【摘要】：土壤侵蝕危害嚴(yán)重,直接影響和制約著人類生存、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。元謀干熱河谷區(qū)屬于我國西南部生態(tài)脆弱區(qū),沖溝侵蝕是該區(qū)特別典型的土壤侵蝕形式。元謀干熱河谷區(qū)分布有大量侵蝕沖溝,水土流失嚴(yán)重,強(qiáng)烈的土壤侵蝕和干熱的氣候條件導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重退化,土地貧瘠,地表出露。前人對于元謀干熱河谷沖溝的研究,多集中于沖溝形態(tài)特征、侵蝕過程、巖土性質(zhì)、植被特征以及降水特性等方面,對于坡度等地形因子的研究相對而言還可進(jìn)一步挖掘。本研究選取位于元謀干熱河谷區(qū)的具有典型沖溝形態(tài)和侵蝕特征的侵蝕沖溝作為研究對象,主要采用測量學(xué)、地貌學(xué)、水文學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)以及GIS等技術(shù)和方法,對元謀典型沖溝不同坡度算法的差異及其對USPED模型進(jìn)行沖溝土壤侵蝕模擬結(jié)果的影響進(jìn)行了研究。論文的主要研究內(nèi)容和研究成果如下:1、于2016年1月和2017年1月對元謀地區(qū)沖溝發(fā)育聚集區(qū)沙地村和金雷村禿禿瘠梁進(jìn)行實(shí)地踏勘,對沖溝主要形態(tài)、土壤性質(zhì)、植被類型、侵蝕特征等進(jìn)行觀察和記錄,將具有典型沖溝形態(tài)和侵蝕特征的沖溝確定為研究對象,采用三維激光掃描儀、GPS等儀器工具進(jìn)行測量獲取得到?jīng)_溝的高精度高程點(diǎn)云數(shù)據(jù)。2、基于三維激光掃描儀獲取的高程數(shù)據(jù),基于可視化軟件RiSCAN PRO進(jìn)行點(diǎn)云拼接、植被過濾、點(diǎn)云濾波和精度糾正等數(shù)據(jù)處理后,采用反距離權(quán)重插值法(Inverse distance weight interpolation,IDW)對數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插,最終生成格網(wǎng)大小均為0.05m的四個(gè)典型沖溝樣區(qū)的DEM。3、采用三階不帶權(quán)差分(Three-order finite difference,3FD)、三階反距離平方權(quán)差分(Three-order finite difference weighted by reciprocal of squared distance,3FDWRSD)、三階反距離權(quán)差分(Three-order finite difference weighted by reciprocal distance,3FDWRD)以及5節(jié)點(diǎn)二階差分(5-Node second-order finite difference,5N-2FD)等模型分別計(jì)算元謀干熱河谷沖溝樣區(qū)的坡度,對不同算法所提取的沖溝坡度進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,5N-2FD模型所得出的坡度最大值、坡度平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差均比其他算法大,相對三階的坡度算法而言其坡度特征更加復(fù)雜。對于基于三階的三種坡度算法而言,3FDWRSD模型所得結(jié)果較接近于5N-2FD模型。4、基于USPED土壤侵蝕模型對元謀干熱河谷沖溝樣區(qū)分別進(jìn)行溝道侵蝕模擬和坡面侵蝕模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種模擬方式模擬沖溝內(nèi)的潛在土壤沉積量和侵蝕量均在主要水流路徑上聚集分布,其土壤侵蝕總面積均大于土壤沉積總面積。5、探討了在采用不同算法計(jì)算坡度的情況下沖溝溝道侵蝕模擬和坡面侵蝕模擬結(jié)果的差異性。結(jié)果表明,5N-2FD模型所得侵蝕量和沉積量遠(yuǎn)大于基于三階的坡度算法模型。基于5N-2FD模型進(jìn)行土壤侵蝕模擬所得結(jié)果內(nèi)部差異較大,與坡度算法對比分析結(jié)果相似。根據(jù)相對差系數(shù)結(jié)果,在沙地村沖溝樣區(qū),從侵蝕量來看,以5N-2FD模型為相對參照時(shí),3FD模型與5N-2FD模型整體差異較小,從沉積量上看,3FDWRSD模型與5N-2FD模型整體差異較小;在禿禿瘠梁沖溝樣區(qū),3FDWRSD模型與5N-2FD模型差異均最小。6、綜合坡度算法對比分析結(jié)果和USPED土壤侵蝕模擬對比分析結(jié)果,當(dāng)以5N-2FD模型為參照時(shí),3FDWRSD模型與5N-2FD模型所得結(jié)果最接近。將3FDWRSD模型與5N-2FD模型的USPED土壤侵蝕模擬結(jié)果進(jìn)行了回歸分析,結(jié)果表明,二者所得土壤侵蝕模擬結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S157.1
【圖文】：

研究區(qū)地理位置

進(jìn)行掃描獲取高程信息數(shù)據(jù)(如圖 2-3)，在測量過程中，為了獲取到盡可能精地形數(shù)據(jù)，測量時(shí)對沖溝內(nèi)的植被進(jìn)行了清理，并且充分考慮沖溝的主要形征和內(nèi)部細(xì)節(jié)特征，因此沙地村沖溝樣區(qū)幾乎無植被覆蓋，禿禿脊沖溝內(nèi)分少量草被。根據(jù)所選沖溝的差異特征，每個(gè)沖溝樣區(qū)約設(shè)置 8~12 個(gè)掃描站點(diǎn)多角度掃描，確保獲取能夠盡量精確地表達(dá)沖溝形態(tài)的較為完整的精密高程數(shù)據(jù)。采集到?jīng)_溝高程點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，使用三維激光掃描儀可視化 RiSCAN P件進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過多站點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接、點(diǎn)云配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)去噪、植濾、點(diǎn)云抽稀等處理過程，最終將采樣數(shù)據(jù)處理為研究所需沖溝范圍并可rcGIS 平臺中處理和分析的高精度高程采樣點(diǎn)。

arctanyxfAf 表示東西方向的高程變化率，fy表示為南北方向的高程變化不同坡度算法的差異，實(shí)驗(yàn)分別選擇了三階不帶權(quán)差分（Tnce，3FD）、三階反距離平方權(quán)差分（Three-order finite reciprocal of squared distance ， 3FDWRSD ）、三階反距er finite difference weighted by reciprocal distance，3FDWRD）5-Node second-order finite difference，5N-2FD）[33]等四種不度計(jì)算。在四種坡度模型中，3FD 模型、3FDWRSD 模型和 于 3×3 的局部柵格窗口（即基于三階）進(jìn)行坡度計(jì)算，如圖進(jìn)行編號，其中心柵格單元（即需計(jì)算坡度的柵格單元）為 5N-2FD 模型是基于 5×5 的局部柵格窗口（即基于五階）進(jìn)4(b)，其中 13 為中心柵格單元（即需計(jì)算坡度的柵格單元），坡度算法中的 fx和 fy的數(shù)學(xué)模型如表 2-1 所示[28]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2785848