黄土高原切沟发育监测方法与侵蚀模型研究

发布时间：2020-09-18 16:05

　　切沟是黄土高原重要的土壤侵蚀形式。切沟发育破坏土地资源,影响农业生产,恶化生态环境,是小流域产沙的主要来源。切沟侵蚀的阶段性和复杂机制使预测切沟侵蚀非常困难,加上技术手段的欠缺,切沟侵蚀量化、机理和模拟的研究较少。本文旨在使用高分辨率遥感影像和三维激光测量技术进行切沟发育监测及侵蚀模型构建,力求为黄土区切沟形态参数监测、侵蚀模拟和防治提供科学方法和理论依据。选择陕北黄土区吴起县退耕还林森林公园和绥德县桥沟流域以及晋西黄土区吉县蔡家川流域为研究对象,基于QuickBird影像和5m分辨率数字高程模型(DEM)及中国土壤侵蚀模型(CSLE),分析了小流域侵蚀产沙特征；通过野外调查,利用统计学方法,探究了环境因子对切沟沟头活跃性的影响；基于三维激光扫描数据与QuickBird影像,评估了目视解译法提取切沟面积、周长和沟长等形态参数的精度；利用两期同时相QuickBird影像,估算了切沟发育速率并分析了切沟发育的影响因子,基于地貌临界关系,考虑集水区植被覆盖度因子建立了小流域尺度切沟发育速率经验模型；利用三维激光扫描全站仪获取切沟高分辨数字高程模型,分析了切沟形态特征,构建了切沟体积估算的最佳经验模型,结合QuickBird影像估算了切沟年均侵蚀量。主要结论如下：(1)在小流域沟间地中,25°以上陡坡、土地利用类型为草地和其他土地(主要包括工矿建设用地、道路和裸地)的区域是最主要的土壤侵蚀源,应作为重点水土流失治理区；沟谷地土壤侵蚀模数是沟间地的3.21～7.51倍,沟谷地是小流域主要的泥沙来源,其贡献值在65.62～88.04%之间。(2)坡向通过影响植被覆盖来影响沟头的活跃程度,阳坡以活跃沟头为主,阴坡以不活跃沟头为主；植被存在削弱了地形因子对沟头活跃性的影响；与草本植被覆盖相比,灌、草结合的植被类型抑制效果更明显。(3) QuickBird影像目视解译法提取切沟面积、周长、沟长的平均相对误差在5%左右,沟长的平均绝对误差在0.75 m左右；边界偏差控制0.6 m范围内的面积比例在96%以上；切沟越大,目视解译结果的误差越小；沟缘线附近的植被类型影响目视解译精度。(4)2003-2010年,切沟沟头最大发育速率在0.23～1.08m/a范围,均值为0.51m/a,切沟面积增加比例在0.49～9.45%范围内,其中混合型小流域(流域中耕地的面积比例都在15%以上)草地型小流域(流域中草地的面积比例都在50%以上)林地型小流域(流域中林地的面积比例都在50%以上)。地形因子对切沟发育的作用随着植被覆盖度的增加逐渐减弱,集水区植被覆盖度超过60%时,能够有效遏制切沟发育；基于地貌临界关系,利用上坡汇水面积(Ai,m2)、沟头局部坡度(S,m/m)和集水区植被覆盖低于60%的面积比例(Φ0.6)三个因子,建立了切沟面积增长率(Ra,m2/a)模型,表达式为：Ra=0.1540[(φo.6Ai)0.24S]3.2588。(5)切沟体积可以利用切沟面状和线状特征参数估计,切沟侵蚀量可以通过切沟面状和线状参数变化进行预报。与沟长相比,切沟面积(Ag)是黄土区切沟体积估算的最佳参数,切沟体积估算的最佳经验模型为：V=0.2762Ag1.3971(R2=0.91)；切沟体积的年变化在0.41～36.76m3/a范围,均值为10.32 m3/a；年均侵蚀量在0.62～55.14 t/a之间,均值为15.48t/a。高分辨率遥感影像结合三维测量技术在较大时空尺度上进行切沟侵蚀监测是可行的。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

吴起,地理位置,华池县,定边县

２．１吴起县概况逡逑２．１．１地理位置逡逑吴起县位于黄土高原中部，也是陕西省西北部。地理位置为１０７。３８’５７〃？逡逑１０８°３２＇４９＂Ｅ，邋３６°３３｜３３＂？３７°２４’２７＂Ｎ，西北、东南、东北和西南分别与定边县、志丹逡逑县、靖边县和甘肃省华池县ｔｔ邻，南北长９３．４邋ｋｍ，东西宽７９．８９邋ｋｍ，总面积３７８６．２邋ｋｍ２逡逑（图２－１）。海拔为１２３３？１８０９邋ｍ，属于北洛河和无定河的上游。逡逑

吴起,主要支流,洛河,流域

逑乱石头川河，二道川河，颗颗川，宁赛川，薛盆川，三道川，杨青川，白豹川，石拐逡逑子川，八里庄沟，其特征见图２－６。河网密度为０．９邋ｋｍ／ｋｍ２，多年平均径流总量为１．１８逡逑ＸＩＯＶ＾邋（秦伟等，２００７）。逡逑逦１００逡逑１６０？－邋ｎ逦■河流长度邋＿流域面积．逡逑Ｉ棚邋＿邋ｊ逦－邋８０逡逑１２００－邋Ｉ逦．逡逑Ｎ．Ｉ逦ｃ＊逡逑Ｊ邋ｌＯＯＯ－邋ｉ逦－邋６０邋Ｂ逡逑捧－Ｉ逦．邋Ｍ逡逑媝邋ＩＩ邋Ｈ邋－４逡逑：ｙｉＬｌｌｕｉｋ逡逑ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ邋ｉ邋Ｋ邋Ｌ邋Ｍ邋Ｎ邋０逡逑河流名称逡逑注：Ａ：头道川；Ｂ：方两河；Ｃ：王法子河：［）：石淡河：Ｅ：牛城子河：Ｆ：乱石头川河逡逑Ｇ：邋二道川河：丨丨：颗颗川：Ｉ：宁赛川：Ｊ：辟法川：Ｋ：邋二道川：Ｌ：杨宵？川；逡逑Ｍ；白豹川；Ｎ：石拐子丨１｜：邋０：八里庄沟逡逑图２－６吴起县洛河流域主要支流特征逡逑Ｆｉｇ．邋２－６邋Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒ邋ｏｆ邋ｍａｉｎ邋ｂｒａｎｃｈ邋ｏｆ邋Ｌｕｏｈｅ邋ｗａｔｅｒｓｈｅｄ邋ｉｎ邋Ｗｕｑｉ邋Ｃｏｕｎｔｙ逡逑无定河流域位于白于山以北，由南流向北，主要有麻子沟、八里庄沟和石拐子沟逡逑等支流，流域面积为４１０．５邋ｋｍ２，河网密度为０．５８邋ｋｍ／ｋｍ２，多年平均径流总量为０．１８逡逑Ｘ邋１０８邋ｍ３邋（秦伟等，２００７）。大部分浅层地下水以渗流或泉的形式进入河道，仅有逡逑少部分浅层地下水补给深层地下水。受地形、地貌、水文地质结构以及河流切割情况逡逑等影响

土地利用图,吴起,植被盖度,土地利用

常住人口为１４．５万，较２０００年增长２６．４６％。逡逑自１９９９年实施退耕还林工程后，林草覆盖显著增加，有效遏制了水土流失，生逡逑态环境改善明显。从图２－７可以看出，２０００—２００９年，退耕还林（草）措施的实施，逡逑县境内植被盖度显著提高，植被覆盖度低于１５％的面积比例从８９．１８％急剧减到０．０１％。逡逑２０００年植被覆盖度大于３０％的面积不到１％，２００９年达到９２％，而植被覆盖度大于逡逑４５％的面积比例为４４％。进一步，１０年间，土地利用也非常变化显著，农用地和草逡逑地面积比例都较小，分别从２３．７５％和６９．８６％减少到１２．２６％和５１．６１％；而林地面积逡逑比例由６．１７％增加到３５．１９％邋（许智超等，２０１１）。逡逑植被激盖度分级／％逡逑＞６０逦４６－６０邋３０－４５逦１５－３０逦０－１５逡逑２０００００１逦１逦１逦１逦１逦１逦逡逑＿邋＼逡逑■逦■邋／邋＼邋＋邋厕，逡逑．姦２００９年：＼逦■邋／逦＼十“厕年．逡逑广？逦＼邋－４。埾逡逑ｉ－邋｜１邋－＼邋：６。＿逡逑■。：邋Ｊ邋Ｊ邋■！邋Ｉｌｉｊ邋：８。逡逑ｖ逦Ｉ邋—Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｊ邋ｙｊｓｊ逡逑Ａ邋Ｂ邋Ｃ邋Ｄ邋Ｅ邋Ｆ邋Ｇ邋Ｈ邋

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