果表明,对于20°坡面,7Be法指示的坡面侵蚀方式转折点与侵蚀泥沙颗粒变化得到的结果基本一致。7Be在表征侵蚀过程演变时具有独特的优势,可以将坡面片蚀发育过程随降雨时间的变化明显地识别出来。这对防治坡面侵蚀,特别是细沟侵蚀的发生具有重要意义。     

东北典型黑土区40年来沟蚀空间格局变化及地形分异规律

以SPOT5和Corona影像为基础数据源,获取了东北典型黑土区1965年和2005年的侵蚀沟分布数据,生成了侵蚀沟密度空间分布图;基于1∶5万地形图,插值求取DEM,提取了地形因子;最后,在GIS空间分析模块支持下,分析典型黑土区40年来沟蚀空间格局变化及其地形分异规律。结果表明,经过40年的开发,研究区侵蚀沟密度剧增,且各等级侵蚀沟密度都出现向更高一级发展的趋势,呈现出以北西南东向为轴心,从沟蚀剧烈增加区到微度增加区变化特征;沟蚀在垂直方向上具有层状分布规律,在海拔250～275m高度出现密度最大值,说明岗坡地带是黑土区沟蚀易发区;坡度分异表明黑土区侵蚀沟出现向高坡度发展趋势;各坡向上侵蚀沟密度和动态发展状况表明,在东北典型黑土区坡向不是影响侵蚀沟发育的首要因子。     

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。     

坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究

通过室内放水冲刷试验,对坡面细沟侵蚀发生的临界条件、细沟发展过程中的侵蚀产沙特征、以及影响细沟侵蚀产沙的因素进行了分析研究,得出了试验土条件下产生细沟的临界流量与坡面坡度的关系式.在分析产沙变化的基础上,探讨了细沟侵蚀量随径流量和坡面倾斜度的变化规律.     

克拜东部黑土区侵蚀沟遥感分类与空间格局分析

近百年来,东北黑土区侵蚀沟的大量发育带来了一系列严重的社会经济问题,弄清侵蚀沟的类型、数量及分布情况是进行水土流失治理和生态环境建设的前提条件。以黑龙江省克拜东部黑土区作为典型研究区,采用2005年SPOT-5高分辨率卫星影象,结合野外调查,根据侵蚀沟的活跃程度,将黑土区的侵蚀沟分为活跃性、半活跃性和稳定性三种类型,阐述了不同类型侵蚀沟的影象特征和遥感分类方法,为利用遥感手段在区域尺度上对侵蚀沟进行快速调查提供了一种新途径。在对侵蚀沟进行信息提取和空间插值后,形成研究区不同类型侵蚀沟密度图,探讨了克拜东部黑土区侵蚀沟分布的空间格局特征及其影响因素,认为地貌发育过程中的“分水岭迁移”现象是造成该地区侵蚀沟密度东西差异的重要原因。     

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。     

元代以来黄土塬区沟谷发育与土壤侵蚀

以洛川旧县镇南沟小流域为研究对象，用实地考察和史料考证相结合的方法，恢复了元代(1267年)以来洛川黄土塬区沟谷发育与土壤侵蚀过程，计算出了不同时段沟谷发育速度、土壤侵蚀强度，分析了黄土塬区沟谷形态的演变。自元代以来黄土塬区沟谷发育、土壤侵蚀呈加剧态势，其变化一方面与降水量变化关系密切，降水量较丰富时沟谷发育、土壤侵蚀较强；另一方面人为加速侵蚀与自然侵蚀相叠加是近现代沟谷发育、土壤侵蚀剧烈的主要原因。黄土塬区沟谷形态由巷形谷、V形谷向U形谷演变，沟头段巷形谷和上游段V形谷是土壤侵蚀与治理的重点。     

澜沧江典型对比流域水力侵蚀快速调查与评价

根据水力侵蚀面蚀和沟蚀两种不同侵蚀形态发生过程尺度空间大小不一的侵蚀特点,确定了研究区面蚀和沟蚀的不同调查评价方法.面蚀的发生过程空间尺度小,选用小区调查方法进行,而沟蚀的发生过程尺度空间大,在典型调查小流域尺度进行全面调查.然后在两种尺度下,分析形成沟蚀和面蚀的影响因素,进行沟蚀程度和面蚀强度分级,并把研究成果展延到澜沧江凤庆河流域和晓街河流域.最后,以在典型调查小流域的研究结果为对照判别依据,判断风庆河和晓街河流域的土壤侵蚀状况.结果显示,澜沧江典型流域的面蚀强度差异不大,沟蚀是造成不同流域土壤侵蚀和沟道输沙差异的主要水力侵蚀形式.     

东北漫岗黑土区浅沟侵蚀发育特征

东北黑土区是中国重要商品粮基地之一,沟道恶性扩张,已成为导致该区土地退化主要原因之一.利用全球定位系统和传统方法测量浅沟形态参数,结合地理信息系统(GIS)平台计算流域尺度的沟蚀现状,分析东北黑土区浅沟侵蚀发育特征,并对比分析其与黄土高原浅沟侵蚀发生的地貌因子之间的异同.研究表明,研究区浅沟分布密度0.56～0.93 km、km2,年侵蚀模数达到118～199 m3/km2,浅沟破坏面积占流域面积比例达0.11%～0.19%,浅沟沟壑密度已经达到中度和强度侵蚀,处于快速发展时期;研究区浅沟的临界汇水面积大于黄土高原,分布的临界坡度小于黄土高原,这主要由黑土区坡长坡缓的特点决定.     

黄土高原勺状沟壑特征及发育过程

沟谷是黄土高原物质交换最频繁,形态变化最剧烈的区域。在内外营力的共同作用下,不同发育阶段的各类沟谷塑造了黄土高原“千沟万壑”的独特地貌景观。在黄土高原沟壑系统中,广泛分布着一类特殊的黄土勺状沟壑,目前对其成因、发育过程与机理以及空间分布特征等的认知明显不足。本文以高分辨率遥感影像和DEM数据作为数据源,在大量野外调查和专家知识的基础上,首先提出了黄土勺状沟壑的概念,指出黄土勺状沟壑是独立发育于黄土坡面上的永久性沟谷。其次,从沟壑形态、汇流关系、侵蚀过程、分布特征等方面分析了黄土勺状沟壑区别于其他已有沟壑的特点。进而,从发育形态、发育规模、发育部位等角度对黄土勺状沟壑进行了分类,深化了对勺状沟壑的认识。再次,基于空代时理论,定量分析了黄土勺状沟壑发育过程的形态演变特征,进一步探讨了黄土勺状沟壑发育过程,论证了黄土勺状沟壑是黄土切沟的初期阶段。最后,在系统梳理总结勺状沟壑的特征及分类的基础上,提出了黄土勺状沟壑的发育过程设想,指出勺状沟壑的形成离不开黄土陷穴和暗穴的生成和发育,勺状沟壑的进一步发育伴随着水力侵蚀和重力侵蚀过程。勺沟尾部变细甚至消失,不能发育成更大规模的切沟,与地下暗穴、黄土渗透率、降雨条件以及地表覆盖有关。本文成果期望为进一步完善黄土沟谷地貌发育和侵蚀过程与机理等认识做出贡献,同时对黄土高原水土保持工作提供参考。     

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.     

中国东北漫岗黑土区切沟侵蚀发育特征

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. Foundation: Key Project for National Natural Science Foundation of China, No.40235056; The Ph.D. Programs Foundation of Ministry of Education of China, No.20030027015; China Postdoctoral Science Foundation, No.20070410482; Doctoral Foundation of University of Jinan, No.B0620; National Natural Science Foundation of China, No.40672158; Key Subject Foundation Supported by Shandong Province Author: Hu Gang (1976–), Ph.D and Associate Professor, specialized in soil erosion, environmental evolution and regional planning.