【毕业学位论文】基于“3S”技术的沟蚀研究方法构建与应用—以长江上游长山岭地区为例博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 博士学位论文 基于“3S”技术的沟蚀研究方法构建与应用 以长江上游长山岭地区为例 S in 士 研 究 生 ：何福红 指导教师：李勇 研究员 申请学位类别：理学博士 专 业：生物物理学 研 究 方 向：土壤侵蚀与环境 培 养 单 位：研究生院 农业环境与可持续发展研究所 提交日期 2006 年 5 月 n S in 2006 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议 ) 论文作者签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 中国农业科学院 博士学位论文评阅人、答辩委员会名单表 论文题目 基于“ 3S”技术的沟蚀研究方法构建与应用以长江上游地区为例 论文作者 何福红 专 业 生物物理学 研究方向 土壤侵蚀与环境指导教师 李勇 研究员 培养单位 （研究所、 中心） 农业环境与可持续发展研究所 姓名 职称 硕 （博）单 位 专 业 签 名硕导 博导 硕导 博导 评 阅 人 硕导 博导 答辩 主席 余新晓 教授 硕导 博导 北京林业大学 水土保持学 梅旭荣 研究员 硕导 博导 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 作物生态学 陈衍景 教授 硕导 博导 北京大学 地球化学 张科利 教授 硕导 博导 北京师范大学 自然地理学 徐明岗 研究员 硕导 博导 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 土壤学 崔海信 研究员 硕导 博导 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 生物物理学 答 辩 委 员 张成娥 研究员 硕导 博导 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 土壤学 会议记录（秘书） 张晴雯 副研究员 博士 论文答辩时间地点 2006 年 6 月 11 日 9： 00 中国农科院环发所 301 室 要 本论文是李勇研究员主持的国家自然科学基金西部重大研究计划项目（ 90202005） “长江上游山地冲沟格局发生演化对土地利用变化的反应”的一部分。 冲沟侵蚀是我国长江上游地区最重要的侵蚀过程，是河流泥沙的主要来源。然而，目前国内沟蚀的研究主要集中于黄土高原地区和东北黑土区，而且主要是在较小的空间尺度内，采用实地调查或 量等方法研究沟蚀的发生演变规律。但这些方法有较大的局限性，不能进行大尺度范围的研究。由于沟蚀在中国乃至世界范围内分布广，危害严重，迫切需要建立一种能在较大尺度内快速定量监测和评价沟蚀的研究方法。地理信息系统 (全球定位系统 (和遥感技术 (即“ 3S”技术的发展，为快速定量研究沟蚀发生演变过程提供了可能。本文以冲沟侵蚀广泛分布的长江上游长山岭地区为试验样区，试图建立一种基于“ 3S”技术研究沟蚀的新方法，并应用此方法研究我国长江上游地区沟蚀的时空分布格局、沟蚀发生的地貌临界条件及其与土地利用变化的关系，所取得的研究结果将为长江上游山地景观土地的合理利用、植被恢复与环境重建提供技术支撑。通过三年的研究工作，获得了如下主要结论： 1. 建立了基于 测技术的 取沟蚀参数的方法。研究认为： （ 1） （ 2） 5m 的 量间距是长江上游地区描述地形的理想尺度，可以满足切沟和冲沟研究的需要。当研究对象为细沟、浅沟时，应选择 3m 及 3（ 3） 值法是长江上游地区小流域和冲沟系统 立的最佳方法，1m 的空间分辨率是长江上游地区描述地形的理想分辨率，可以满足切沟和冲沟的研究需要。 （ 4）基于坡度变异和剖面曲率极值提取冲沟参数方法是可行的，与实测冲沟参数差异较小。 2. 通过与基于 测技术的 取的沟蚀参数比较，研究、评价了航片判读、航片提取 数字化地形图等三种方法提取的沟蚀参数的适用性，引进了确定冲沟沟长和沟谷面积的修正参数。结果表明： （ 1）基于航片判读提取沟蚀参数是切实可行的，并引进修正参数， 来修正基于航片判读提取的冲沟系统的沟长和沟谷面积。 （ 2）基于航片建立的 取沟蚀参数在理论上是可行的，并引进修正参数， 来修正基于航片建立 取的冲沟系统的沟长和沟谷面积。 （ 3）通过数字化马家松坡小流域地形图建立 取冲沟系统，并与实测冲沟系统进行对比分析，得出数字化地形图提取冲沟参数的方法是切实可行的。并引进修正参数， 来修正基于数字化地形图建立 提取的冲沟系统的沟长和沟谷面积。 （ 4）在以沟壑密度作为主要评价因子的沟蚀研究中，航片判读方法较其它两种方法更适合本区域内的沟蚀研究。 3. 应用建立的基于 术和引进的航片判读修正参数，评价了马家松坡和长山岭地区的冲沟分布格局及其与土地利用变化的关系。结果表明： (1) 冲沟体积与沟长、沟谷面积具有非常显著的相关性，与沟宽和沟深相关性较好。 （ 2）马家松坡小流域冲沟系统沟壑密度为 km/于极强度侵蚀。 19792000 年期间，马家松坡小流域因冲沟侵蚀导致的土壤流失量大约为 t，冲沟年平均侵蚀速率为 t/（ 3）长山岭地区面积为 壑 km/于剧烈侵蚀。 19792000 年期间，新发育了 12 条冲沟，因冲沟侵蚀导致的土壤流失量大约为 t，冲沟年平均侵蚀速率为 t/（ 4）土地利用类型及其变化对冲沟蚀侵蚀有较大影响。当土地利用由林地变更为农地时，沟蚀的发生演化速率明显大于林地冲沟系统，表明人类活动加速了山地冲沟的发育。 4. 根据建立的基于 术，提出了马家松坡流域林草地冲沟发生的地貌临界条件模型为： S = 模型能较好地预测该区域冲沟发生的景观位置。 关键词 : 术， 片，冲沟侵蚀，土地利用，地貌条件，长江上游 S in in is of on on in in is a of on in of of in is a to a in of , be of as a of (1) to a to on S (2) to of of on be 1. to PS EM (1) be up to a (2) a m is of a 3 or m of in (3) is a in m is a EM in (4) on is 2. of EM by of (1) is to (2) EM is to EM (3) EM by is = to EM by 4） is to as as 3. of of (1) an a (2) km/to 979 000, to 6,500 t t (3) km/to 979 000, 12 t/a, 32,300 t;（ 4） on to of of 4. on EM of in = is m/m), a is by of in 录 第一章 绪论 . 1 究背景 . 1 内外沟蚀研究进展 . 2 内外有关沟蚀的概念 . 沟蚀对流域泥沙的贡献量 . 沟蚀研究方法 . 沟蚀起动机理 . 沟蚀模型 .头提取及分布 .沟系统不同阶段的形态参数 .侵蚀量 . 目前研究中存在和尚需加强的问题 .究目的、内容及思路 . 10 究目的 . 研究内容 . 总体设计思路 . 11 第二章 研究区域 . 12 究区域概况 . 12 形特征 . 12 候 . 13 壤、植被及土地利用 . 14 第三章 基于 . 16 究方法 . 16 . . 18 家松坡小流域冲沟侵蚀现状 . 19 理的 . 21 同尺度 . 不同尺度 .同尺度 .同尺度 .同尺度 . 合理的 .结 . 28 第四章 基于高精度 . 30 . 31 字高程模型（ 述 . .面测量 .有地图数字化 .字摄影测量方法 . .规则三角网模型（ .约束条件的 .佳 . 38 同空间分辨率 . 不同空间分辨率 .同空间分辨率 .同空间分辨率 .同空间分辨率 . 最佳的 .流域冲沟系统 . 47 流域 . 49 流域地貌特征提取 . 50 度 /坡向 . 地面剖面曲率 /平面曲率 . 沟壑密度 . 53 江上游地区地貌形态特征 . 沟沿线形态特征及提取依据 . 基于地面坡度变异提取冲沟系统 . 基于剖面曲率极值提取冲沟系统 .结 . 55 第五章 基于 . 57 于航片判读的冲沟参数提取 . 58 片判读方法和步骤 . 基于航片判读的冲沟系统提取 . 基于航片判读提取冲沟参数的方法构建 .于航片建立 . 62 于航片建立 .片的获取及数字化 . 马家松坡小流域基于航片的 . 基于航片建立的的 . 基于航片建立 . 基于航片建立 .于数字化地形图的冲沟参数提取 . 71 字化地形图建立 . 基于数字化地形图建立的 . 基于数字化地形图建立 . 基于数字化地形图提取沟蚀参数的方法构建 .取冲沟参数方法的比较与选择 . 77 结 . 77 第六章 基于“ 3S”技术沟