東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究課件

1、東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究 以鶴山農(nóng)場(chǎng)為例 答辯人：游智敏導(dǎo) 師：伍永秋 教授專 業(yè)：自然地理學(xué) October 22東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究 以主要內(nèi)容：引言切溝侵蝕研究綜述研究區(qū)概況研究方法結(jié)果與討論結(jié)論主要內(nèi)容：引言引言切溝的特征 縱剖面與所在坡面基本一致, 不能橫過(guò)耕作切溝的危害 吞噬土地資源、制約農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)、阻礙交通切溝侵蝕在土壤侵蝕中占有重要位置 以切溝為主的溝谷產(chǎn)沙可占流域產(chǎn)沙總量的10-94%切溝侵蝕研究的發(fā)展 過(guò)去對(duì)切溝侵蝕重視不夠，現(xiàn)逐步發(fā)展起來(lái) 東北黑土區(qū)的切溝侵蝕研究尚未很好的發(fā)展起來(lái)引言切溝的特征引言（續(xù)）東北黑土區(qū)現(xiàn)有侵蝕溝25萬(wàn)多條，侵蝕耕地590多

2、萬(wàn)畝 切溝治理可以收到一定效果，但代價(jià)很高。平均每條溝花費(fèi)在一萬(wàn)元 黑土區(qū)是我國(guó)重要的商品糧基地 保護(hù)黑土刻不容緩引言（續(xù)）東北黑土區(qū)現(xiàn)有侵蝕溝25萬(wàn)多條，侵蝕耕地590多萬(wàn)切溝侵蝕研究綜述近來(lái)對(duì)切溝侵蝕的研究表明：切溝侵蝕對(duì)流域的產(chǎn)沙量有重要的貢獻(xiàn)切溝的存在會(huì)加重土壤水蝕的后果 熱點(diǎn)問(wèn)題主要有6個(gè)方面，其中一方面即是切溝發(fā)育臨界條件的研究 切溝侵蝕研究綜述近來(lái)對(duì)切溝侵蝕的研究表明：切溝的形成切溝的形成受多種因素影響 1.耕作 2.人為特殊活動(dòng) 3.村莊道路 4.局部侵蝕基準(zhǔn)面 5.坡長(zhǎng) 6.坡度和坡形從水流過(guò)程方面解析切溝的形成剪切力超過(guò)了土壤的阻抗力，引發(fā)侵蝕(Horton)坡面漫流、潛流

3、、泉流、飽和坡面漫流 (Dunne)飽和坡面漫流侵蝕、滲流侵蝕、崩塌侵蝕(Montgomery和Dietrich)研究綜述切溝的形成切溝的形成受多種因素影響研究綜述切溝的發(fā)展發(fā)展的主要方式 溝頭的溯源侵蝕溝坡的橫向侵蝕垂向的下切侵蝕存在3個(gè)階段侵蝕階段沉積階段穩(wěn)定階段研究綜述切溝的發(fā)展發(fā)展的主要方式 研究綜述切溝侵蝕模型預(yù)報(bào)內(nèi)容切溝在何處開(kāi)始切溝在何處結(jié)束切溝溝頭后退的速率切溝侵蝕量切溝橫斷面的大小及形狀已有模型 CREAMS、 GLEAMS、 EGEM、WEPP研究綜述這些模型的適用性沒(méi)有被充分的驗(yàn)證過(guò)切溝侵蝕模型預(yù)報(bào)內(nèi)容研究綜述切溝發(fā)育臨界條件研究概述 臨界徑流剪切力 臨界降雨量臨界地形條

4、件土地利用變化研究綜述切溝發(fā)育臨界條件研究概述 臨界徑流剪切力 研究綜述臨界徑流剪切力只有徑流的剪切力（c）達(dá)到了某個(gè)臨界程度，才會(huì)引起切溝侵蝕 （Horton）測(cè)量引起切溝發(fā)生的徑流剪切力存在限制 研究綜述目前鮮有這方面的研究臨界徑流剪切力只有徑流的剪切力（c）達(dá)到了某個(gè)臨界程度，才臨界降雨量比利時(shí)中部15年間發(fā)生的38條切溝：冬天 15mm ；夏天18mm （日降雨量） （差異原因：不同季節(jié)土壤含水量不同）Nachtergaele（2001）澳大利亞林地：80100mm （日降雨量） Prosser （1996）研究限制：難以獲得在切溝開(kāi)始發(fā)生侵蝕的過(guò)程中的具有代表性的降雨數(shù)據(jù) 研究綜述臨

5、界降雨量比利時(shí)中部15年間發(fā)生的38條切溝：研究綜述地形臨界條件 研究熱點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用通過(guò)研究切溝溝頭位置的地形因子（坡度、上游匯水面積） 基于這樣一個(gè)概念：特定的氣候條件下和特定的土地利用狀況 上游匯水面積徑 流 量徑流的速度 徑流剪切力研究綜述坡 度地形臨界條件 研究熱點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用上游匯水面積徑 流 S（坡度）和A（匯水面積）的關(guān)系Patton和Schumm用冪函數(shù)表示：S = aA-b其中：S是坡度（m/m），A是上游匯水面 積（ha），a、b為系數(shù) 研究綜述b值對(duì)切溝侵蝕過(guò)程有指示意義a值受切溝所在區(qū)域的土壤屬性、植被覆蓋、氣候條件等影響S（坡度）和A（匯水面積）的關(guān)系Patton和

6、Schumm用土地利用變化區(qū)域土地利用變化可能使該區(qū)域易于發(fā)生切溝侵蝕（Poesen ）長(zhǎng)江上游流域（Bork et al.） 過(guò)度的農(nóng)業(yè)化，導(dǎo)致了切溝的迅猛發(fā)展；而通過(guò)退耕還林，切溝的發(fā)展又得到了有效的控制 道路的修建會(huì)使切溝發(fā)生的危險(xiǎn)性增加 利用道路的長(zhǎng)度、坡度成功區(qū)分出了發(fā)生切溝和未發(fā)生切溝的區(qū)域（ Croke和Mockler ） 研究綜述土地利用變化區(qū)域土地利用變化可能使該區(qū)域易于發(fā)生切溝侵蝕（P研究區(qū)示意圖研究區(qū)示意圖研究區(qū)概況鶴山農(nóng)場(chǎng)兩個(gè)相鄰的小流域 ：坡度一般為13，年總降水量在500550mm之間，春旱夏澇土地利用68%為耕地，11.3%為荒地，7.8%為林地，2%為牧地，水域

7、0.6% 切溝在耕地上發(fā)生，有些發(fā)生在路旁研究區(qū)概況鶴山農(nóng)場(chǎng)兩個(gè)相鄰的小流域 ：東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究課件東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究課件研究方法RS技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，獲取研究區(qū)溝頭匯水面積、坡度，土地利用狀況1 : 10000地形圖、QuickBird衛(wèi)星照片ArcGIS 8.3及美國(guó)德克薩斯大學(xué)水資源研究中心開(kāi)發(fā)的水文分析組件 研究方法RS技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，獲取研究區(qū)溝頭匯水面積、DEM的生成 1:1萬(wàn)的地形圖進(jìn)行掃描數(shù)字化后，在ArcGIS中內(nèi)插成TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)），為了提取流域地貌特征，再將TIN轉(zhuǎn)換成規(guī)則格網(wǎng)DEMArcGIS的GRID格式 DEM的生成 1

8、:1萬(wàn)的地形圖進(jìn)行掃描數(shù)字化后，在研究區(qū)DEM研究區(qū)DEM水系提取 輸入DEM數(shù)據(jù)掃描DEM，洼地填充計(jì)算格網(wǎng)點(diǎn)流向計(jì)算格網(wǎng)點(diǎn)上游匯水面積用閾值法提取水系進(jìn)行流域分割水系提取 輸入DEM數(shù)據(jù)掃描DEM，洼地填充計(jì)算格網(wǎng)點(diǎn)流向計(jì)研究區(qū)匯流網(wǎng)絡(luò)圖研究區(qū)匯流網(wǎng)絡(luò)圖溝頭位置的提取 利用地形圖對(duì)QuickBird衛(wèi)片進(jìn)行校正，對(duì)QuickBird衛(wèi)片進(jìn)行目視解譯，得到切溝溝頭的位置，作為點(diǎn)圖層保存溝頭位置的提取 利用地形圖對(duì)QuickBird溝頭位置圖 溝頭位置圖 溝頭坡度、匯水面積獲取坡度圖溝頭位置圖匯流網(wǎng)絡(luò)圖溝頭坡度溝頭匯水面積疊加分析+疊加分析溝頭坡度、匯水面積獲取坡度圖溝頭匯流溝頭坡度溝頭疊加分

9、析+溝頭坡度、匯水面積數(shù)據(jù) 在研究區(qū)中獲取了25條切溝的溝頭坡度和匯水面積數(shù)據(jù)，其中溝頭的坡度在0.02490.0812（m/m）之間，平均值為0.0506（m/m）；匯水面積在3.43750.29（ha）之間，平均值為11.118（ha）溝頭坡度、匯水面積數(shù)據(jù) 在研究區(qū)中獲取了25條切溝頭坡度與匯水面積散點(diǎn)圖 溝頭坡度與匯水面積散點(diǎn)圖 切溝發(fā)育的S-A關(guān)系S = 0.074 A-0.1895 b = 0.1895，切溝的侵蝕受水力侵蝕、凍融侵蝕和重力侵蝕的交互影響 植被覆蓋的增大會(huì)導(dǎo)致引發(fā)切溝侵蝕的臨界條件的增大切溝發(fā)育的S-A關(guān)系臨界坡度與匯水面積圖 臨界坡度與匯水面積圖 道路對(duì)切溝發(fā)育的

10、影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝1-2，1-3，1-4 ，2-2，2-6 ）的臨界條件較低這5條切溝溝頭的位置離道路較近道路對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝1-2，1東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究課件道路對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝1-2，1-3，1-4 ，2-2，2-6 ）的臨界條件較低 這5條切溝溝頭的位置離道路較近 臨界條件較低的原因：道路改變了徑流的流向，使得匯入溝頭位置的徑流增多 道路對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝1-2，1道路對(duì)徑流的影響示意圖道路對(duì)徑流的影響示意圖農(nóng)防林對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝2-4，2-9，2-10，2-11，2-15

11、）的溝頭位置位于農(nóng)防林帶的缺口之中，缺口處于是水流路徑與農(nóng)防林帶的交叉點(diǎn)位置 農(nóng)防林對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝2-4，東北黑土區(qū)切溝發(fā)育臨界條件研究課件農(nóng)防林對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝2-4，2-9，2-10，2-11，2-15 ）的溝頭位置位于農(nóng)防林帶的缺口之中，缺口處于是水流路徑與農(nóng)防林帶的交叉點(diǎn)位置 這5條切溝的臨界條件也較其他切溝低 農(nóng)防林對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝2-4，農(nóng)防林對(duì)徑流的影響示意圖農(nóng)防林對(duì)徑流的影響示意圖農(nóng)防林對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝2-4，2-9，2-10，2-11，2-15 ）的溝頭位置位于農(nóng)防林帶的缺口之中，缺口處于是水流路徑與農(nóng)防林帶的交叉點(diǎn)位置 這5條切溝的臨界條件也較其他切溝低 農(nóng)防林的存在也會(huì)使徑流匯集，導(dǎo)致切溝發(fā)育臨界條件的降低 農(nóng)防林對(duì)切溝發(fā)育的影響 研究區(qū)內(nèi)有5條切溝（溝2-4，切溝侵蝕潛在性評(píng)價(jià)利用研究所得的臨界關(guān)系條件：Scr = 0.074 A-0.1895基于匯流網(wǎng)絡(luò)圖 計(jì)算臨界坡度圖 坡度圖與臨界坡度圖進(jìn)行相減運(yùn)算，在得到的圖中：格網(wǎng)值大于0的表示該處可能發(fā)生切溝侵蝕；格網(wǎng)值小于、等于0的，表示該處不會(huì)發(fā)生切溝侵蝕 切溝侵蝕潛在性評(píng)價(jià)利用研究所得的臨界關(guān)系條件：切溝侵蝕潛在性評(píng)價(jià)圖切溝侵蝕潛在性評(píng)價(jià)圖結(jié)論