黄土高原丘一区和丘二区沟蚀特征比较

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沟蚀是黄土高原区水土流失的主要形式之一,切沟侵蚀产沙量占流域产沙量的50%以上,沟蚀的发育严重威胁与破坏土地资源与生态安全。本文旨在使用高分遥感立体影像、无人机、三维激光扫描全站仪等技术对黄土高原丘陵区沟蚀进行分类与监测,并构建切沟的侵蚀模型,力求为黄土丘陵区沟蚀发育监测和预报提供新的技术和方法,并为其防治提供科学的理论依据。  选择陕西省吴起县合沟小流域与绥德县桥沟小流域作为研究区,分别属于黄土高原丘陵沟壑区的第二副区和第一副区,基于GeoEye-1高分遥感立体像对分析使用高分遥感立体影像提取黄土丘陵区DEM的精度,确定误差范围并探究产生误差的原因,寻求解决的办法;基于GeoEye-1高分遥感立体影像测量的合沟小流域数据与Ebee plus RTK无人机测量的桥沟小流域数据,从定性和定量角度研究区分黄土高原丘陵区典型小流域沟谷类型的方法,并统计分析各种类型沟谷形态参数与所占流域面积比例;基于三维激光扫描仪所测数据分析比较黄土高原典型区切沟侵蚀速率与切沟变化方式的差异,结合QuickBird遥感影像数据,探究影响切沟体积变化的因素并建立切沟体积的估算模型。主要结论如下:  1)以分辨率为0.15m的维激光扫描数据为参照,高分遥感立体像对提取的线状和面状切沟参数中,面积、周长和沟长的百分误差主要分布在5%以内,沟顶宽百分误差主要分布在10%以内,具有较高精度;三维切沟参数中,最大沟深百分误差主要集中在30%以内,沟底宽、平均沟深、截面积和体积百分误差则主要分布在50%以内。相较于三维激光扫描切沟,立体像对测量切沟形态的沟底误差较大,主要是沟底宽和平均沟深偏小;切沟规模越大,切沟体积、截面积和沟底宽的测量值偏小的幅度越大。切沟体积测量误差与切沟体积之间可以建立较好的线性回归模型,在缺少其他测量手段时,可以使用该模型对测量误差进行校正。  2)黄土高原丘二区的合沟小流域内浅沟平均沟长和平均沟深都比丘一区桥沟小流域大,而平均沟宽小于桥沟小流域,两个流域浅沟截面积相近;合沟小流域内切沟平均沟长与平均沟宽大于桥沟小流域,而平均沟深仅为桥沟小流域的四分之一,且平均面积与平均截面积都比桥沟小流域小;合沟小流域冲沟平均沟长、平均沟宽与平均面积大于桥沟小流域,且合沟小流域冲沟平均面积为桥沟小流域冲沟平均面积三倍以上,而对于冲沟的平均沟深和平均截面积而言,合沟小流域小于桥沟小流域;合沟小流域干沟参数都远大于桥沟小流域干沟。合沟小流域内切沟与干沟侵蚀规模要大于桥沟小流域;所以可推测合沟小流域内冲沟在二维平面上大于桥沟小流域,而三维层面上则小于桥沟小流域。  3)丘二区合沟小流域切沟主要是在线和面上增长;而丘一区桥沟小流域切沟主要是沟内发育,且沟深增长较快,即桥沟小流域切沟主要是沟的下切;桥沟小流域内的切沟侵蚀强度要大于合沟小流域。合沟小流域沟头面积增长率占总面积增长比率的平均值与沟头平均前进距离明显大于桥沟小流域,而沟蚀强度却小于桥沟小流域,因此可以认为合沟小流域沟蚀主要以溯源侵蚀为主,桥沟小流域沟蚀主要以沟壁扩张为主。利用局部坡度(SL,°)、植被覆盖小于60%的汇水面积(a0.6,m2)、切沟面积(A,m2)三个因子建立模型,用于预测切沟体积(V,m3)(合沟小流域表达式为:V=e-2.843+1.455lnA+0.753lnsL-0.151lna0.6,桥沟小流域表达式为:V=e8.467+1.601lnA-2.671lnsL-0.074lna06)。
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