延河流域沟壑密度统计学特征及影响因素分析

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1、延河流域沟壑密度统计学特征及影响因素分析　　土壤侵蚀使土地资源遭到破坏，土壤肥力和质量下降，已成为全球性的重大环境问题之一[1]。定量评价区域的土壤侵蚀量、土壤侵蚀强度及其空间分布特征，对于采取相应措施减少水土流失、保护和合理利用土地资源具有重要意义[2]。土壤侵蚀强度除了可用土壤侵蚀模数和土壤侵蚀厚度评价外，还可以采用沟壑密度来定量描述。沟壑密度可用于描述地面切割破碎程度，以单位面积上的沟谷总长度来度量[3]。沟壑密度越大，地面越破碎，土壤侵蚀程度越大[4]。目前，关于沟壑密度的提取方法，主要有

2、外业调查法、遥感图像处理法、数字高程模型法、地形图量算法等[5-6]。随着数字高程模型被广泛应用于地形特征提取、流域水系分析等数字地形分析领域[7-8]，沟壑密度、沟壑切割深度等沟壑特征参数以及坡度、坡向、流域边界、沟谷网络、沟谷节点等地形特征参数皆可通过DEM提取[9-10]，操作简便且提取精度较高，不失为一种高效处理数据的方法。　　黄土高原是我国土壤侵蚀最严重、生态环境最脆弱的地区[11]，地面沟壑纵横，支离破碎，切割程度极大，因而该区城沟壑特征的研究一直是土壤侵蚀研究领域的重点。本文以延河流

3、域为研究对象，按高程大小将研究区划分为4个小区，对比分析不同小区沟壑密度的统计学特征。研究结果不仅助于揭示土壤侵蚀的空间差异性，而且可深入理解沟壑密度的影响因素，从而为有针对性地提出水土保持综合防治措施提供理论依据。　　1研究区概况　　延河，黄河一级支流，全长，源于白于山附近，由西北向东南注入黄河，流域面积725km2，位于36°21′～37°19′N，108°38′～110°29′E。流域年平均气温为～℃，年平均降雨量为520mm，且集中于6—9月。土壤类型以黄绵土为主，质地均一，土质疏松，抗侵

4、蚀能力差；地势西北高、东南低，形态表现为以下3种类型，即：上游为峁梁丘陵沟壑区，梁多而峁小，河床比降大，植被稀少，侵蚀强烈；中游为峁状丘陵沟壑区，梁窄峁小，河谷宽阔，阶地发育；下游为破碎塬区，联盟塬面窄小，冲沟发育。总体上黄土丘陵沟壑区面积约占90%，水土流失严重。　　数据与方法.1数据获取本文以地理空间数据云网站发布的DEM数字高程模型数据为基础数据源，以WGS_1984_UTM_Zone_49N为空间参考，空间分辨率为30m×30m。　　2.数据处理　　延河流域的生成在软件中首先对DEM源数据

5、进行拼接处理，利用水文分析功能生成矢量河网数据，分水岭工具生成集水流域，选择、导出并合并延河流域干流及其支流所流经区域，利用合并后的延河流域面文件裁剪DEM源数据，获得延河流域DEM数据，如图1所示。　　沟壑密度计算方法沟壑密度也称沟谷密度或沟道密度，是指单位面积内沟壑的总长度，单位一般以km/km2表示，数学表达式为：　　[D=LA]　　式中：D指沟壑密度；∑L指研究区域内的沟壑总长度；A指特定研究区域的面积[12]。　　延河流域沟谷网络提取在延河流域沟谷网络提取过程中，汇流阈值的大小直接决定了

6、沟壑密度的大小，故数据处理的关键在于设置合理的阈值。为了确定延河流域沟谷网络的最佳阈值，在软件中建立水文分析模型，分别选取100、200、300…200、200、200等一系列阈值，运用图解建模的方法依次运行模型，当阈值位200时流域沟壑总长度趋于稳定。由图3可看出，随着汇流阈值的增加，流域沟壑总长度随阈值增加总体呈幂函数减小，相关系数R2为，拟合度较高，通过统计学检验。　　为了使提取的沟谷网络更加接近真实沟谷形态，基于均值变点分析法，确定曲线由陡变缓的唯一点，即为最佳阈值点。由图4可知，当汇流阈

7、值为500时，所提取的沟谷网络最接近真实沟谷形态，此时流域沟壑总长度为。　　沟壑密度研究区按高程大小可划分为4个分区，即延河中游河谷平原区——1区、延河下游残塬平梁沟壑区——4区[13]。本文将延河流域沟谷等级划分为7级。研究区沟壑总长度为，总沟壑密度为/km2。由东南到西北方向，地表高程由低到高，1～4区的沟壑密度值分别为/km2、/km2、/km2、/km2，沟壑密度呈减小趋势，即D1区>D2区>D3区>D4区。此外，不同分区不同等级的沟壑密度也大不相同。其中，1区仅有1级、2级、3级和7级沟

8、谷，且7级沟谷的沟壑密度最大，为/km2，2级沟谷次之，其他等级的沟谷密度均较小；2区存在1～7等级的沟谷，且第1等级的沟壑密度最大，为/km2，占该区沟壑密度的%，第6等级的沟壑密度最小；3区无6～7等级的沟谷，且1～5级的沟壑密度均较小；4区仅存在1～2级的沟谷，其沟壑密度分别为/km2和/km2，分别占该区沟壑密度的%和%。除第2等级沟谷外，其余6个等级沟谷的沟壑密度均呈现同一等级沟谷的沟壑密度D1区>D2区>D3区>D4区的特点，而第2等级沟谷的沟壑密度为D2区>D1区>D