黃土高原流域土壤侵蝕下墊面特征及其對水土流失的作用研究.pdf

1、地貌形態(tài)、土地覆蓋、景觀格局是流域侵蝕環(huán)境的重要下墊面條件和區(qū)域水土流失的主導(dǎo)因素。如何科學(xué)合理的對流域下墊面特征進(jìn)行量化,建立適合于描述黃土高原地區(qū)侵蝕環(huán)境的下墊面指標(biāo)體系,研究各種量化參數(shù)與流域侵蝕產(chǎn)沙的作用關(guān)系與耦合機(jī)制,是黃土高原流域水土流失規(guī)律研究的重要內(nèi)容。本研究以黃土高原典型流域大理河為研究對象,采用地貌學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、土壤侵蝕學(xué)、分形理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)及RS/GIS技術(shù)等多學(xué)科交叉,對流域土壤侵蝕下墊面特征及與水土

2、流失的關(guān)系進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：(1)構(gòu)建了大理河流域地理空間數(shù)據(jù)庫,闡明了流域土壤侵蝕空間分布的下墊面特征。以RS/GIS為平臺,結(jié)合遙感數(shù)據(jù)成圖與空間信息疊加分析,對大理河流域土壤侵蝕的基本特征、土壤侵蝕空間分布的分形特征、地形特征以及土地利用/土地覆被的地形分異性進(jìn)行了研究,初步揭示了流域土壤侵蝕空間分布的下墊面特征及其復(fù)雜性。(2)建立了流域地貌特征分形布朗運(yùn)動(dòng)量化模型,開發(fā)了相關(guān)的計(jì)算程序。針對以往地貌分形計(jì)算過程主觀隨意

3、性較大和分形特征缺乏有效檢驗(yàn)手段的問題,根據(jù)分形布朗運(yùn)動(dòng)理論,結(jié)合流域DEM特點(diǎn),提出了基于移動(dòng)窗口法的流域地貌分形布朗運(yùn)動(dòng)量化模型。闡明了地貌特征FBM分形維數(shù)對流域地貌表面形態(tài)的表征意義,并對流域地貌形態(tài)的分形布朗運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了檢驗(yàn),探討了流域地貌特征分形布朗運(yùn)動(dòng)量化的實(shí)現(xiàn)方法,編寫并調(diào)試了相關(guān)計(jì)算程序。(3)揭示了大理河流域地貌分形布朗運(yùn)動(dòng)特征的空間變異性,探討了地貌特征的尺度轉(zhuǎn)換的途徑,闡明了地貌特征FBM分形維數(shù)與傳統(tǒng)地貌量化

4、參數(shù)的關(guān)系。以流域地貌特征分形布朗運(yùn)動(dòng)量化模型為基礎(chǔ),對大理河流域上中下游各子流域地貌分形布朗運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行計(jì)算,運(yùn)用回歸與多元回歸的方法,建立了地貌特征FBM分形維數(shù)的沿程變化方程及其與流域面積的相關(guān)關(guān)系方程,揭示了流域地貌形態(tài)的空間變異特征及其變化規(guī)律。對地貌特征FBM分形維數(shù)與傳統(tǒng)地貌量化參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了探討,闡明了地貌特征FBM分形維數(shù)對流域地貌特征的整體性、綜合性表征。(4)建立了流域植被覆蓋及植被格局特征量化模型,并用以評價(jià)區(qū)

5、域植被的水土保持效應(yīng)。以多期多源的TM/ETM影像為基礎(chǔ)信息源,在完成幾何校正、輻射校正、切割裁剪和圖像增強(qiáng)等處理過程的基礎(chǔ)上,提取了大理河流域各期NDVI植被指數(shù)的空間分布特征。通過數(shù)據(jù)挖掘建模提出了基于均值化NDVI植被指數(shù)的流域植被覆蓋特征量化指標(biāo)和基于植被格局FBM分形維數(shù)的植被空間分布特征量化模型,并在GIS/RS平臺下進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算程序開發(fā),初步建立了反映植被水土保持作用、易于遙感提取、適合區(qū)域研究的植被水土保持功能評價(jià)指標(biāo)

6、。(5)研究了大理河流域植被覆蓋的時(shí)空變化特征。利用多年的TM/ETM影像資料,提取了流域多期植被覆蓋信息,通過對大理河流域上中下游各子流域均值化NDVI植被指數(shù)、植被格局FBM分形維數(shù)以及不同高程上不同等級NDVI植被指數(shù)的計(jì)算,定量的分析了大理河流域地表植被覆蓋隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律及其垂直分布特征,揭示20年來大理河流域植被狀況的變化特征和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。(6)揭示了流域下墊面特征與流域侵蝕產(chǎn)沙的耦合關(guān)系。收集并分析處理大理河流域3