密級(jí)： 論文編號(hào)： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 博士學(xué)位論文 基于“3S”技術(shù)的溝蝕研究方法構(gòu)建與應(yīng)用 以長(zhǎng)江上游長(zhǎng)山嶺地區(qū)為例 S in 士 研 究 生 ：何福紅 指導(dǎo)教師：李勇 研究員 申請(qǐng)學(xué)位類別：理學(xué)博士 專 業(yè)：生物物理學(xué) 研 究 方 向：土壤侵蝕與環(huán)境 培 養(yǎng) 單 位：研究生院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 提交日期 2006 年 5 月 n S in 2006 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名： 時(shí)間： 年 月 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 論文作者簽名： 時(shí)間： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 時(shí)間： 年 月 日 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 博士學(xué)位論文評(píng)閱人、答辯委員會(huì)名單表 論文題目 基于“ 3S”技術(shù)的溝蝕研究方法構(gòu)建與應(yīng)用以長(zhǎng)江上游地區(qū)為例 論文作者 何福紅 專 業(yè) 生物物理學(xué) 研究方向 土壤侵蝕與環(huán)境指導(dǎo)教師 李勇 研究員 培養(yǎng)單位 （研究所、 中心） 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 姓名 職稱 碩 （博）單 位 專 業(yè) 簽 名碩導(dǎo) 博導(dǎo) 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 評(píng) 閱 人 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 答辯 主席 余新曉 教授 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué) 梅旭榮 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 作物生態(tài)學(xué) 陳衍景 教授 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 北京大學(xué) 地球化學(xué) 張科利 教授 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 北京師范大學(xué) 自然地理學(xué) 徐明崗 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 土壤學(xué) 崔海信 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 生物物理學(xué) 答 辯 委 員 張成娥 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 土壤學(xué) 會(huì)議記錄（秘書） 張晴雯 副研究員 博士 論文答辯時(shí)間地點(diǎn) 2006 年 6 月 11 日 9： 00 中國(guó)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所 301 室 要 本論文是李勇研究員主持的國(guó)家自然科學(xué)基金西部重大研究計(jì)劃項(xiàng)目（ 90202005） “長(zhǎng)江上游山地沖溝格局發(fā)生演化對(duì)土地利用變化的反應(yīng)”的一部分。 沖溝侵蝕是我國(guó)長(zhǎng)江上游地區(qū)最重要的侵蝕過程，是河流泥沙的主要來源。然而，目前國(guó)內(nèi)溝蝕的研究主要集中于黃土高原地區(qū)和東北黑土區(qū)，而且主要是在較小的空間尺度內(nèi)，采用實(shí)地調(diào)查或 量等方法研究溝蝕的發(fā)生演變規(guī)律。但這些方法有較大的局限性，不能進(jìn)行大尺度范圍的研究。由于溝蝕在中國(guó)乃至世界范圍內(nèi)分布廣，危害嚴(yán)重，迫切需要建立一種能在較大尺度內(nèi)快速定量監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)溝蝕的研究方法。地理信息系統(tǒng) (全球定位系統(tǒng) (和遙感技術(shù) (即“ 3S”技術(shù)的發(fā)展，為快速定量研究溝蝕發(fā)生演變過程提供了可能。本文以沖溝侵蝕廣泛分布的長(zhǎng)江上游長(zhǎng)山嶺地區(qū)為試驗(yàn)樣區(qū)，試圖建立一種基于“ 3S”技術(shù)研究溝蝕的新方法，并應(yīng)用此方法研究我國(guó)長(zhǎng)江上游地區(qū)溝蝕的時(shí)空分布格局、溝蝕發(fā)生的地貌臨界條件及其與土地利用變化的關(guān)系，所取得的研究結(jié)果將為長(zhǎng)江上游山地景觀土地的合理利用、植被恢復(fù)與環(huán)境重建提供技術(shù)支撐。通過三年的研究工作，獲得了如下主要結(jié)論： 1. 建立了基于 測(cè)技術(shù)的 取溝蝕參數(shù)的方法。研究認(rèn)為： （ 1） （ 2） 5m 的 量間距是長(zhǎng)江上游地區(qū)描述地形的理想尺度，可以滿足切溝和沖溝研究的需要。當(dāng)研究對(duì)象為細(xì)溝、淺溝時(shí)，應(yīng)選擇 3m 及 3（ 3） 值法是長(zhǎng)江上游地區(qū)小流域和沖溝系統(tǒng) 立的最佳方法，1m 的空間分辨率是長(zhǎng)江上游地區(qū)描述地形的理想分辨率，可以滿足切溝和沖溝的研究需要。 （ 4）基于坡度變異和剖面曲率極值提取沖溝參數(shù)方法是可行的，與實(shí)測(cè)沖溝參數(shù)差異較小。 2. 通過與基于 測(cè)技術(shù)的 取的溝蝕參數(shù)比較，研究、評(píng)價(jià)了航片判讀、航片提取 數(shù)字化地形圖等三種方法提取的溝蝕參數(shù)的適用性，引進(jìn)了確定沖溝溝長(zhǎng)和溝谷面積的修正參數(shù)。結(jié)果表明： （ 1）基于航片判讀提取溝蝕參數(shù)是切實(shí)可行的，并引進(jìn)修正參數(shù)， 來修正基于航片判讀提取的沖溝系統(tǒng)的溝長(zhǎng)和溝谷面積。 （ 2）基于航片建立的 取溝蝕參數(shù)在理論上是可行的，并引進(jìn)修正參數(shù)， 來修正基于航片建立 取的沖溝系統(tǒng)的溝長(zhǎng)和溝谷面積。 （ 3）通過數(shù)字化馬家松坡小流域地形圖建立 取沖溝系統(tǒng)，并與實(shí)測(cè)沖溝系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，得出數(shù)字化地形圖提取沖溝參數(shù)的方法是切實(shí)可行的。并引進(jìn)修正參數(shù)， 來修正基于數(shù)字化地形圖建立 提取的沖溝系統(tǒng)的溝長(zhǎng)和溝谷面積。 （ 4）在以溝壑密度作為主要評(píng)價(jià)因子的溝蝕研究中，航片判讀方法較其它兩種方法更適合本區(qū)域內(nèi)的溝蝕研究。 3. 應(yīng)用建立的基于 術(shù)和引進(jìn)的航片判讀修正參數(shù)，評(píng)價(jià)了馬家松坡和長(zhǎng)山嶺地區(qū)的沖溝分布格局及其與土地利用變化的關(guān)系。結(jié)果表明： (1) 沖溝體積與溝長(zhǎng)、溝谷面積具有非常顯著的相關(guān)性，與溝寬和溝深相關(guān)性較好。 （ 2）馬家松坡小流域沖溝系統(tǒng)溝壑密度為 km/于極強(qiáng)度侵蝕。 19792000 年期間，馬家松坡小流域因沖溝侵蝕導(dǎo)致的土壤流失量大約為 t，沖溝年平均侵蝕速率為 t/（ 3）長(zhǎng)山嶺地區(qū)面積為 壑 km/于劇烈侵蝕。 19792000 年期間，新發(fā)育了 12 條沖溝，因沖溝侵蝕導(dǎo)致的土壤流失量大約為 t，沖溝年平均侵蝕速率為 t/（ 4）土地利用類型及其變化對(duì)沖溝蝕侵蝕有較大影響。當(dāng)土地利用由林地變更為農(nóng)地時(shí)，溝蝕的發(fā)生演化速率明顯大于林地沖溝系統(tǒng)，表明人類活動(dòng)加速了山地沖溝的發(fā)育。 4. 根據(jù)建立的基于 術(shù)，提出了馬家松坡流域林草地沖溝發(fā)生的地貌臨界條件模型為： S = 模型能較好地預(yù)測(cè)該區(qū)域沖溝發(fā)生的景觀位置。 關(guān)鍵詞 : 術(shù)， 片，沖溝侵蝕，土地利用，地貌條件，長(zhǎng)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 錄 第一章 緒論 . 1 究背景 . 1 內(nèi)外溝蝕研究進(jìn)展 . 2 內(nèi)外有關(guān)溝蝕的概念 . 溝蝕對(duì)流域泥沙的貢獻(xiàn)量 . 溝蝕研究方法 . 溝蝕起動(dòng)機(jī)理 . 溝蝕模型 .頭提取及分布 .溝系統(tǒng)不同階段的形態(tài)參數(shù) .侵蝕量 . 目前研究中存在和尚需加強(qiáng)的問題 .究目的、內(nèi)容及思路 . 10 究目的 . 研究?jī)?nèi)容 . 總體設(shè)計(jì)思路 . 11 第二章 研究區(qū)域 . 12 究區(qū)域概況 . 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 家松坡小流域沖溝侵蝕現(xiàn)狀 . 19 理的 . 21 同尺度 . 不同尺度 .同尺度 .同尺度 .同尺度 . 合理的 .結(jié) . 28 第四章 基于高精度 . 30 . 31 字高程模型（ 述 . .面測(cè)量 .有地圖數(shù)字化 .字?jǐn)z影測(cè)量方法 . .規(guī)則三角網(wǎng)模型（ .約束條件的 .佳 . 38 同空間分辨率 . 不同空間分辨率 .同空間分辨率 .同空間分辨率 .同空間分辨率 . 最佳的 .流域沖溝系統(tǒng) . 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 . 溝壑密度 . 53 江上游地區(qū)地貌形態(tài)特征 . 溝沿線形態(tài)特征及提取依據(jù) . 基于地面坡度變異提取沖溝系統(tǒng) . 基于剖面曲率極值提取沖溝系統(tǒng) .結(jié) . 55 第五章 基于 . 57 于航片判讀的沖溝參數(shù)提取 . 58 片判讀方法和步驟 . 基于航片判讀的沖溝系統(tǒng)提取 . 基于航片判讀提取沖溝參數(shù)的方法構(gòu)建 .于航片建立 . 62 于航片建立 .片的獲取及數(shù)字化 . 馬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 .于數(shù)字化地形圖的沖溝參數(shù)提取 . 71 字化地形圖建立 . 基于數(shù)字化地形圖建立的 . 基于數(shù)字化地形圖建立 . 基于數(shù)字化地形圖提取溝蝕參數(shù)的方法構(gòu)建 .取沖溝參數(shù)方法的比較與選擇 . 77 結(jié) . 77 第六章 基于“ 3S”技術(shù)溝