DEM分辨率对黄土侵蚀沟形态特征表达的不确定性分析

黄土侵蚀沟的地形表达是开展黄土沟谷侵蚀研究的基础工作,利用数字高程模型(DEM)定量描述侵蚀沟特征有助于研究侵蚀沟的形态变化和发育过程。基于DEM数据计算多种指标对黄土侵蚀沟特征进行描述是目前侵蚀沟研究中最为常用的方法。但是,受到格网DEM数据结构的限制,其计算结果会存在一定的不确定性。在侵蚀沟地形表达时,对形态特征的表达会受到DEM数据分辨率的影响,进而造成表达结果的不确定性。尤其在黄土高原地区,地形特征更为破碎,地形要素更为复杂,其表达结果受DEM分辨率的影响更为明显。本文以黄土高原典型样区为例,基于点云数据建立不同分辨率的DEM数据集,通过不同地形因子对侵蚀沟特征进行表达,分析DEM分辨率在黄土侵蚀沟形态特征表达时的不确定性。结果显示,分辨率的降低对主沟支沟比和纵比降等侵蚀沟形态特征因子产生了较大影响,且指标与分辨率多呈现线性变化关系。但是,随着侵蚀沟的横向扩张,DEM分辨率对其特征表达的影响逐渐被削弱。此外,在使用固定分析窗口进行侵蚀沟特征计算时,由于分辨率的降低,格网尺寸增大,其实际分析半径随之增大,使得计算范围内地表形态变化增加,导致沟谷切割深度随着分辨率的降低反而增加。同时,侵蚀沟主沟道区域受分辨率影响较小,沟头区域指标与分辨率的关系较弱。     

面向点云数据的黄土丘陵沟壑区沟沿线自动提取方法

基于点云数据地表建模中,沟沿线既是点云去噪的重要分割线,又是黄土丘陵沟壑区最典型的地形特征线。因此,本文提出了面向点云数据的基于多尺度格网采样和坡度分割的沟沿线自动提取方法,即在适宜格网尺度采样的基础上构建地表模型,利用沟沿线周围坡度陡变的特性提取缓坡面与陡坡面的分界线,从而生成沟沿线。通过对8个样区反复实验,确定了各自的最佳格网尺度,并发现格网尺度随点密度的增大而迅速减小,而后趋近平稳的幂函数关系,同时随机选取了另外5个样区验证了该关系的适用性。最后,通过全域分块计算得到了该地区的完整沟沿线。相比于人工识别的沟沿线,本文方法提取沟沿线的精度在0.5 m缓冲范围内为85%,效果较好,且位置更为精确。产生差异的原因主要是面向点云数据的沟沿线有更多的细节,沟沿线曲率更大,造成了其长度明显大于手动提取结果。该方法有助于提高丘陵沟壑区点云数据去植被处理和地形表面重建精度。     

DEM与区域土壤侵蚀地形因子研究

地形是影响地表径流和土壤侵蚀的重要因素,坡度等指标是流域水文和土壤侵蚀预报的重要变量.DEM在区域土壤侵蚀中应用研究主要包括:如何实现对侵蚀区地形的表达,使之能准确、科学和有效地表达地形形态和侵蚀沟道网络结构;在多种尺度上,用什么指标实现表征地形对土壤侵蚀发生过程的影响;用什么方法提取或者处理地形因子,如何建立地形因子与土壤侵蚀关系.引入新的DEM理念和算法,应用高精度地形测量数据和数字地形图,改进DEM质量,考虑尺度效应并将已有地形因子研究与区域土壤侵蚀模型研究结合,是今后的主要研究方向.     

黄土区滑坡研究中地形因子的选取与适宜性分析

黄土高原是中国生态较为脆弱的地区,也是滑坡发育的地层之一。黄土滑坡发育是孕灾环境、致灾因子和承灾体等多种因素联合作用的结果,其中作为重要孕灾环境因素的地形因子的选取是黄土滑坡风险研究的基础。本文选取黄土滑坡灾害多发的甘谷县作为研究区,综合利用敏感性指数、确定性系数和相关系数方法进行地形因子在滑坡灾害研究中的适宜性分析,得出以下结论：基于确定性系数法、敏感性分析模型和相关系数法,最终筛选出适宜于本区域滑坡灾害评价的地形因子为：坡度、坡度变率、坡形和地表粗糙度;确定性系数法、敏感性分析模型都基于分析单一因子与滑坡之间的关系进行致灾因子选取,忽视地形因子之间的相关性。实验结果表明,研究区稳定性较差的区域与已发生滑坡灾害分布数量具有较好的对应关系,并深入分析了滑坡与地形因子分级范围的关系,发现地形因子分级范围对地质灾害风险研究具有重要的影响,是导致部分区域的差异性主要原因之一。实地调查发现,河网切割密度及人类工程活动也对研究区危险性具有重要的控制作用,是重要的地形因素。     

黄土高原丘坡信息DEM提取算法的应用

选择代表黄土地貌类型(丘陵沟壑区、梁峁区、高原丘陵过渡区)的75个样区(每个样区约4km²),以1∶1万水平分辨率为5m的DEM为研究对象,研究不同算法对提取地面坡度精度的影响。采用6种不同算法分别提取坡度。运用方差分析,对比分析,排序分析等方法,通过比较不同算法所提取坡度矩阵的平均值、最大值、标准差,以及坡度中误差等指标,认为在黄土丘陵沟壑区3类地貌类型区域如果整体考虑坡度的以上指标时选用三阶反距离平方权差分算法较为合理。在黄土高原沟壑区与丘陵沟壑区交错过渡地带也可以选用算法4提取坡度。同时,根据水土保持工作实际生产部门需要,提出并实现了对坡度信息评价时须分级别进行的思路。研究认为,在黄土丘陵沟壑区域相同的地貌类型区,算法对所获得的相同的坡度级别面积影响是不同的,并且规律不相同。在前述三种地貌类型区域,如果需要获得坡度分级面积信息,使用三阶反距离平方权差分算法和三阶反距离权差分最为理想。由于简单差分算法小于其他算法提取坡度所涉及的区域单元大小,不适宜在本区域使用。     

水流算法对于坡度坡长因子的影响研究

坡度坡长因子是影响土壤侵蚀的主要地形因子。单流向算法和多流向算法得到的坡度坡长因子差异非常大。基于多流向算法的坡长计算得到的坡度坡长因子图,光滑连续,符合坡面漫流原理,比单流向算法得到得坡长计算得到的坡度坡长因子更加合理。     

徐州市水土流失时空变化研究

本文以3S技术为支撑,在修正水土流失方程（RUSLE）的基础上,针对徐州黄泛平原-丘陵地带的特殊地形地貌、对2000年以来徐州市水土流失时空变化特征进行了分析。结果表明：2000-2014年徐州市土壤侵蚀等级以微度为主,微度侵蚀面积占总侵蚀面积多年平均达到76.34%;中度侵蚀次之,所占比例在10%~17%间;剧烈侵蚀所占比例最少。轻度及以上土壤侵蚀等级主要发生在中部微山湖下游、京杭大运河一带的丘陵岗地地区、主城区与故黄河北岸的黄泛平原地区,以及丰县、新沂、邳州的局部区域;土壤侵蚀存在一定程度年际变化特征,睢宁、丰县、邳州的部分地区侵蚀面积年际变化较为明显,土壤侵蚀总面积整体上呈现下降趋势。     

土壤侵蚀危险度的计算与影响因子分析——以福建安溪红壤水土流失区为例

随着国家对生态环境的重视和水土保持科学的发展,有关土壤侵蚀危险性评价的研究越来越重要。本文对土壤侵蚀危险度评价的一般方法进行了改进。首先,分析了安溪县各强度等级的土壤侵蚀在高程、坡度、土地利用类型和土壤类型的面积分布情况,计算了不同高程带、不同坡度、不同土地利用类型和土壤类型的土壤侵蚀综合指数然后,以各影响因子的土壤侵蚀综合指数为权重,计算了不同侵蚀影响因子在安溪县各子流域的土壤侵蚀危险度,既避免了权重确定的主观性,又保证了土壤侵蚀危险度的计算适合当地的实际情况,从而明确了各子流域土壤侵蚀发生的可能程度最后,依据土壤侵蚀危险度和土壤侵蚀强度的分布规律,对整个研究区进行了水土保持分区,提出了治理方向。     

基于区域生长的黄土地貌沟沿线提取方法与实验

沟沿线是黄土地貌正负地形的分界线,地形在沟沿线处存在较大的高程变化和坡度转折。坡面畸变邻域法是一种有效提取沟沿线的方法,但该方法对正负地形进行分割时,往往会产生大量的碎屑多边形和分类错误,严重影响沟沿线的提取精度。为了解决这个问题,本文采用区域生长方法来改进坡面畸变邻域法的提取结果。首先,分别以DEM提取的山顶点和出水口点作为正负地形的生长点进行4邻域生长,生长至正负地形边界或大于坡度阈值为止;然后,采用边缘检测方法提取正负地形分界线;最后,依据形态学图像处理方法去除"毛刺"得到最终的沟沿线。结果显示,该方法实现了对沟沿线的自动提取,解决了由于正负地形分类错误造成的沟沿线定位不准确的问题,提高了沟沿线的提取精度,同时该方法也较好地保持了沟沿线的完整性和连续性,对黄土高原不同地貌类型具有普遍的适用性。     

六盘水市土壤侵蚀时空特征及影响因素分析

六盘水市是我国生态地位极其重要,水土流失又较为严重的城市。近些年,六盘水市实施了一系列生态工程,为了定量分析六盘水市土壤侵蚀状况及其影响因素,本文基于RUSLE模型,利用降雨数据、遥感影像数据、土地利用数据等,对贵州省六盘水市1990-2015年土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,分析其时空动态变化,利用地理探测器定量分析影响因素,并进行空间相关性分析,结果表明： ① 六盘水市土壤侵蚀以微度和中度侵蚀为主。土壤侵蚀严重地区主要分布在北盘江流域与南盘江流域交界处以及喀斯特山地地区,煤矿开采使植被覆盖等抑制土壤侵蚀因子减少作用,使局部地区土壤侵蚀程度加剧。② 1990-2010年平均土壤侵蚀模数整体为下降趋势,2010-2015年为上升趋势。其中2000年平均土壤侵蚀模数最大,2010年平均土壤侵蚀模数最小。该变化由降雨可蚀性因子和植被覆盖度因子综合影响所致。③ 植被覆盖度因子和多年平均降雨量因子是影响区域土壤侵蚀空间分布的重要因素。未利用土地、植被覆盖度小于0.3、坡度在25°以上和降雨量在1543~1593 mm之间的地区为高风险侵蚀区域。④ 植被覆盖度与土壤侵蚀在空间上全部呈负相关性,降雨因子与土壤侵蚀在空间上存在负相关性和正相关性。⑤ 土壤侵蚀改善区域大多分布在生态工程区域内,生态工程建设能够改善土壤侵蚀情况,不同生态工程保护侧重点不同导致土壤侵蚀改善程度不同。退耕还林还草工程对六盘水市土壤侵蚀的改善具有重要意义,六盘水市更宜退耕还林。     

Gully erosion regionalization of black soil area in northeastern China

Gully erosion is the frequent and main form of soil erosion in the black soil area of the northeastern China, which is one of the most important commodity grain production bases in China. It is encroaching upon the fertile farmland there. Regionalization of gully erosion can reveal the spatial distribution and regularity of the development of gully erosion. Based on the eco-geographical regional background features of the black soil area, this study combined the regionalization with influencing factors of the development of gully erosion. GIS spatial analysis, geostatistical analysis, spatial statistics, reclassification, debris polygon processing and map algebra methods were employed. As a result, the black soil area was divided into 12 subregions. The field survey data on type, length, volume and other characteristics indicators of gully erosion were used to calibrate the results. Then the features of every subregion, such as where the gully erosion is, how serious it is, and why it happens and develops, were expounded. The result is not only an essential prerequisite for gully erosion surveys and monitoring, but also an important basis for gully erosion prevention.     

贵州省不同地貌形态类型土壤侵蚀强度变化的定量分析

如何揭示不同地貌形态类型区土壤侵蚀强度变化,尤其是在生态环境比较脆弱的喀斯特区域,是地方生态保护战略实施亟需研究的关键问题之一。本文基于ALOS、ZY-3、GF-1、Landsat和GDEMV2遥感影像数据,以及2762条野外采样验证数据,参照国家在喀斯特与非喀斯特地区土壤侵蚀不同分类标准,实现10 m×10 m分辨率的贵州省2010年和2015年土壤侵蚀空间信息数据提取。进而结合贵州省地貌数据,通过构建贵州省土壤侵蚀的时空分析模型,实现对不同地貌形态类型,尤其是喀斯特区域和非喀斯特区域的土壤侵蚀强度的时空变化进行定量分析。结果显示：在2010—2015年,贵州省中—高海拔区域土壤侵蚀变化的动态度高于低海拔区域,土壤侵蚀强度总体呈下降趋势,下降总面积达6468.13 km2。喀斯特区域的土壤侵蚀变化广度高于非喀斯特区域的土壤侵蚀变化广度,而且变化趋势基本上是从高一级的侵蚀强度向低一级的侵蚀强度变化。高盆地、中山、高中山土壤侵蚀强度减弱趋势明显高于其他地貌类型的趋势,但高中山仍是喀斯特与非喀斯特区土壤侵蚀增强变化较为明显的区域。这说明自21世纪以来,在贵州喀斯特区域实施的生态修复工程和生态环境保护政策在土壤侵蚀防治过程中发挥了主导性作用,在今后贵州省进行土壤侵蚀防治的过程中,除了喀斯特区域的防治外,还需要同时注意非喀斯特区域的防治。     

中国北方典型农牧交错区的土壤风蚀危险度研究

土壤风蚀及其引发的土地退化、沙化和沙尘暴是中国北方严重的环境问题之一。通过定量评估中国北方典型农牧交错地区土壤风蚀危险程度,可以为区域生态环境的保护和生态修复提供科学支撑。本文基于文献调研、兼顾数据的可获得性,建立了包括风场强度、植被覆盖率、地形起伏度、土壤干燥度等因子在内的风蚀危险程度评价指标体系。同时,依据遥感参数反演和地面气象观测数据,在地理信息系统技术支持下,形成了上述因子的空间分布数据。另外,利用层次分析方法,构建土壤风蚀危险度评价模型,得到研究区土壤风蚀危险度的空间分布。最后,结合研究区土地利用数据,探讨了风蚀危险度空间分布格局的自然环境和土地利用背景。研究表明:研究区土壤风蚀极险型区域面积为1.47×10⁴km²,强险型区域面积为6.09×10⁴km²,危险型区域面积为3.47×10⁴km²,轻险型区域面积为3.45×10⁴km²,无险型区域面积为2.19×10⁴km²。本区土壤风蚀危险度呈现出从东南到西北逐渐增强的趋势,这与区域的植被、气候,以及土地利用的空间格局具有内在的有机联系。     

利用数字摄影测量方法估算半干旱区小流域沟谷侵蚀产沙

土壤侵蚀不仅表现黄土高原强烈的现代地貌过程,也是其生态环境恶化的象征,其地貌演化和土壤侵蚀互为因果,现代研究表明黄土高原半干旱小流域的沟谷侵蚀产沙占其水土流失总量的重要部分,近年有关沟谷侵蚀的定量研究成果,加深了人们对沟道侵蚀危害的认识,为土地资源的合理利用、沟谷危害的评价等提供了科学依据。传统的沟谷侵蚀定量研究是采用实地量测的方法,现代的数字摄影测量技术的发展为估算沟谷侵蚀研究提供了一个经济高效方法。本研究采用的髙分辨率数字高程模型是由3期历史航空照片根据数字摄影测量方法制作而成,利用它对黄土高原半干旱区一个小流域的1959～1981年及1981～1999年两个时段内沟谷侵蚀产沙量进行估算,将流域侵蚀产沙的实测值与估算结果进行评价。并指出此方法在沟谷侵蚀产沙量估算方面的统计学意义及在未来应用时要注意的问题;根据流域侵蚀产沙结果分析历史时期人类活动的影响:人类活动在一定程度上改善了环境,绝大部分泥沙被拦截在流域里,同时沟道侵蚀加剧,如何采取措施减少流域坡面和沟道的侵蚀,是目前人们所面对的问题;此外,结合流域水沙统计数据的DEM的侵蚀空间分析,结果表明坡面流、重力侵蚀及沟谷的下切是导致流域土壤侵蚀的主要原因。     

Effects of gully erosion and gully filling on soil degradation in the black soil region of Northeast China

Gully erosion has caused soil degradation and even reduced soil productivity.However,only few studies on the effects of gully erosion and artificial controlling measures on soil degradation in the Black Soil Region of Northeast China are available.Thus,this study explores the relationships between gully erosion,gully filling and soil parameters.Two sets of soil samples were collected in the field at:(1) 72 sample points in the gully erosion study area,60 sample points in the ephemeral and classical gully erosion area(3,518 m2),12 sample points in the deposition zone(443 m2),(2)10 reference points along a slope unaffected by gully erosion representing the original situation before the gully was formed.All soil samples were analyzed for gravel content(GC),soil organic matter(SOM),total nitrogen(TN),available nitrogen(AN),available phosphorus(AP),and available potassium(AK).The soil property values on unaffected slope were fitted by the polynomial curves as the reference values in no gully erosion area.The interpolated soil property values in gully eroded study area were compared with these polynomial curves,respectively,and then,changes of soil property values were analyzed.Gully erosion caused an increase in GC and a decrease in SOM,TN,AN,AP and AK.The change of GC,SOM,TN,AN,AP,AK was 8.8%,-9.04 g kg-1,-0.92 g kg-1,-62.28 mg kg-1,-29.61 mg kg-1,-79.68 mg kg-1.The soil property values in the study area were below optimal values.Thus,we concluded that gully erosion and gully filling caused both on-site and off-site soil degradation.Soil degradation area was 0.65 % of the cultivated land.In addition,it was proved that gully filling were an improper soil and water conservation measure,which seems to exacerbate the problem.Thus,it is suggested that soil where soil is deep is moved to fill the gully,and then the area around the filled gullies should be covered by grass for preventing the formation and development of the gully.     

THE EVALUATION OF ECO－ENVIRONMENTAL SUSCEPTIBILITY TO HUMAN ACTIVITY IN YULIN REGION

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贵州省喀斯特地区泥石流灾害易发性评价

贵州省独特的喀斯特山地环境对地质灾害的孕育有其特有的作用机理。本文初选了10个相关因子进行GIS的方差分析及相关性分析,以筛选喀斯特山区泥石流灾害的主要影响因子及灾害易发性评价。结果表明,研究区内土壤侵蚀因子对泥石流灾害的贡献作用最为显著,断层的影响作用不明显。土壤侵蚀、坡度、坡向、岩石性质、土地利用方式、归一化植被指数（NDVI）、到沟谷的距离及>25 mm日数8个影响因子,具有良好的独立性和代表性,是研究区内泥石流易发性评价的最佳指标;泥石流主要分布在贵州西部云贵高原边境、北部大娄山、东北雾灵山及苗岭等地带,占全省面积的29.51%,贵州中部及东南部泥石流易发程度较低;极高易发区泥石流的分布密度是极低易发区的19倍,其主要的环境特征表现为坡度大、植被覆盖率较低,旱地与工矿用地分布多,土壤侵蚀严重;加强旱地、工矿用地及低植被覆盖区的合理利用及管理,是减少泥石流灾害发生的有效途径。     

The evaluation of eco-environmental susceptibility to human activity in Yulin region

The eco-environmental susceptibility is to demonstrate the reaction of a ecosystem under the same influences of the human activity. It comprise many influencing factors which have a complicated relation to the eco-environmental susceptibility. In this paper, the Analysis of Hierarchy Process (AHP) is used to determine the weight of each factor to the eco-environmental susceptibility through analyzing the relationship between human activity and environmental deterioration. And the weighted summation method is used to calculate the eco-environmental susceptibility of different divisions in Yulin region. The result shows that the loess hilly and gully area is more subjective to deteriorating eco-environment than the desert area because of the strong human activity and severe soil erosion. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China     

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