喀斯特溶蚀强度分析与估算*

以红水河流域水化学资料推算的溶蚀量为依据,分析降水量、岩性、地貌、气温等因素对溶蚀强度的影响.得出影响喀斯特溶蚀强度的主要因素是岩性,其次是降水量,随着地表起伏度的增加溶蚀强度稍有增加.气温对溶蚀强度的影响在本研究区内没有发现明显的规律.     

基于3S技术的广西喀斯特石漠化驱动机制图谱分析--以广西壮族自治区为例

喀斯特石漠化是指喀斯特区地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。图谱分析为喀斯特石漠化研究提供了一种谱系化、定量化与定位化相结合的研究方法。以广西喀斯特区为例,从组成喀斯特生态系统的地质、岩性、植被、地貌、气候及人类活动等多个方面入手,采用3S技术,得出石漠化分布及其驱动因子图;对石漠化分布图及驱动因子图进行图形叠加运算及相关分析,诊断出石漠化驱动机制。结果表明,喀斯特石漠化是在脆弱的生态环境地质背景上由于人类的强烈扰动而形成的,是多种因子综合的结果。     

三岔河流域水文特征与化学风化碳汇效应

在喀斯特地区的流域产汇流过程中,由于富含碳酸的水体对可溶岩的溶蚀作用,导致河流断面输出大量溶解无机碳(DIC),反映了流域化学风化消耗大气CO2的强度,与流域水文过程密切相关。为了正确估算流域水文过程中化学径流及其碳汇效应,解析水文特征对流域地表过程中碳的生物地球化学行为的影响规律,以喀斯特地貌广布的三岔河流域三个水文站断面为例,研究了河源区河流水文特征与碳汇效应。结果表明:处于亚热带湿热环境下的喀斯特流域在观测水文年内,碳汇强度远大于非喀斯特的花岗岩流域且具有显著的季节变化,绝大部分的碳汇发生在高温多雨的6-11月。相关分析表明,流域碳汇强度与流域气温、降水和径流量呈显著的正相关关系;流域碳汇强度与河流总溶解固体物(TDS)浓度、DIC浓度呈显著的负相关关系。丰水期径流对河流TDS和DIC有明显的稀释效应。流域碳汇强度主要决定于河流TDS和DIC输出载荷而非河流TDS和DIC的浓度,与流域水文特征密切相关。     

贵州典型喀斯特环境退化与自然恢复速率

喀斯特环境退化与自然恢复速率是具有重要意义的问题。在分析贵族典型喀斯特环境主要因子关系的基础上,确定用土地覆盖、植被状况和土壤属性反映喀斯特环境退化与自然恢复过程,应用和地面观测方法对研究区土地覆盖、植被覆盖、生物生产量、生物多样性和土壤理化性质等指标进行研究,从而得出研究区喀斯特环境退化与自然恢复规律及其相应的速率。     

贵州喀斯特水文地貌模型及其应用初步研究

借鉴常态流域地貌数学模型的思想方法,在贵州喀斯特开放流域中建立水文地貌数学模型,以研究亚热带剥蚀区喀斯特地貌的水文形态结构及其建造过程,并应用于分析贵州一些特殊的喀斯特水文地貌现象。     

基于RS和GIS的喀斯特石漠化驱动机制分析--以广西都安瑶族自治县为例

喀斯特石漠化(Karst Rocky Desertification，KRD)是指喀斯特区地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。采用RS和GIS技术，对都安喀斯特石漠化程度分级状况与驱动因素进行全面调查，建立全县1：10万喀斯特石漠化数据库。利用相关分析、因子分析和回归分析等方法，分析导致石漠化的影响因子，即喀斯特石漠化的重要驱动力，建立了喀斯特石漠化动力指数模型，算出了各因子对石漠化的贡献值，指出石漠化产生的主导原因是不合理的人为活动。所建的动力指数模型输出结果与遥感调查有相对一致性，表明石漠化动力指数能较好地反映该地区石漠化过程，可为喀斯特石漠化治理提供理论依据。     

红水河流域输沙量变化及其影响因素

红水河是珠江流域的主要泥沙来源,为了确定1955-2016年红水河流域输沙量变化特征及其影响因素,论文尝试采用有序聚类分析确定了流域输沙量变化的3个时期,并利用泥沙归因诊断分析计算了含沙量、径流系数和降雨因子在不同时期对输沙量变化的贡献程度,在此基础上进一步对影响输沙量变化的主要因素进行了分析。研究表明:1955-2016年间红水河流域输沙量存在1963和1991年2个突变点,在突变点前后输沙量存在明显变化,且这一变化主要受含沙量因子控制,人类活动是造成流域输沙量变化的根本原因。其中在1955-1991年间,红水河输沙量的上升主要由毁林开荒引起的流域水土流失面积增加所导致;而在1964-2016年间,水库修建使红水河流域输沙量减少了83.49%,而同时期植被覆盖度的增长贡献了输沙量减少的12.03%。将Wa TEM/SEDEM模型模拟结果与实测结果进行对比,同样发现1964-2016年输沙量变化的绝大部分(81.03%)由修建水库所贡献,而土地利用变化对输沙量减少的贡献相对较小(18.97%)。     

云南石林喀斯特小生境木本植物多样性特征

喀斯特生境与生物多样性的关系及对人为干扰的响应是喀斯特生态恢复的重要内容。以石林世界地质公园为例对此进行研究。从喀斯特溶痕与植物生长发育关系角度看,石林的小生境可分出节理溶沟、裂隙溶沟、楔状槽沟、深溶蚀坑、溶蚀石堆、浅溶蚀盘、溶蚀穿洞、溶蚀井或圆形溶槽和溶蚀廊道等9种。这些小生境的长度在31~340 cm,宽度在10~261 cm。在原生林、次生林、灌丛和灌丛草地等四个群落中调查了各个小生境的木本植物,共记录40科92种,个体数11420株,其中以溶蚀廊道的木本植物总数最多,溶蚀穿洞最少。物种和数量保持最稳定的小生境是溶蚀石堆和裂隙溶沟。各小生境群落间的物种相似性指数很低。裂隙溶沟、深溶蚀坑、楔状槽沟、溶蚀石堆等小生境在人为强烈干扰后,仍保留有部分乡土植物繁殖体,其他小生境缺乏,这些繁殖体对生态严重退化区的喀斯特植被恢复具有重要意义。喀斯特生境的尺度影响森林植被的自然恢复。保护喀斯特地质遗迹可以促进生物多样性恢复和保护,石林世界地质公园提供了例证。     

基于野外控制试验的不同持续时间干旱对喀斯特溶蚀的影响研究

溶蚀作用是喀斯特地区最根本的作用过程之一,与水密切相关,极易受到干旱的影响。过去研究表明,干旱对喀斯特溶蚀有重要的影响,但具体影响有多大尚不清楚。论文采用标准溶蚀试片法并通过野外控制试验的方式,定量地给出了12种不同持续时间干旱对黔中地区林地、灌草地和耕地及其地下不同土层深度喀斯特溶蚀的影响,并初步分析了其影响过程机理。研究表明：① 不同持续时间干旱对林地、灌草地和耕地喀斯特溶蚀的影响程度分别达到30.61%~83.33%、38.45%~88.82%和66.76%~95.14%,均随干旱持续时间的增加而呈明显的上升趋势;② 干旱对不同土层喀斯特溶蚀的影响不一致,较短持续时间干旱对林地、灌草地和耕地中下层喀斯特溶蚀的影响较大,而长持续时间干旱则对表层喀斯特溶蚀的影响较大;③ 土壤水分是干旱影响喀斯特溶蚀的关键要素,土壤pH随土壤水分变化而变化,而土壤有机质对喀斯特溶蚀的干旱影响则有一定的减缓作用。     

生物喀斯特微形态研究

运用光学显微镜和扫描电镜对我国及南斯拉夫和英国多种样品进行了生物喀斯特现象的观察和分析.在生物喀斯特溶蚀侵蚀方面,对地表及地下(洞穴、土下)生物(藻类、地衣、真菌等)喀斯特溶蚀侵蚀机制及其微形态,以及海岸各种生物(藻类及软件动物等)喀斯特侵蚀微形态特别是钻孔作用,进行了系统的研究.在沉积方面,总结了各种喀斯特沉积与生物的关系,对各种生物(细菌、真菌、藻类、苔藓类等)的喀斯特沉积及其微形态进行了观察研究.对生物喀斯特微形态与非生物作用形成的喀斯特微形态进行了分析比较,并讨论了生物喀斯特微形态研究的方法及理论意义和实际应用价值.     

典型喀斯特地貌空间配置的洪水资源化机理——以贵州省为例

洪水资源化是解决喀斯特地区水资源严重缺乏的有效途径。文章在贵州省喀斯特地区选取40个流域作为研究样区,利用面向对象技术的监督分类型方法,提取典型喀斯特地貌类型;分析流域样区特征,利用系统聚类法,将其划分为6种流域类型,即是：喀斯特低中山型（Ⅰ）、峰丛谷地型（Ⅱ）、混合型（Ⅲ）、峰林盆地（溶原）型（Ⅳ）、峰丛洼地型（Ⅴ）和峰林地貌型（Ⅵ）;利用相关分析方法,分析不同地貌空间配置对洪水径流特征的影响,探索地貌空间配置对洪水的分配与承载规律,从流域结构角度研究地貌空间配置对洪水资源化的实现。研究表明：1）洪水径流模数、径流系数及其C_v值曲线呈现“双峰型”分布,且分别在峰丛谷地型流域（Ⅱ）和峰丛洼地型流域（Ⅴ）达极大值;2）不同流域类型实现洪水资源利用总量,从大到小排序为：Ⅴ（6.22×10⁸ m³）>Ⅰ（2.88×10⁸ m³）>Ⅵ（1.49×10⁸ m³）>Ⅱ（1.34×10⁸ m³）>Ⅳ（1.25×10⁸ m³）>Ⅲ（0.55×10⁸ m³）;3）除峰丛谷地型（Ⅱ）和混合型（Ⅲ）流域外,所有流域类型的地下洪水资源总量大于地表洪水资源总量。喀斯特流域的洪水资源化,深受喀斯特地表的起伏及其流域侵蚀基准面和溶蚀基准面的控制。     

喀斯特小流域分布式土壤侵蚀估算模型

为了准确估算喀斯特小流域土壤侵蚀量,根据喀斯特山区小流域复杂地貌特征、径流与侵蚀产沙在垂直方向上的差异性,以栅格DEM为基础,建立了由水文模块和侵蚀模块组成的喀斯特小流域分布式土壤侵蚀模型.其中水文模块选取了改进的喀斯特流域SCS产流模型进行产流量计算,改进的喀斯特流域DHSVM汇流模型进行小裂隙渗流、大裂隙以及管道(地下暗河)流汇流计算.侵蚀模块考虑侵蚀产沙在垂直方向上侵蚀特征的差异性,在典型区域野外调查的基础上,设计室内模拟试验,并对试验数据进行多元线性回归、逐步回归和多元非线性回归分析,建立不同坡度条件下土壤侵蚀模数的多因子模型(非线性回归模型达到极显著或非常显著水平,0.692＜R2＜0.988)进行产沙量计算,并运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算.该模型与GIS结合可实现对土壤侵蚀的时空分布过程进行模拟,为加深对该区域土壤侵蚀过程及模型研究提供参考.     

公路网系对喀斯特流域水系结构的影响

为了定量评价公路对地表水文过程的影响,选择典型喀斯特流域,在GIS水文分析功能支持下探讨了公路网系对流域水系结构的改变。研究表明:公路代表的人类强烈扰动集中分布在水系两侧1 km范围内。叠加路网之后流域内三级以下的低级水系数量和总长度显著增加,主河道分枝能力和流域平均分枝比增大,说明路网将增大河道行洪压力,同时减弱喀斯特流域的溶蚀作用而增强流水侵蚀作用。对子流域单元的统计分析表明,路面产流强度与子流域水系长度增加量之间存在较好的线性关系。在空间上,路网增加的水系在流域出口附近的集中程度较高。公路影响抑制喀斯特地下水系的径流调蓄作用,可能导致洪水期河流洪峰提前并增大洪峰流量,从而加剧洪灾风险。     

基于3S技术和USLE的深圳市茜坑水库流域土壤侵蚀强度预测研究

基于RS、GPS和GIS(3S技术)的集成提出了USLE 6大因子的算法,在建立的专题地理信息数据库基础上,运用USLE对深圳市茜坑水库流域的土壤侵蚀强度进行预测和估算.结果表明:整个流域90.5%的区域土壤流失强度为中度以下,强度侵蚀以上的区域虽然仅占整个流域面积的9.5%,但是年土壤侵蚀量达到了整个流域土壤侵蚀量的49.4%.流域土壤侵蚀强度和植被覆盖情况明显相关,茜坑水库流域的东北山区部分是整个流域的严重侵蚀区.研究证明:在3S技术集成支持下,采用USLE对流域的土壤流失强度进行预测和估算的方法具有直观、方便、快捷的优点,成果能充分满足小流域水土保持工作的需要.     

基于3S技术和USLE的深圳市茜坑水库流域土壤侵蚀强度预测研究

基于RS、GPS和GIS(3S技术)的集成提出了USLE 6大因子的算法,在建立的专题地理信息数据库基础上,运用USLE对深圳市茜坑水库流域的土壤侵蚀强度进行预测和估算.结果表明:整个流域90.5%的区域土壤流失强度为中度以下,强度侵蚀以上的区域虽然仅占整个流域面积的9.5%,但是年土壤侵蚀量达到了整个流域土壤侵蚀量的49.4%.流域土壤侵蚀强度和植被覆盖情况明显相关,茜坑水库流域的东北山区部分是整个流域的严重侵蚀区.研究证明:在3S技术集成支持下,采用USLE对流域的土壤流失强度进行预测和估算的方法具有直观、方便、快捷的优点,成果能充分满足小流域水土保持工作的需要.     

流域非点源污染的量化识别方法及其在于桥水库流域的应用

本文介绍了量化识别非点源污染发生的时空规律的方法及其应用。通过对该方法最终所获取的各因子图和污染物发生模数图进行分析,可以识别出各因子的空间分布规律及其贡献、非点源污染物发生的时间特征和空间差异以及严重发生区等等。本文还尝试将此方法运用于于桥水库流域,研究结果表明:该流域非点源污染的发生时间几乎拿部在七、八两个月;流域地貌和植被是制约非点源污染空间差异的两个关键因素,调控植被覆盖的空间分布是非点源污染管理的重要途径;流域内长城沿线的狭长地带是总固体(泥沙)发生的严重区域,流域西部中央区是氮发生的重点区。     

基于GIS和RS的喀斯特流域SCS产流模型应用

参数λ是SCS产流模型的一个重要参数,模型研究者将标准值λ=0.2作为模型的参数值。但模型参数没有考虑地貌类型对产流的影响,喀斯特地区不同地貌类型下地表坡度、土层厚度、地层岩性、基岩裂隙的发育程度等方面均存在很大差别,而这些因素都直接影响着流域的产流机制。在考虑地貌类型对喀斯特流域产流影响的基础上,通过率定不同地貌类型下的λ值对SCS模型进行改进。以GIS和RS技术作为获取流域地貌类型、土壤类型和土地利用方式等空间信息的主要手段,运用实测降雨径流资料对参数λ进行率定。由于喀斯特地区很少存在具有单一地貌的流域,仅靠实测数据很难确定各地貌类型的λ值,本文尝试通过对地貌结构与λ值关系的分析确定适合喀斯特流域的参数λ,从而建立起喀斯特流域SCS产流模型。模型在贵州平湖流域的应用结果表明,建立的喀斯特流域SCS产流模型的模拟精度较SCS产流模型有了很大提高,说明建立的喀斯特流域SCS产流模型比较合理,可以应用于喀斯特典型流域。     

喀斯特地块空间结构研究：以普定后寨地下河流域为例

通过对喀斯特地区的形态学、水文地质学、水文学和脉冲试验方法，将研究程度较为详细的贵州普定后寨地下不可流域作为样本区进行试验研究。以划分成八个空间结构类型。并且从中出该流域的喀斯特地貌主要是正向演化过程。但在西部形成反向演化过程。     

基于土地利用变化的典型喀斯特城市流域生态系统服务功能研究（英文）

揭示喀斯特城市流域土地利用对生态系统服务功能的影响机制,对喀斯特地区的社会经济发展与生态环境保护具有重要意义。本研究以贵州典型喀斯特城市流域—南明河流域为例,基于Arc GIS技术平台揭示了2000–2020年3个时期流域的土地利用时空演变规律,采用In VEST模型对流域不同土地利用类型的生态系统服务功能进行了系统评价。结果表明：（1）流域土地利用以林地、耕地和草地为主,土地利用变化方式主要表现为建设用地的增长,增长了13.07%;(2)流域水源涵养功能显著提升,碳储存功能略微减弱,空间上两者的物质量均呈现东北高、西南低的分布特征;（3）林地对流域水源涵养和碳储量的贡献率均超过57%,林地转为建设用地,耕地转为林地分别是生态系统服务功能减弱和增强的两种土地利用变化形式。本研究可为喀斯特生态脆弱区土地利用结构优化、水土资源开发和生态系统可持续管理提供重要数据支撑与科学参考。     

基于GWR模型的喀斯特地区产流量与土壤侵蚀权衡的时空特征——以贵州省三岔河流域为例

喀斯特地区的土壤保持服务及产流服务对区域可持续发展至关重要,明晰二者之间的权衡/协同关系是制定生态系统服务管理策略的基础。当前,针对喀斯特生态系统服务权衡与协同关系的研究多为定性描述,对于相互关系的定量研究亟待加强。本文以典型喀斯特地区三岔河流域为研究区,使用In VEST模型、RUSLE模型分别模拟了研究区2000—2015年16年间的产流量及土壤侵蚀量数据,借助地理加权回归方法对产流量及侵蚀量的多年均值进行权衡/协同关系的定量刻画与空间分析。结果表明:(1)流域尺度上产流量与土壤侵蚀量呈现权衡协同关系并存的分布格局,研究区63. 3%的面积为权衡关系,36. 7%的面积为协同关系,上游、下游大部分地区为权衡关系,中游呈现协同关系;(2)土地利用类型的空间分布是导致产流量与土壤侵蚀量权衡/协同关系空间分布的主要原因;(3)产流量与土壤侵蚀量的空间权衡/协同关系具有较高的空间异质性,因不同地貌类型区而存在差异,其中中海拔平原、中海拔台地地区土壤侵蚀与产流量整体上表现为协同关系,中海拔丘陵、小起伏中山、中起伏中山地区表现为权衡关系。本研究深入剖析了土壤侵蚀及产流量的空间权衡关系,其结果可为该地区生态系统服务管理提供借鉴意义。