不同时空尺度下沟壑对流域侵蚀产沙的影响——以黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域为例

基于DEM,分别以不同的沟壑发育所需的汇水面积为阈值,提取岔巴沟流域等6个不同空间尺度流域的沟壑.并求出不同级别沟壑的差值.结合黄河子洲观测站多年的水沙观测资料,分析不同级别的沟壑及沟壑的不同部位在不同时间尺度下对流域侵蚀产沙的影响.分析结果表明:沟壑密度并不是简单地随着流域面积的增大而减小.沟壑密度的空间尺度效应与所提取沟壑的级别有关;黄土丘陵沟壑区梁峁坡、沟坡的次暴雨产沙量占流域产沙总量的比重与降雨特性有关;重力侵蚀多发生在毛沟的中、上部及沟头处,而支沟、干沟主干道的沟坡比较稳定,且其发生的重力侵蚀对流域产沙的影响多为"无效"部分;沟壑发育汇水面积的阈值为1500、1800、2000个栅格提取的沟壑对流域侵蚀产沙的作用较大,同时沟壑对流域侵蚀产沙的影响与时间尺度有关,在多年平均尺度下,高级别沟壑只起到泥沙输送通道的作用.     

陕北洛河流域地貌演化阶段的定量分析

根据洛河流域地貌南北纵向区域分布规律,并参考张宗祜先生(1986)编制的"中国黄土高原地貌类型图",将洛河流域由南至北依次划分为洛川黄土塬区、甘泉一志丹黄土梁状(为主)丘陵沟壑区及吴起黄土峁状(为主)丘陵沟壑区3个地貌区。借助于GIS的空间分析功能,对洛河流域3种不同地貌绘制了Strahler曲线,采用高程积分法、信息熵法、侵蚀积分值法进行计算。结果表明:3种地貌区均属于壮年期地貌发育数量特征值范围,说明洛河流域总体的发育状态已经开始进入壮年期,但不同地貌分区的发育阶段不尽相同;洛河流域不同地貌的面积-高程积分曲线的S值大小排列顺序为:吴起黄土峁状(为主)丘陵沟壑区< 洛川黄土塬区< 甘泉一志丹黄土梁状(为主)丘陵沟壑区,与理论情况不相符。分析认为,这可能是由于近年来洛川黄土塬区侵蚀强度增加对洛川黄土塬区的地貌发育产生了一定的影响。     

地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例

以河龙区间42个流域为对象,在流域地貌格局信息提取和侵蚀产沙过程特征指标计算及其相互关系分析的基础上,探讨地貌格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:①在河道系统水平,河流数量、长度等几何特征指标和河流分叉率(Rb₁₂)、分级率(Rd₃₂)、相邻级别间的河流长度比等形状特征指标与流域侵蚀模数显著相关;②在流域系统水平,坡度粗糙度、相对高差、圆度比、高长比是影响流域侵蚀产沙过程的主要指标,其中坡度粗糙度是最根本的解释变量;③各地貌格局因子间相互作用复杂,且对侵蚀过程的影响要强于泥沙输移过程,其通径分析模型对流域侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比变化的解释度分别为65%、33%和20%。这对正确认识影响流域侵蚀产沙过程的格局因素和建立准确的过程模型,具有重要参考价值。     

黄土高原面积-高程分析及其侵蚀地貌学意义

黄土高原是中国乃至世界最为著名的水土流失区之一,黄河的泥沙主要来源于此.面积-高程积分(Hypsometric integral,HI)分析常被用于侵蚀地貌区的地貌发育阶段判定.通过探讨HI与DEM分辨率、分析窗口之间的尺度效应,分析了黄土高原HI空间格局和发育阶段性,并在此基础上揭示了侵蚀产沙和地貌发育关系.研究表明:利用不同分辨率DEM计算的HI具有很好的稳定性,HI对DEM分辨率不具有依赖性;然而,利用不同分辨率的分析窗口所计算的黄土高原原HI值,表现出随着分析窗口的增大,HI表现出按照乘幂函数关系下降的趋势.黄土高原HI具有显著的空间分异特征,即汾渭谷地、宁夏内蒙沿黄冲积平原等地堑凹陷区是HI低值区,而黄土丘陵沟壑区是HI的高值区;黄土高原丘陵沟壑区地貌发育处于幼年期、壮年期和老年期的面积分别占总面积的7.9%、83.4%和8.7%,整体来看处于地貌发育壮年期;黄土高原丘陵沟壑区侵蚀产沙强度和地貌发育过程关系密切,HI与输沙模数存在显著的正相关.当前,黄土高原强烈的侵蚀产沙是其地貌发育处于壮年期的自然表现,这将是一个非常漫长的自然过程.     

基于WaTEM/SEDEM模型的沂河流域土壤侵蚀产沙模拟

基于WaTEM/SEDEM模型,结合临沂水文站和角沂水文站的输沙数据对模型进行校正和验证,分析模拟1975—2015年沂河流域侵蚀产沙的时空变化特征,并进一步研究降水、地形位和土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响。结果表明：① 沂河流域输沙能力系数K_tc-low和K_tc-high在40 m和150 m组合下效果最优,模型在沂河流域具有较好的适用性。② 1975—2015年,沂河流域主要以侵蚀为主,微度侵蚀所占面积最大,其次是剧烈侵蚀,沉积主要分布在河谷处;流域侵蚀强度呈现先增加后减少的趋势,侵蚀模数由1975年的30.92 t·hm^-2·a^-1增加至1995年的49.32 t·hm^-2·a^-1再下降至2015年的29.60 t·hm^-2·a^-1;各县（区）平均侵蚀模数为沂水县>费县>沂南县>沂源县>蒙阴县>平邑县>兰山区。③ 沂河流域土壤侵蚀产沙强度的变化是降水、地形、土地利用等综合作用的结果。1975—2015年,流域降雨侵蚀力呈现先降低后升高又降低的变化趋势,各县（区）平均降雨侵蚀力为费县>兰山区>沂南县>蒙阴县>平邑县>沂水县>沂源县,降雨侵蚀力时空变化与流域侵蚀产沙强度时空变化并不完全一致;地形位等级空间分布与流域侵蚀产沙强度空间分布基本一致,侵蚀产沙的优势地形位区间是4~6级,即高程75~428 m,坡度5°~39°;耕地和林地的转化是土壤侵蚀强度转化最主要的原因,林地转化为耕地使侵蚀强度面积升高3389.97 hm²·a^-1,耕地转林地则使侵蚀强度面积降低2216.65 hm²·a^-1,草地与其他土地利用类型的转化对流域侵蚀强度影响较小。该研究可为区域土地利用方式调整和水土流失调控提供参考。     

格尔木河流域面积-高程积分值的地貌学分析

在sRTM-DEM数据的基础上,运用GIS空间分析技术,系统提取了格尔木河三级流域及部分二级流域地形参数和面积-高程积分值,探讨了面积-高程积分值的面积及空间依赖性,并对面积-高程积分值(HI)对构造活动性、岩性变化、冰川作用强度的指示意义进行了研究.研究表明:HI值具有面积依赖及空间依赖性;东昆南断裂(F4)-西大滩断裂(F3)以昆仑山口为界可以分为东西两部分,各自的活动性都是中间强往两边依次减小,东昆中断裂(F1)的活动性变化不大;岩性对HI影响表现出,侵入岩的抗侵蚀力最大,片岩的抗侵蚀力最小,碳酸盐岩组合的抗侵蚀力居中;冰川作用对地貌发育和侵蚀程度有改造作用,与只有古冰川发育或无古冰川流域比较,有现代冰川发育,古冰川作用遗迹广泛的流域,HI值较大并会出现U型谷.     

地貌发育阶段的定量研究

文章提出用临界侵蚀积分值作为划分流域发育阶段的定量指标,是对经典理论的发展,主要表现在:1)将地貌发育阶段纳入开放系统的概念之中;2)避免高程积分法在划分发育阶段上的不确定性;3)建立地貌发育阶段与流域物质迁移之间的定量关系;4)区分自然侵蚀和加速侵蚀。用文中的临界侵蚀方程对黄土高原丘陵沟壑区分析计算,得到临界侵蚀积分值为0.30和0.70,即当侵蚀积分值小于0.30寸,流域处于侵蚀早期;当侵蚀积分值大于0.30,小于0.70时,流域处于侵蚀中期;当侵蚀积分值大于0.70时,流域处于侵蚀晚期。对于纯自然侵蚀过程,与临界侵蚀积分值相对应的年代及侵蚀模数为7万年前,7008t/km~2·a和距今7.2万年以后,7008t/km~2·a。目前黄土高原丘陵沟壑区加速侵蚀所占比例为30％。     

岔巴沟流域次暴雨产沙统计模型

流域综合治理规划、防治土壤侵蚀、合理利用水沙资源 ,无不需要掌握流域产沙情况。流域产沙统计模型结构简单 ,计算方便 ,是现有产沙预报的强有力工具。本文以陕西省岔巴沟流域及其支流实测降雨水文资料为基础 ,系统地分析了流域产沙的降雨、径流、地貌因子在流域产沙中的作用 ,进而将影响产沙的因素概括为径流深、洪峰流量、流域面积、流域沟道密度 ,并作为产沙预报的指标 ,建立了岔巴沟流域次暴雨产沙的统计模型。经检验 ,该预报公式具有一定的精度。     

黄土高原侵蚀产沙强度的时空变化特征

采用“水文－地貌法”即水文站实测值与侵蚀形态类型相结合的方法，将黄土高原划分为292个侵蚀产沙单元，分别对治理前后侵蚀产沙强度的时空变化特征进行了分析。结果表明：黄土高原自70年代以来，由于降雨因素和水土保持作用的影响，侵蚀产沙强度的结构特征发生了明显变化，侵蚀模数＞10000t/km^2.a的极强烈以上的侵蚀面积急剧减少（减幅71．8％），减沙幅度最大的区域主要分布在以无定河为中心的极强烈侵蚀区和汾河流域的大部分地区（减幅50％以上）；黄土高原侵蚀产沙，按流域区段主要来自河龙区间（54．8％），按类型区主要来自黄土峁状丘陵沟壑区（27．4％）和干旱黄土丘陵沟壑区（23．1％），按侵蚀带主要来自暖温带半干旱草原风蚀、水力侵蚀带（34．8％）和暖温带半干旱森林草原水力侵蚀带（32．6％）；以侵蚀模数＞10000t/km^2.a作为标准，可将黄土高原划分为7个极强烈以上的侵蚀产沙中心，其面积虽仅占全区总面积的15．5％，但其产沙量却占到全区总产沙量的42．1％。     

黄土丘陵沟壑区流域系统侵蚀与产沙关系

从长期来看流域系统的侵蚀与产沙基本可以达到平衡,泥沙输移比约等于１。但次降雨或分年度泥沙输移比有相当大的变幅,在短期内会经常存在泥沙的滞留和滞留的泥沙被重新锓蚀搬运,而出现泥沙输移比小于１和大于１的情况。这主要与降雨的空间分布和洪峰增减幅度及径流深度增减幅度密切相关。流域系统次降雨泥沙输移比及各级沟道含沙水流的挟沙能力变化可用单位面积上洪峰增减幅度变化时暴雨洪水的剪切力的转化机制来描述。