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，主要有外业调查法、遥感图像处理法、数字高

2、程模型（DEM）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

3、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286.9km，源于白于山附近，由西北向东南注入黄河，流域面积7725km2，位于36°21′～37°19′N，108°38′～110°29′E。流域年平均气温为8.8～10.2℃，年平均降雨量为520mm，且集中于69月。土壤类型以黄绵土为主，质地均一，土质疏松，抗侵蚀能力差；地势西北高、东南低，形态表现为以下3种类型，即

4、：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，本文由.L.收集整理塬面窄小，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。　　2数据与方法2.1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_Zone_49N为空间参考，空间分辨率为30m30m。　　2.2数据处理　　2.2.1延河流域的生成在ArcGIS10.2软件中首先对DEM源数据进行拼接处理，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

5、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。　　2.2.2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（单位：km）；A指特定研究区域的面积（单位：km2）[12]。　　2.2.3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ArcGIS10.2软

6、件中建立水文分析模型，分别选取100、200、3002300、2400、2500等一系列阈值，运用图解建模的方法依次运行模型（具体模型见图2），当阈值位2500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0.9994，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8903.55km。　　3.1沟壑密度研究区按高程大小可

7、划分为4个分区，即延河中游河谷平原区（H<600m）1区、延河下游残塬平梁沟壑区（600m<h1550m）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8903.55km，总沟壑密度为1.16km/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3.53km/km2、1.66km/km2、0.76km/km2、0.18km/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级沟谷，且7级沟谷的沟壑密度最