黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。     

黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究北大核心CSCD

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。     

黄土丘陵区廊道研究初探

以景观生态系统理论为指导,对黄土丘陵区进行了地貌景观结构分析,确定了其“廊道、斑块、基质”的景观模式,认为黄土堆积物可被看作为黄土丘陵区的基质;墚、塬、峁、台地和残塬等为被侵蚀的一种残存斑块;沟谷、河谷和道路是主要的廊道。提出了沟谷廊道的概念,初步分析了沟谷廊道在黄土丘陵区的特点:三道合一、分布自相似性、延伸速度快、水土流失的通道以及道路廊道狭窄。从景观生态理论与沟谷廊道治理目标相结合的观点出发,提出了优化整治的原则与治理措施,认为黄土丘陵区沟谷廊道的研究在生态环境治理和社会经济发展方面具有重要的研究价值。     

黄土丘陵区沟谷发育及其稳定性评价

本研究选择黄土高原北部丘陵区无定河两个支流米脂河,金鸡河,在对其流域系统河道级数,冲沟和坳沟发育时期进行划分与判断的基础上,计算了各级沟谷及坳沟的“宽深比”,并对其进行了对比分析。研究表明黄土沟谷发育中冲沟发育阶段是沟谷稳定性最差的阶段,而坳沟阶段是沟谷发展的稳定阶段,稳定性的差异可由沟谷Ｗ／Ｄ值来定量化,据此可预测黄土丘陵区尚有数十万年的沟谷不稳定时期即强水土流失期。     

黄土地貌沟沿线类型划分

沟沿线是黄土高原地区地貌类型、土地类型及土地利用类型划分的基本分界线。在提出了沟沿线划分的基本原则的基础上,根据沟沿线的成因、空间分布、形态、数量、显著性、发展速度、扩展方式的差异为基本依据,充分研究黄土高原侵蚀机理与过程,结合大量的遥感判读与野外工作,提出了黄土地貌沟沿线类型划分体系。并进一步分析在黄土地貌水蚀沟谷不同发育阶段中沟沿线类型的变异,其结果也进一步体现出沟沿线发育的特点以及与黄土地貌沟谷发育的密切联系。     

基于DEM的黄土高原沟谷提取汇流阈值自适应研究

基于DEM的沟谷网络提取过程中,汇流阈值的确定是其关键步骤。目前该阈值的确定大多是通过随机选择、经验判断或目视观察等方式,主观性较强。为解决沟谷网络提取汇流阈值不确定性问题,该文以黄土高原典型小流域样区的5m分辨率DEM为实验数据,提出一种基于沟头点群汇流分布的沟谷提取汇流阈值自适应确定方法。首先,基于DEM提取沟沿线;其次,依据汇流关系提取沟头点位;再者,基于汇流矩阵提取各沟头点位置的汇流值;最后,基于沟头点群的汇流频率分布确定沟谷网络自动提取阈值,并利用Horton定律的沟谷网络平均分枝比自适应确定阈值。结果显示,该方法所采用的阈值处于相对合理汇流值区间内,且利用该阈值提取的沟谷网络与实际吻合度较好,可应用于黄土高原不同地貌类型区。同时,基于DEM的沟头点位提取,并依据沟头点位的汇流特征,可自适应快速选择不同地貌类型的沟谷汇流阈值,并准确提取沟谷网络。     

陕北黄土高原水蚀沟谷多维度侵蚀特征量化研究

沟谷地是黄土高原地貌形态特征变化最明显的区域,其发育对整个黄土高原地貌发育具有重要的控制性作用。论文基于5 m分辨率的DEM数据,在陕北黄土高原遴选包含15种地貌类型的42个样区,以沟谷密度、水平逼近度与切割深度作为纵向、横向与垂向3个维度的代表因子,分析了沟谷的多维发育进程、特征、空间分异及影响因素。研究结果显示：陕北黄土高原南北方向上沟谷发育呈现由溯源侵蚀主导转向横向溯源侵蚀主导、溯源下切侵蚀主导到横向溯源侵蚀主导,54.8%的样区各维度对整体发育进程的影响程度相近,且86.4%处于陕北黄土高原中部地区,即中部地区多维度发育均衡,南北两端以溯源侵蚀与横向侵蚀为主。结合面积—高程积分分析发现沟谷发育可划分为3个阶段：发育初期以溯源侵蚀为主,带动下切侵蚀伴有横向侵蚀;发育中期以溯源侵蚀为主,伴有持续性横向侵蚀与较强下切侵蚀;发育晚期以横向侵蚀为主,伴有一定程度的溯源侵蚀与轻微下切侵蚀。黄土厚度对沟谷系统垂向下切侵蚀的影响最大(Cv=0.164),土地利用类型对沟谷系统横向侵蚀的影响较大(Cv=0.0681),林地对于维护各个维度的抗侵蚀能力最强,生长茂密的草地和灌木林及作物次之,生长稀疏的牧草和作物较差。     

20世纪末中国土壤侵蚀的空间分布特征

通过对中国2000年第二次土壤侵蚀遥感调查成果的分析,讨论了20世纪末中国土壤侵蚀空间分布特点。结果表明,水土流失仍然是我国持续影响面最大的环境问题。西部是我国土壤侵蚀的主要分布地区,轻度侵蚀对整个土壤侵蚀格局影响最大。水蚀的分布明显体现出地形的影响,轻度水蚀基本上分布在山地丘陵区 (含黄土地形区),严重水蚀近半分布在黄土地形区。轻度水蚀主要分布在耕地、林地、草地。严重水蚀、轻度风蚀面积均约半数分布在草地,各类草地的保护与整治均应是水、风蚀区水土保持的重要内容。土壤资源中,黄绵土是受到土壤侵蚀威胁最严重的类型。但对我国土壤侵蚀的进一步分析还需要更多对方法和相关数据分析的研究工作。     

基于势能信息熵的黄土小流域沟谷网络演化特征研究

沟谷网络是黄土高原流域地貌的重要侵蚀产沙区和最主要的产沙运移通道,深入了解沟谷网络的形成过程和演化特征,对黄土高原小流域的水土保持综合治理、生态恢复和流域地貌演化过程研究具有重要意义.然而,流域内部沟谷网络的发育演化过程与整个流域地貌演化过程的相互作用机制尚未得到有效揭示.该文基于室内人工降雨试验条件下获取的9期人工模拟黄土小流域DEM数据,提出一种表征流域地貌系统内部沟谷网络演化有序程度的方法,并利用小流域地貌系统的势能信息熵及其熵变规律对沟谷网络演化过程及其变化特征进行研究.结果表明:在该实验条件下,以侵蚀为主的均质黄土小流域在地貌发育的幼年期,势能信息熵呈不断减小态势,沟谷网络有序性不断增强,在幼年期末达到最高;进入壮年期后,势能信息熵呈缓慢增加态势,沟谷网络有序性受到一定程度破坏,演化特征与该系统势能信息熵的熵变特征及流域地貌侵蚀发育阶段高度一致,流域地貌的势能信息熵和沟谷网络有序演化特征能有效指示流域地貌的侵蚀发育阶段.     

基于ANN-CA模型的黄土小流域正负地形演化模拟

黄土高原正负地形的不同组合特征反映了黄土地貌的发育程度,黄土小流域正负地形的演化则是黄土高原地貌形态发育的缩影。该文采用地理元胞自动机的建模方法,对室内黄土小流域正负地形的演化过程进行建模与模拟。实验通过多次训练神经网络,自动获取转换规则,简化了构建元胞自动机模型的难度,同时,模拟的结果总精度达88.5%。研究表明,该方法可以反映黄土小流域正负地形演化过程中其沟谷扩张、沟头向前以及黄土陷穴的发育特点,对黄土高原地貌发育研究具有重要意义和可鉴性。     

黄土高原沟道流域产沙过程的初步分析

黄土高原的主要产沙地区是河口镇至龙门黄河干流两侧和泾、洛、渭河中上游,产沙时间集中7—9月或一、二次暴雨期。流域产沙量与河道断面输沙量基本一致。产沙最与降雨量加径流深组合因子成正比相关,并随坡度增大而增加,坡度超过25—28度水流面蚀强度减弱。砂黄土的可蚀性最大,黄土其次,粘黄土最小。灌木林的防蚀效果最好。近三十年来黄土高原的产沙量进一步增加,其中由人类活动而增加的沙量约占黄河平均输沙量的23～35%。沟道流域的产沙过程具有垂直分带规律。沟间地以细沟侵蚀产沙为主,沟谷地是水力、重力和洞穴侵蚀综合作用的场所。黄土丘陵区沟谷地的产沙量此沟间地大59.0%左右;黄土塬区产生的泥沙绝大部来自沟谷地。     

区域泥石流孕灾环境危险性评价——以北京军都山区为例

以北京军都山区实测泥石流沟谷数为基准,基于因子叠加、信息量模型和FCM-粗糙集三种方法,分别获得了泥石流灾害发生的危险性等级分布,结果表明:①各分区单位面积内泥石流沟谷数都随着危险性评价等级的提高而增多;②因子叠加法和信息量模型法可得出五级泥石流灾害危险性分级,而粗糙集法只得出三级分级;③以实际泥石流沟谷落在评价区数目为标准,信息量模型法有90%以上的泥石流沟谷在危险性高和极高区域;粗糙集法得到危险区域覆盖了63.72%的泥石流沟谷分布;④从单位面积泥石流沟谷数与泥石流沟谷分布比率可得,信息量模型法评价精度较高,因子叠加法没有形成良好的梯度,而粗糙集法计算等级结果与其他方法存在差异,故须在其他区域进行进一步研究。     

陕北洛川塬黄土崩滑及谷坡扩展模式

陕北洛川黄土塬是水土流失严重的地区。通过野外调查发现黄土崩滑作用是造成该区水土流失的主要之一，发育于黄土塬-沟谷过渡地带。该区黄土崩滑首次被划分为单面崩滑及栅格崩滑两种基本类型。黄土单面崩滑主要分布于冲沟、切沟地貌环境，而栅格崩滑主要分布于级别较高的沟道之中，活跃于区域Ⅲ、Ⅳ级沟道，显示出黄土崩滑与区域水文网之间的对应关系。根据地貌景观和沟谷几何特征第一次提出洛川黄土塬河道谷坡以陡倾加宽和鱼鳞状后退扩展为模式。黄土崩滑是蚕塬的重要方式，在水土保持过程中，就加强不同类型崩滑的针对性研究、预报和防护治理，促进水保效益的提高。     

基于DEM的黄土沟谷横剖面形态特征研究——以宜君、延安、绥德为例

选用1:10 000高精度5.0 m分辨率的DEM数据,在陕北地区,按黄土地貌演化序列次序,遴选分别代表黄土残塬沟壑、梁状丘陵沟壑、峁状丘陵沟壑地貌的宜君、延安、绥德3个流域,研究其中1 831个沟谷横剖面19个因子的形态特征,利用主成分分析法确立核心因子,分析结果表明：① 沟谷深度、宽度、横剖面面积、宽深比、侵蚀度与不对称性指标的主成分累积贡献率为95.02%,为黄土沟谷横剖面核心指标;② 随级别的增加,3个流域沟谷宽度、横剖面积、宽深比、侵蚀度均呈现总体增加的态势,与黄土地貌发育阶段具有明显的空间耦合性,尤其是宽深比与侵蚀度指标,反映出低级别黄土沟谷溯源侵蚀现象明显,以下切侵蚀为主,而高级别沟谷沟沿线后移,以侧向侵蚀拓宽为主的规律;③ 随级别增加沟谷深度呈现先增后降的态势,并在中级别沟谷出现拐点,与实地调研发现沟谷在中级别下切侵蚀遇到基岩的现象相吻合。     

黄土高原切沟地貌学研究述评

由于黄土切沟在流域侵蚀产沙和地貌发育方面的重要性,越来越多的研究逐渐将切沟从混合着各类沟谷的沟谷系统中分离出来,以明确对其特征、发育演化与环境的耦合作用。针对目前黄土切沟定义内涵不统一、表达相混淆的问题,该文首先在分析已有概念的基础上,明确了黄土切沟所具有的共性特征,并基于此,介绍了目前关于切沟的自动化识别、切沟的形态特征分析以及切沟的发育演化模拟等地貌学方面的研究进展。认为目前关于黄土切沟的系统研究仍处于起步阶段,今后的研究重点将在切沟的自动识别、三维形态监测与信息提取以及基于系统动力学的切沟地貌演化模型的构建等方面。     

黄土丘陵地貌形成模式与地貌演变

通过对陕西北部典型黄土丘陵区地貌调查,提出了黄土丘陵地貌形成模式,并对地貌演变进行了探讨。黄土高原原生黄土丘陵分布广泛,主要在下伏古丘陵基础上由黄土加积而成;次生黄土丘陵是黄土塬、黄土台塬等经沟谷侵蚀、改造而成。黄土丘陵区河流阶地和沟谷层状地貌反映了河流、沟谷的形成与演变。黄河一级支流形成于早更新世末;早中更新世末、晚中更新世初黄河一级支流和较大的二级支流形成了较完整的水系;中更新世末如韭园沟等较大的沟谷形成;晚更新世末河网、沟谷格局与现在已基本一致;尚未切入基岩的冲沟多形成于全新世;长度百米至数十米的切沟多是历史时期或近几十年来形成的。     

浅层黄土滑坡易发性评价：以晋西黄土区蔡家川农地小流域为例

黄土高原中部地区极端暴雨事件频发,引发大面积浅层滑坡和泥流灾害。随着全球变暖,降雨增加,中国西北黄土高原植被覆盖发生显著变化,不考虑植被因素的黄土滑坡易发性分区的评价方法需要改进。本文以晋西黄土区蔡家川流域农地小流域为研究对象,基于暴雨前后流域高分辨率图像、数字高程模型,野外滑坡调查和室内岩土测试,利用半定量的信息量模型、信息量-逻辑回归耦合模型和定量的物理模型,按有植被和无植被两种工况开展了浅层黄土滑坡易发性分区,并评估模型精度。结果表明：考虑植被时,半定量模型获取的易发性指数均下降,物理模型计算的稳定区面积显著增大,说明植被对浅层滑坡有抑制作用;考虑植被时,各个模型的评价精度都有所提高,信息量-逻辑回归耦合模型的精度高于信息量模型,物理模型的精度整体高于两个半定量模型。研究结果可为以暴雨滑坡为主要类型的小流域水土流失预测预报提供参考。     

基于逻辑回归模型的环北京地区土地退化态势分析

以环北京地区为研究区域,从土地利用类型变化和农用地质量下降两个方面分析了环北京地区土地退化状况,并利用逻辑回归模型分析了土地退化与气候、地貌、植被、土壤、人口、土地利用变化、社会经济因子之间关系,探讨土地退化的发展趋势。研究结果表明,风蚀土地是环北京地区土地退化的主要类型,主要分布在监测区内蒙古高原西北部、坝上高原北部及阴山北部地区,从监测区的西北到东南方向,土地退化数量逐渐减少;由牧草地退化而增加沙地是土地利用类型变化造成退化的重要类型,主要集中在浑善达克沙地监测区。基于建立的沙地增加、风蚀土地和水蚀土地逻辑回归模型,年均降雨量和土壤有机质对环北京地区沙地增加的影响最强,沙地增加最可能的区域将主要分布在浑善达克沙地的边缘地带和科尔沁沙地的东部区域;NDVI和土壤有机质对环北京地区风蚀土地影响最强,风蚀土地最可能发生的区域集中在浑善达克沙地南部;NDVI、坡度和土壤湿度对环北京地区水蚀土地影响最强,水蚀土地最可能发生的区域集中在监测区的东南部,并且所预测的最可能发生土地退化的区域与已存在的退化土地区域具有一定的相关性。通过以上分析,最后提出了环北京地区生态环境建设的建议。     

面向DEM地貌综合的山脊线等级划分研究——以黄土丘陵沟壑区为例

山脊与沟谷一样具有明显的等级层次结构,但目前对山脊线的层次等级特征描述存在缺失.该文结合现有的沟谷等级划分方案,综合考虑山脊线与沟谷线的耦合关系,提出了一种山脊线等级划分的方法.通过在黄土丘陵沟壑区的实验显示,该方法简单易行,分级结果合理.该研究可望完善现有对地貌形态特征描述的方法,也为等高线及DEM的自动简化与综合提供重要的条件.     

黄土高原勺状沟壑特征及发育过程

沟谷是黄土高原物质交换最频繁,形态变化最剧烈的区域。在内外营力的共同作用下,不同发育阶段的各类沟谷塑造了黄土高原“千沟万壑”的独特地貌景观。在黄土高原沟壑系统中,广泛分布着一类特殊的黄土勺状沟壑,目前对其成因、发育过程与机理以及空间分布特征等的认知明显不足。本文以高分辨率遥感影像和DEM数据作为数据源,在大量野外调查和专家知识的基础上,首先提出了黄土勺状沟壑的概念,指出黄土勺状沟壑是独立发育于黄土坡面上的永久性沟谷。其次,从沟壑形态、汇流关系、侵蚀过程、分布特征等方面分析了黄土勺状沟壑区别于其他已有沟壑的特点。进而,从发育形态、发育规模、发育部位等角度对黄土勺状沟壑进行了分类,深化了对勺状沟壑的认识。再次,基于空代时理论,定量分析了黄土勺状沟壑发育过程的形态演变特征,进一步探讨了黄土勺状沟壑发育过程,论证了黄土勺状沟壑是黄土切沟的初期阶段。最后,在系统梳理总结勺状沟壑的特征及分类的基础上,提出了黄土勺状沟壑的发育过程设想,指出勺状沟壑的形成离不开黄土陷穴和暗穴的生成和发育,勺状沟壑的进一步发育伴随着水力侵蚀和重力侵蚀过程。勺沟尾部变细甚至消失,不能发育成更大规模的切沟,与地下暗穴、黄土渗透率、降雨条件以及地表覆盖有关。本文成果期望为进一步完善黄土沟谷地貌发育和侵蚀过程与机理等认识做出贡献,同时对黄土高原水土保持工作提供参考。