1、东北黑土区切沟发育临界条件研究东北黑土区切沟发育临界条件研究 以鹤山农场为例以鹤山农场为例 答辩人：游智敏答辩人：游智敏导导 师：伍永秋师：伍永秋 教授教授专专 业：自然地理学业：自然地理学 2022年年10月月主要内容：引言切沟侵蚀研究综述研究区概况研究方法结果与讨论结论引言切沟的特征 纵剖面与所在坡面基本一致,不能横过耕作切沟的危害 吞噬土地资源、制约农业机械化作业、阻碍交通切沟侵蚀在土壤侵蚀中占有重要位置 以切沟为主的沟谷产沙可占流域产沙总量的10-94%切沟侵蚀研究的发展 过去对切沟侵蚀重视不够，现逐步发展起来 东北黑土区的切沟侵蚀研究尚未很好的发展起来引言（续）东北黑土区现有侵蚀沟2
2、5万多条，侵蚀耕地590多万亩 切沟治理可以收到一定效果，但代价很高。平均每条沟花费在一万元 黑土区是我国重要的商品粮基地 保护黑土刻不容缓切沟侵蚀研究综述近来对切沟侵蚀的研究表明：1.切沟侵蚀对流域的产沙量有重要的贡献2.切沟的存在会加重土壤水蚀的后果 热点问题主要有6个方面，其中一方面即是切沟发育临界条件的研究 切沟的形成切沟的形成受多种因素影响 1.耕作 2.人为特殊活动 3.村庄道路 4.局部侵蚀基准面 5.坡长 6.坡度和坡形从水流过程方面解析切沟的形成1.剪切力超过了土壤的阻抗力，引发侵蚀(Horton)2.坡面漫流、潜流、泉流、饱和坡面漫流 (Dunne)3.饱 和 坡 面 漫
3、流 侵 蚀、渗 流 侵 蚀、崩 塌 侵 蚀(Montgomery和Dietrich)研究综述切沟的发展发展的主要方式 沟头的溯源侵蚀沟坡的横向侵蚀垂向的下切侵蚀存在3个阶段侵蚀阶段沉积阶段稳定阶段研究综述切沟侵蚀模型预报内容1.切沟在何处开始2.切沟在何处结束3.切沟沟头后退的速率4.切沟侵蚀量5.切沟横断面的大小及形状已有模型 CREAMS、GLEAMS、EGEM、WEPP研究综述这些模型的适用性没有被充分的验证过切沟发育临界条件研究概述 临界径流剪切力 临界降雨量临界地形条件土地利用变化研究综述临界径流剪切力只有径流的剪切力（c）达到了某个临界程度，才会引起切沟侵蚀（Horton）测量引起
4、切沟发生的径流剪切力存在限制 研究综述目前鲜有这方面的研究临界降雨量比利时中部15年间发生的38条切沟：冬天 15mm；夏天18mm（日降雨量）（差异原因：不同季节土壤含水量不同）Nachtergaele（2001）澳大利亚林地：80100mm（日降雨量）Prosser（1996）研究限制：难以获得在切沟开始发生侵蚀的过程中的具有代表性的降雨数据 研究综述地形临界条件 研究热点，被广泛应用通过研究切沟沟头位置的地形因子（坡度、上游汇水面积）基于这样一个概念：特定的气候条件下和特定的土地利用状况 上游汇水面积径 流 量径流的速度 径流剪切力研究综述坡 度S（坡度）和A（汇水面积）的关系Patto
5、n和Schumm用幂函数表示：S=aA-b其中：S是坡度（m/m），A是上游汇水面 积（ha），a、b为系数 研究综述b值对切沟侵蚀过程有指示意义a值受切沟所在区域的土壤属性、植被覆盖、气候条件等影响土地利用变化区域土地利用变化可能使该区域易于发生切沟侵蚀（Poesen）长江上游流域（Bork et al.）过度的农业化，导致了切沟的迅猛发展；而通过退耕还林，切沟的发展又得到了有效的控制 道路的修建会使切沟发生的危险性增加 利用道路的长度、坡度成功区分出了发生切沟和未发生切沟的区域（Croke和Mockler）研究综述研究区示意图研究区概况鹤山农场两个相邻的小流域：坡度一般为13，年总降水量在
6、500550mm之间，春旱夏涝土地利用68%为耕地，11.3%为荒地，7.8%为林地，2%为牧地，水域0.6%切沟在耕地上发生，有些发生在路旁研究方法vRS技术与GIS技术相结合，获取研究区沟头汇水面积、坡度，土地利用状况v1:10000地形图、QuickBird卫星照片vArcGIS 8.3及美国德克萨斯大学水资源研究中心开发的水文分析组件 DEM的生成 1:1万的地形图进行扫描数字化后，在ArcGIS中内插成TIN（不规则三角网），为了提取流域地貌特征，再将TIN转换成规则格网DEMArcGIS的GRID格式 研究区DEM水系提取 输入DEM数据扫描DEM，洼地填充计算格网点流向计算格网点
7、上游汇水面积用阈值法提取水系进行流域分割研究区汇流网络图沟头位置的提取 利用地形图对QuickBird卫片进行校正，对QuickBird卫片进行目视解译，得到切沟沟头的位置，作为点图层保存沟头位置图 沟头坡度、汇水面积获取坡度图沟头位置图汇流网络图沟头坡度沟头汇水面积叠加分析+叠加分析沟头坡度、汇水面积数据 在研究区中获取了25条切沟的沟头坡度和汇水面积数据，其中沟头的坡度在0.02490.0812（m/m）之间，平均值为0.0506（m/m）；汇水面积在3.43750.29（ha）之间，平均值为11.118（ha）沟头坡度与汇水面积散点图 切沟发育的S-A关系S=0.074 A-0.1895
8、 v b=0.1895，切沟的侵蚀受水力侵蚀、冻融侵蚀和重力侵蚀的交互影响v 植被覆盖的增大会导致引发切沟侵蚀的临界条件的增大临界坡度与汇水面积图 道路对切沟发育的影响 研究区内有5条切沟（沟1-2，1-3，1-4，2-2，2-6）的临界条件较低这5条切沟沟头的位置离道路较近道路对切沟发育的影响 研究区内有5条切沟（沟1-2，1-3，1-4，2-2，2-6）的临界条件较低 这5条切沟沟头的位置离道路较近 临界条件较低的原因：道路改变了径流的流向，使得汇入沟头位置的径流增多 道路对径流的影响示意图农防林对切沟发育的影响 研究区内有5条切沟（沟2-4，2-9，2-10，2-11，2-15）的沟头位
9、置位于农防林带的缺口之中，缺口处于是水流路径与农防林带的交叉点位置 农防林对切沟发育的影响 研究区内有5条切沟（沟2-4，2-9，2-10，2-11，2-15）的沟头位置位于农防林带的缺口之中，缺口处于是水流路径与农防林带的交叉点位置 这5条切沟的临界条件也较其他切沟低 农防林对径流的影响示意图农防林对切沟发育的影响 研究区内有5条切沟（沟2-4，2-9，2-10，2-11，2-15）的沟头位置位于农防林带的缺口之中，缺口处于是水流路径与农防林带的交叉点位置 这5条切沟的临界条件也较其他切沟低 农防林的存在也会使径流汇集，导致切沟发育临界条件的降低 切沟侵蚀潜在性评价利用研究所得的临界关系条件
10、：利用研究所得的临界关系条件：S Scrcr=0.074 A=0.074 A-0.1895-0.1895基于汇流网络图基于汇流网络图 计算临界坡度图计算临界坡度图 坡度图与临界坡度图进行相减运算，坡度图与临界坡度图进行相减运算，在得到的图中在得到的图中：格网值大于0的表示该处可能发生切沟侵蚀；格网值小于、等于0的，表示该处不会发生切沟侵蚀 切沟侵蚀潜在性评价图结论研究区切沟的发育可用临界地形条件的理论解释；切沟的发育是受水力侵蚀、冻融侵蚀和重力侵蚀交互影响的过程，沟头植被覆盖的增大导致引发切沟侵蚀的条件的增大道路能使径流汇集，加速切沟的发育；农防林也能导致径流的汇集，使切沟发育的临界条件降低。农防林被径流冲毁的部分表明该处水流比较集中，容易发生切沟侵蚀谢谢大家！谢谢大家！
