基于“3S”技术青海共和盆地风水复合侵蚀时空变化研究

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土壤侵蚀所引起的土地退化是当今世界所面临的一个严重的环境问题,风水复合侵蚀已被列为土壤侵蚀与水土保持科学的热点研究领域和前沿科学问题。因此加强风水复合侵蚀的研究对土壤侵蚀机理的探讨和土壤侵蚀的防治有着重要的理论价值和实践意义。本文选择高寒荒漠草原区的青海共和盆地作为研究区,根据野外调查和采集的地形数据,结合自然和社会经济资料,利用快鸟数据和TM影像,在“3S”技术的支持下,综合分析了区域风水复合侵蚀的气象、地形、土壤、植被等因子对风水复合侵蚀的影响,阐述了研究区典型的风水复合侵蚀地貌形态,划分出研究区6种风水复合侵蚀类型,探讨了风水复合侵蚀典型区的时空变化和动力过程,并以流域为单元分析了青海共和盆地风水复合侵蚀类型的空间分布及时空变化,初步得出以下结论: (1)基于DEM,将青海共和盆地划分为沙珠玉河流域、龙羊峡流域、茫拉河流域和沙沟河流域。研究区坡度分为0~3°、3~8°、8~15°、15~25°和>25°五个等级,坡面的侵蚀强弱呈现垂直分带性。通过对研究区坡向分析,坡面径流流向和沟道发育的走向特征与实际情况是一致的,坡向与风向的关系是决定风水复合侵蚀发生的重要因素。坡向是一个重要的微地形指标。研究区在我国土壤侵蚀类型中,属以风力侵蚀为主水蚀为辅的地区,其中沟蚀占有一定的比例,平均沟壑密度为1.7km·km-2,发生程度属于微弱。但沙沟河流域,沟壑密度达2km·km-2,发生程度分级为中度,发展强度分级为极强,是沟蚀较为严重的地区。 (2)风水交互侵蚀下的坡地切(冲)沟型、河谷沙丘型和丘间低地曲流型是青海共和盆地的典型风水复合侵蚀地貌形式。在区域的空间尺度上,研究区风水复合侵蚀类型分为风蚀风积为主导的风水复合侵蚀型、风水两相作用主导型和风力搬运为主的风水两相侵蚀型;在流域单位的尺度上,研究区分为水蚀强风蚀弱的复合侵蚀型、风蚀强水蚀弱的复合侵蚀型、轻度风水复合侵蚀型、中度风水复合侵蚀型、强度风水复合侵蚀型和剧烈风水复合侵蚀型6种类型。 (3)通过遥感和DGPS的监测,沙沟河威连滩的冲沟侵蚀速率快,主要表现在沟头的溯源侵蚀,平均每年以12m的速度侵蚀。近30年来,整个冲沟的沟形基本没变化,但沟头变化明显,沟缘弯曲度越大越易侵蚀。经过实际数掘的验证,采用美国土壤保持局的沟头前进率模型预测冲沟侵蚀速率是可信的。 (4)在河道沙丘的风水交互侵蚀的监测中发现:2006年风季前与雨季后多石在沟河道沙丘体积减小了548.3m3,风积量为2351m3,流水的蚀平量为2899m3,风水两相营力对河道沙丘的侵蚀贡献率约为45%:55%,流水的搬运作用强于风力的堆积作用。但从较长的时间尺度来看,研究区的风力侵蚀作用强于流水侵蚀作用,河道沙丘向谷坡不断延伸增大。河道成为风力与流水交互作用的“中转站”,在风水的交替作用下,沉积物由风积环境进入流水环境中。 (5)在以上研究结果的基础上,结合TM影像分析发现:青海共和盆地的风水复合侵蚀类型在近20年间的空间分布和各类型的侵蚀面积都发生了变化。从垂直方向上,风水复合侵蚀类型成带状分布;在水平分布上,河谷沙丘型、坡地切(冲)沟型风水复合侵蚀成为强度、剧烈风水复合侵蚀的主要形式。从1987到2004年,轻度、中度风水复合侵蚀类型所占面积比例略有下降,而强度、剧烈的风水复合侵蚀类型呈现增加的趋势。从风水复合侵蚀类型变化来看,坡地沟道侵蚀的面积变化是最显著的。而河谷沙丘型的的交互侵蚀作用在面积上的变化表现甚微,这与流水和河谷沙丘的交互作用在微地形上不同的部位具有自初生带-主体带-消退带演化的过程有关。
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