陇中黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复模式下次降雨产流产沙特征

基于甘肃省清水县汤峪河径流小区2015—2017年的观测数据,研究不同植被恢复模式条件下坡面次降雨入渗、产流产沙特征。结果表明：不同植被恢复模式条件下的土壤入渗量与降雨强度呈二次函数关系,存在入渗量达到最大值的临界降雨强度。入渗速率与降雨历时可以用幂函数关系表达,符合考斯恰可夫入渗模型。不同植被恢复模式条件下的产流率在0.003 3~0.003 6 mm·min^-1之间,相对裸地的减流率为54%~58%。产流率与降雨强度之间呈二次函数关系（R²>0.88）,产流率的主要影响因素是降雨强度。径流含沙量平均值乔灌混合区（3.13 g·L^-1）>灌木林（2.95 g·L^-1）>乔木林（2.79 g·L^-1）>草地（2.58 g·L^-1）,径流含沙量与降雨强度呈线性递增函数关系。裸地的产沙量显著高于各植被小区（P<0.05）,是各植被小区的43~57倍,各植被小区的减沙率在93%~94%之间,减沙效益高于其减流效益。各植被坡面土壤流失量与降雨侵蚀力呈线性递增函数关系;产流率与侵蚀产沙率之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,二者间可采用二次函数关系表达。本研究成果可为黄土高原丘陵沟壑区水土保持优化配置提供理论依据。     

黄土丘陵沟壑区典型村域土地利用变化及对区域乡村转型发展的启示

深入开展乡村地域土地利用变化和聚落发展规律的研究对于探究乡村地域系统优化、推进城乡融合与乡村可持续发展具有重要意义。论文以延安市碾庄流域为例,基于ENVI和GIS等软件技术,结合Landsat卫星影像、马尔科夫链模型和实地调查,从土地利用转移与交换变化、建筑用地空间转移、社会响应等角度探讨了黄土丘陵沟壑区典型村域土地利用变化特征以及对区域乡村发展转型的影响。研究表明：① 在一系列生态工程措施作用下,碾庄流域生态覆被发生明显改观,主要表现为大量的坡耕地及稀疏生态用地转化为林地,其中,林地面积占比由32.34%(2009年)增加至50.88%(2018年);② 在社会经济发展和延安新城“边缘效应”的影响下,碾庄建设用地呈现向流域的东南和西南方向拓展的趋势,10 a间建设用地面积增加了近75%;③ 在人类活动的主导作用下,黄土丘陵沟壑区的乡村正在朝着生态化和集约化的方向转型发展。研究结果有望为深入理解黄土丘陵沟壑区乡村地域系统结构和优化提供新参考。     

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。     

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。     

沟谷型沙漠泥流堆积体起动过程中的孔压变化特性

以黄河上游宁蒙段典型风水复合侵蚀流域为研究区域,重点针对堆积体堵塞沟道极端条件下的沟谷型沙漠泥流,从堆积体起动成灾的环节入手,开展直槽概化模型试验,并采用基于有效应力原理的流固耦合模型,概化模拟上游暴雨洪水入渗条件下堆积体内孔隙水压力变化特性及其起动过程,从微观角度揭示其成灾机理。结果表明：堆积体起动过程中孔隙水压力与时间呈指数为0.5的幂函数关系;流固耦合作用下堆积体内经历了应力场→体积应变→孔隙率→孔隙水压力→渗流场→塑性应变→屈服破坏的复杂非线性变化过程。     

元谋干热河谷浅沟测量方法比较与精度评价

为探究不同测量方法获取浅沟数据的精度,本文以元谋干热河谷区浅沟为例,采用RTK、三维激光扫描、近景摄影测量等多种测量方法获取浅沟数据,建立DEM并提取浅沟形态参数,对比近景摄影测量以不同方式获取标记坐标后建立DEM的差异,同时以测针板实测浅沟横剖面为参照,对比分析不同测量方法获取浅沟横剖面的精度。结果表明：RTK获取密度较低的点数据,建立的DEM较粗糙,仅体现沟缘大致走向;近景摄影测量+RTK方法测得的DEM高程整体低于近景摄影测量+全站仪所得DEM高程;利用三维激光扫描仪和近景摄影测量+全站仪两种方法获取数据所提取的浅沟形态参数精度较高;对比浅沟横剖面,横剖面近景摄影测量+全站仪测量所得与实测横剖面重合度较高。因此,利用近景摄影测量+全站仪进行浅沟测量,在精度、效率等方面优势较大。     

基于DEM的黄土地貌逼近度因子构建及特征分析

沟谷源点作为沟沿线上最为活跃的部位,其分别到上游分水线、下游沟谷线的流线空间比对关系,是表征三线空间结构的重要突破口。它在空间上向流域分水线逼近的程度,是量化黄土流域地貌系统发育程度的重要切入点。为探究黄土地貌区流域沟谷源点向流域分水线逼近的程度,揭示黄土流域地貌发育进程及该进程所表现的主要侵蚀方式,本文从水平和垂直2个维度,构建量化三线空间结构关系的核心因子--逼近度(PI),其中包括水平逼近度(HPI)和垂直逼近度(VPI),基于5 m分辨率数字高程模型,在陕北黄土高原遴选了包含16种地貌类型的42个样区,利用数字地形分析方法,探讨其平均值(MHPI, MVPI)的空间分异规律。另外,选择其中南北序列分别代表黄土塬、残塬、梁状丘陵沟壑和峁状丘陵沟壑区的淳化、宜君、甘泉和绥德4个地区,完备包含一至五级别沟谷的典型流域为重点实验样区,探讨陕北黄土高原流域尺度平均逼近度变异指数(MPIV)序列性特征。实验结果表明:①陕北黄土高原平均逼近度(MPI)存在强烈的空间自相关,MHPI在南北序列上先增大后减小,东西方向上逐渐减小,在黄河沿岸峡谷丘陵区MHPI达到最大;MVPI由西南-东北先减小后增加,由西北-东南逐渐减小,在渭北黄土台塬区达到最小;②在流域尺度上,MPIV值的正负与黄土塬区、丘陵沟壑区敏感相关;③4个重点样区MHPI、MVPI与其它地形因子存在南北序列上的一致性。104个外部汇流区平均水平逼近度与平均坡度相关性较好(P=0.43, a<0.001),平均垂直逼近度与面积高程积分强烈相关(P=0.75, a<0.001)。平均逼近度指标综合考量了黄土高原地区最典型的三条具有结构控制意义特征线的空间关系,对黄土地貌的发育程度有明显的指示性意义。     

浅层滑坡诱发沟谷泥石流的地形和降雨条件

2011年贵州省望谟县打易镇的大范围浅层滑坡诱发的沟谷泥石流提供了研究这类泥石流地形和降雨条件的机会。在地质条件一致和小区域内的降雨条件基本一致的情况下,地形条件就是这些泥石流暴发与否的唯一决定因素。对比一些重要的地形因素与泥石流暴发的关系,得出了由流域面积、沟床纵比降和25°~45°山坡坡度面积比组成的泥石流综合地形因子T。在地形因子T的基础上,研究获得了由前期降雨量、1 h降雨强度、年平均降雨量等组成的降雨因子R。由地形因子T和降雨因子R获得的临界条件P可以判断该区域的泥石流暴发。由于研究工作部分基于泥石流的形成机理,研究成果还可用于其他区域的泥石流形成预测,为泥石流的预测预报提供了一个较好的方法。     

基于遥感和GIS技术的长春东部典型黑土区侵蚀沟动态监测研究

以长春市九台区沐石河镇为研究区,探讨了遥感和GIS技术在长春东部典型黑土区侵蚀沟动态监测应用中的主要内容和方法。利用吉林省第一次地理国情普查成果和基础测绘成果,结合1965、2005、2013年3期卫星影像对沐石河镇侵蚀沟信息进行提取和分析,并对其空间分布及变化规律进行研究。     

The impact of flow discharge on the hydraulic characteristics of headcut erosion processes in the gully region of the Loess Plateau

Headcut erosion is associated with major hydraulic changes induced by the gully head of concentrated flow. However, the variation in the hydraulic characteristics of the headcut erosion process is still not clear in the gully region of the Loess Plateau. A series of rainfall combined scouring experiments (flow discharges ranging from 3.6 to 7.2 m³ hr⁻¹, with 0.8 mm min⁻¹ rainfall intensity) were conducted on experimental plots to clarify the variation in the hydraulic parameters induced by gully head and erosion processes under different flow discharges. The results showed that concentrated flows in the catchment area and gully bed were turbulent (Reynolds number ranging from 1,876 to 6,693) and transformed between supercritical and subcritical (Froude number ranging from 0.96 to 3.73). The hydraulic parameters, such as the flow velocity, Reynolds number, shear stress, stream power, Darcy–Weisbach friction factor, and unit stream power in the catchment area were 0.45–0.59 m s⁻¹, 2086–6693, 1.96–5.33 Pa, 0.89–2.86 W m⁻², 0.08–0.16, and 0.023–0.031 m s⁻¹, respectively. When the concentrated flows dropped from the gully head, the hydraulic parameters in the gully bed decreased by 3.39–26.07%, 1.49–29.99%, 65.19–67.14%, 67.25–74.96%, 28.53–61.31%, and 67.82–77.14%, respectively, which contributed to the flow energy consumption at the gully head. As flow discharge increased, Reynolds number, shear stress, and stream power increased, while flow velocity, Froude number, unit stream power, and Darcy–Weisbach friction factor did not. The flow energy consumption at the gully head was 9.66–10.13, 13.25–13.74, 15.68–16.41, and 19.28–20.25 J s⁻¹, respectively, under different flow discharges and accounted for 60.58–68.50% of the flow energy consumption of the experimental plots. Generally, the sediment discharges increased rapidly at the initial stage, then increased slowly, and finally reached a steady state condition, which showed a significant declining logarithmic trend with experimental duration (P<.01) and increased with increasing flow discharge. Accordingly, the flow energy consumption was significantly correlated with the sediment yield. These findings could improve our understanding of the hydraulic properties and flow energy characteristics of headcut erosion.