基于点云DEM的元谋冲沟地形湿度指数研究

发布时间：2020-05-11 18:22

【摘要】：元谋干热河谷区是我国金沙江干热河谷区的重要生态保护区,其冲沟侵蚀日趋剧烈,对该区域的生态建设提出了巨大的挑战。同时该区域土壤属性为燥红土和变形土,致使其土壤水分的空间变化不均,因此研究冲沟TWI是亟待解决的科学问题。地形湿度指数(Topographic Wetness Index,TWI)广泛应用于不同研究区域的土壤水分空间分布中,在冲沟的研究中其TWI可以模拟量化干热河谷区冲沟土壤的空间含水量。现有基于格网DEM研究TWI主要集中在流域(小流域)、工程地质中的道路边坡和梯田等,对于不同发育阶段的冲沟而言,不同的径流算法究竟对冲沟TWI有何影响?对不同发育阶段的冲沟土壤水分含量模拟又有哪些差异?此外,基于高精度的点云DEM数据哪种尺度下符合冲沟TWI的预估?这些问题的存在,仍需进一步的探索研究,本文基于此进行初步探析。本文选取干热河谷区不同发育阶段的典型冲沟作为研究样区,以高分辨率0.5m格网大小的点云DEM为基础数据,并选取不同径流算法、不同格网大小以及幼年期、壮年期和老年期冲沟对其TWI提取的影响这三部分进行分析研究。结果表明:(1)在元谋干热河谷区内,通过SAGA中径流的算法提取冲沟TWI,符合其地形地貌规律,能够最佳模拟其土壤中水分含量,同时D∞算法下冲沟TWI要优于D8算法。(2)以元谋干热河谷区的冲沟点云DEM(0.5m)为基础数据,并且基于ArcGIS平台派生1m~2.5m的冲沟点云DEM数据,更进一步研究高精度冲沟点云DEM,伴随其格网不断的增大,冲沟在不同的尺度下其平均坡度值减小,同时单位汇水面积(Specific Catchment Area,SCA)和TWI呈增大的趋势,这体现了这二者之间呈正比的关系。(3)不同发育阶段的冲沟通过尺度效应和地形地貌的不同比较,整体上不同发育阶段的冲沟的最大值在不同的分级范围内呈下降趋势,最小值呈明显的下降趋势,但是平均值却表现为先增大再减小的趋势,其平均值的峰值在坡度分级的8~15°处。在SAGA中径流算法下,冲沟TWI值体现了自定义汇水面积算法的优越性,符合冲沟发育的地形地貌规律,能够很好地反应冲沟的实际地形情况。研究以高精度的数据为基础,以期更精确的指示元谋干热河谷地区土壤水分的空间分布特征,可望为元谋干热河谷区的生态重建土壤水分模拟研究提供一定的参考价值,同时期冀为该地区的水土保持、农业生产恢复以及生态环境重建提供科学基础。
【图文】：

研究样区图

本研究实验样区为元谋干热河谷的典型冲沟，该区主要的的自然特征主要表现在以下几个方面：从海拔高程上看，元谋干热河谷区的高程接近 2000m；从气候类型上来看，研究区域以干湿季明显、炎热干燥的低纬度的高原季风气候为主，整个区域的年均温为 21.9℃；从降水量上来看，该区域降雨多集中于 6~10 月，这一时期降水量占据全年降水的 90%以上，且年均降水量为615.1mm，但是该区域的水分蒸发为 3911.2mm，这远远超过年均降水量；从地质上看，该区域的地层为第四纪河湖相沉积物，它的主要特征为结构非常松散，，而且其胶结度比较差及其地质层组成的物质差异性明显；从土壤类型上看，该研究区域主要以变形土和燥红土为主，它的结构相当的松散，水分的渗入能力较低，同时其含水量和保持水分的能力也是较弱，致使土壤极为干旱、质地较为粘重和其养分含量偏低，进一步导致地面光秃（图 2-2A）。综上几个方面的特征，该区域气候干燥，降雨少且集中以及土壤的物理属性差，这就导致了区域内冲沟广泛发育，崩塌侵蚀和水土流失严重。同时研究区内的冲沟形体迥异，新旧冲沟发育交替进行，区域化恶性循环严重[29,30]。
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157

【参考文献】

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本文编号：2658878