一种基于数学形态学的沟壑密度提取算法

沟壑密度是反映地表破碎程度的重要因子 ,在土壤侵蚀、地貌演变等研究中有重要作用。本文介绍基于数学形态学的沟壑密度提取算法 ,从TM影像中提取沟谷线信息 ,从而有效地解决了土壤侵蚀评价中下垫面表征因子提取问题。并以黄河流域某小流域沟壑密度的计算作了实例验证。     

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。     

基于GIS纸坊沟小流域土壤侵蚀强度空间分布

给出水蚀预报模型各因子计算方法,利用GIS空间数据提取和运算,结合水力侵蚀强度分级,获取流域土壤侵蚀强度空间分布特征.结果表明,流域实际土壤侵蚀强度分布特征是流域沟头侵蚀面积大,侵蚀强度高于沟口,且极易发生极强烈和剧烈侵蚀;流域中部以轻度和中度侵蚀为主,同时左岸侵蚀强度明显强于右岸.流域强烈侵蚀区位于苦荞沟、拐沟、大范家沟、大罗锅沟、正沟,年均侵蚀模数23 000～33 000 L/(km2·a);浅沟侵蚀是造成沟间地剧烈土壤侵蚀发生的主要原因,流域土壤侵蚀强度空间分布受地面植被覆盖和坡度制约.     

临界细沟水力几何形态问题的研究

从分析细沟床面上切应力出发，在细沟全断面泥沙处于临界起动条件下，导出了细沟临界断面方程并讨论其水力几何要素的变化，进一步提出用细沟密度去分析坡地的土壤侵蚀程度．     

基于栅格数字高程模型自动提取黄土地貌沟沿线技术研究

从数字高程模型中提取具有精确定位特征的连续的沟沿线是构建黄土沟壑丘陵地区土壤侵蚀,泥沙搬运和径流过程的空间分布式机理－过程模型的关键技术。本文提出了基于地貌形态学特征的地貌提取技术,在提取具有代表性的黄土丘陵沟壑区山西离石王家沟流域汇流网络的基础上,自动提取了该流域完整的沟沿线,得到了满意的结果。     

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。     

土壤侵蚀及其影响因素空间相关性分析

土壤侵蚀是影响区域生态环境的重要因素,它受气候、地形地貌、土壤、植被和人类活动等因素的影响.为寻找流域上土壤侵蚀的主导影响因子,收集了黄河流域气候、地形、植被、土壤等数据,通过引入信息熵原理分析了各个影响因子与土壤侵蚀的空间相关性.结果表明,在黄河流域1:10万地图比例尺条件下.各因子对土壤侵蚀影响的大小排序为:①水蚀区,加权降雨量＞地形起伏度＞植被覆盖度＞土壤类型＞沟壑密度;②风蚀区.地形起伏度＞风蚀气候因子＞植被覆盖度＞土壤类型＞沟壑密度;③冻融区,沟壑密度＞地形起伏度＞气温变化率＞植被覆盖度＞土壤类型.该研究在定性变量和定量变量之间建立了定量的空间相关性分析,研究结果给出了影响黄河流域水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀的主导性因子,可为流域土壤侵蚀过程研究和水土保持决策提供参考.     

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。     

黑龙江克拜黑土区50多年来侵蚀沟时空变化

中国东北黑土资源以土壤肥沃、有机质含量高、土质疏松、最适宜耕作而闻名于世。长期以来,由于人类的过度垦殖和不合理耕作, 造成大规模的水土流失,侵蚀沟不断切割地表,蚕食耕地,冲走沃土,降低了大型机械的耕作效率。侵蚀沟研究是土壤侵蚀研究的重要组成部分,在遥感和GIS 技术支持下,选取黑龙江克拜地区作为典型研究案例,以侵蚀沟密度为主要指标,分析了研究区侵蚀沟密度的动态变化、侵蚀沟变化的高程分异特征、坡度分异特征、坡向分异特征以及侵蚀沟变化与地貌类型的关系,揭示了典型黑土区50多年来侵蚀沟的动态变化特点和空间分异规律。     

黄河流域水蚀区土壤侵蚀空间尺度效应分析

以黄河、延河、杏子河、纸坊沟四级流域尺度为例,应用信息熵原理分析了各级流域尺度上土壤水力侵蚀与 其影响因子之间的空间相关性,通过比较各因子在不同空间尺度上与土壤侵蚀的相关性,定量分析了土壤侵蚀过 程的空间尺度效应。分析结果给出了降雨、地形、土质、植被等因子在不同流域尺度上对土壤侵蚀的影响大小,以及 每个尺度上各影响因子重要性的主次顺序。总体而言,随着流域空间尺度的增大,各因子对土壤侵蚀的影响具有放 大或缩小效应,影响因素的主次顺序随之易位,其中微观因子的控制作用有所减小,而宏观因子的控制作用则逐渐 突显。本文建立的流域土壤侵蚀空间尺度效应的定量分析方法和分析结果有助于解决当前土壤侵蚀评估模型普遍 存在的尺度转化和区域通用性问题。     

历史时期周原地貌演变与土壤侵蚀

文章以渭北黄土台塬西部周原七星河流域为研究对象，采用实地考察、考古、历史文献等多种方法定量地研究了仰韶文化以来周原地貌演变与土壤侵蚀的过程和规律。通过恢复历史时期周原地貌演变过程得出周原地貌演变主要表现为沟谷的形成和发展，七星河流域沟谷密度从仰韶、龙山文化时期的0.1646km/km^2，增加到目前的0.7045km/km^2，西汉以来沟谷的下切速率为1.08m/100a。历史时期周原土壤侵蚀过程一直存在，且沟谷发育和土壤侵蚀呈加剧态势，沟谷密度、土壤侵蚀模数分别增加了76.64%、41.36%。金以后的元、明、清时期和二十世纪前半叶是周原沟谷发育、土壤侵蚀发展最快的时期，数量众多的切沟、冲沟主要形成于金以后至今770多年里，造成这一结果的主要原因是植被的人为破坏。     

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。     

黄土坡面细沟水流分离能力

水流分离能力是土壤侵蚀研究的重点内容之一,阐明细沟水流分离能力变化规律可以深入认识细沟侵蚀过程,为建立细沟侵蚀过程模型奠定重要基础。采用细沟水槽试验方法对黄土坡面细沟水流分离能力进行研究,结果表明:不同流量下,细沟水流分离能力随坡度增加而增大,可用线性方程很好地描述;不同坡度下,细沟水流分离能力随流量的增加而增大,可用幂函数方程很好地描述;细沟水流分离能力因子模型为流量及坡度对细沟水流分离能力影响的二元幂函数方程,方程中流量对细沟水流分离能力的影响大于坡度的影响。     

黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀的临界坡度

坡度是重要的地貌因子.采用岔巴沟径流场和王家沟径流场资料,首先研究坡度与最大30 min雨强(I30)对土壤侵蚀影响,然后确定了主导侵蚀为溅蚀片蚀与主导侵蚀为细沟侵蚀之间的临界雨强,最后探讨了不同侵蚀类型下的临界坡度.结果表明:1.坡度与降雨强度存在明显的交互作用,随着坡度的增大,雨强对土壤侵蚀的影响增大;2.团山沟的溅蚀片蚀与细沟之间的临界I30为0.31 mm/min,同时,该临界雨强不是一定值,受下垫面因素等影响而具有一定的波动范围;3.以溅蚀片蚀为主时,土壤侵蚀存在一个＜31°的临界坡度,侵蚀模数随坡度的变化趋势与径流模数随坡度变化的趋势相同,从9°～31°土壤侵蚀模数随坡度增加是先增加后减小;以细沟侵蚀为主时,在9°～31°间土壤侵蚀不存在临界坡度,土壤侵蚀模数随坡度的变化趋势与径流含沙量随坡度变化的趋势相同,从9°～31°土壤侵蚀模数随坡度增加先逐渐增加后缓慢增加,临界坡度＞31°.     

中国土壤侵蚀与其他地理环境背景的空间关系

土壤侵蚀是地理环境各因子综合作用的结果。为了比较不同单元之间的土壤侵蚀与其他地理环境背景的空间关系，在计算土壤侵蚀综合指数的基础上，利用遥感和GIS技术，对不同地理环境背景下的土壤侵蚀进行了空间分析，主要参与的地理环境背景因子为：降雨量、植被、坡度、地貌类型。通过对土壤侵蚀不同类型及强度等级下的各地理环境背景分析，揭示出中国土壤侵蚀与其他地理环境背景的空间关系。     

基于地形指数的砒砂岩黄土区土壤侵蚀分析

地形是土壤侵蚀进程的重要控制因子,在土壤侵蚀评价中发挥着重要作用。基于地形起伏表达构建了地形指数,结合降雨侵蚀力和植被盖度等建立了基于地形指数的土壤侵蚀方程,并分析了内蒙古自治区鄂尔多斯市北部十大孔兑砒砂岩黄土区1985—2018年土壤侵蚀时空变化特征。结果表明：（1）研究区多年土壤侵蚀模数整体有下降趋势但变化差异不显著（P>0.05）,多年平均侵蚀模数为22.34 t·hm^-2·a^-1。1985年土壤侵蚀模数最大,2000年土壤侵蚀模数最小,1985—2000年呈下降趋势,2000—2018年呈上升趋势;（2）多年平均土壤侵蚀面积为2 956.07 km²,1985年土壤侵蚀面积最大,为4 047.14 km²,占总面积比例83%;2000年土壤侵蚀面积最小,为2 153.67 km²,占比44%。研究区1985—2000年以轻度、中度侵蚀强度类型为主,2000—2018年以微度、轻度侵蚀类型为主;（3）多年土壤侵蚀空间分布格局基本一致,土壤侵蚀综合指数由西至东增加,总体上呈现为东部侵蚀大于西部的特点,母哈尔沟土壤侵蚀综合指数最大,毛卜拉孔兑最小;（4）地形指数土壤侵蚀方程与通用土壤流失方程在土壤侵蚀模数和土壤侵蚀面积估算上均无显著差异（P>0.05）。     

发生沟蚀(切沟)的地貌临界研究综述

沟蚀研究是土壤侵蚀研究的主要内容之一,地貌临界理论作为地貌学中的重要理论在沟蚀研究中得到了广泛的应用。主要从临界理论在沟蚀研究中的发展过程人手,介绍了国外现有沟蚀临界理论模型研究的主要成果,并指出现有模型的不足,在总结前人工作的基础上,指出了现有临界模型今后的发展方向。     

黄土坡面细沟侵蚀发生的临界条件

通过玻璃水槽试验和径流冲刷试验，研究了坡面径流的流速分布和坡面细沟侵蚀发生的临界条件。研究表明：径流在坡面上并非是以均匀流形式运动，而是以滚波的形式运动的，同时本文运用能量守恒原理分析了坡面土壤侵蚀率（Dr）与径流能耗（△E）之间的关系，建立了给定土壤条件下坡面土壤侵蚀率估算模型：Dr=0.0026（In△E-2）。结果表明坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界能量条件，当径流能耗大于7.38（J）时坡面开始有细沟侵蚀发生。     

土壤侵蚀治理范式与生态学理论的耦合关系

目前土壤侵蚀已经成为全球普遍关注的环境问题, 土壤侵蚀治理范式是近年水土保持研 究中的一个热点。本文探讨了“范式”在科学研究中的变迁过程以及对土壤侵蚀防治的重要意义, 并且讨论了土壤侵蚀防治范式与生态学范式之间的耦合关系, 指出生态学思想对土壤侵蚀科学 的发展有重要的借鉴作用, 强调在进行土壤侵蚀研究过程中必须考虑生态因子。土壤侵蚀过程和 生态过程是相互渗透在一起, 它们之间所表现的是相辅相成的耦合关系, 生态学中的自然均衡思 想、系统非平衡态理论、等级缀块动态理论都深刻的影响着土壤侵蚀科学的发展并且都得到不同 程度的应用。在土壤侵蚀研究过程中必须重视生态环境平衡思想。     

基于地块汇流网络的小流域水沙运移模拟方法研究

全流域逐地块水土流失计算,是目前水土保持定量评价的重要手段,其实现过程既需要有考虑地貌因子和上下游关系的土壤侵蚀模型,也需要建立全流域地块汇流网络,并与侵蚀模型有机连接。本文针对黄土高原特殊的地理条件和水土流失规律,对传统的基于栅格的小流域汇流技术进行了改进,考虑地块间上下游汇流关系,建立了基于地块的水沙汇流网络模型,模拟水沙在流域复杂下垫面的汇流过程,提取出流域各地块间的水沙汇流网络,并计算出3个重要参数:流域地块间水沙汇流的顺序、流域地块间水沙汇流数目的空间分配、水沙流经各地块的坡长。将土壤侵蚀模型按地貌部位与特征分为坡面模型、沟坡模型和沟道输移模型,与地块汇流网络有机集成,实现了水沙运移的全流域按地块沿程计算。