1/8延河流域溝壑密度統(tǒng)計學(xué)特征及影響因素分析延河流域溝壑密度統(tǒng)計學(xué)特征及影響因素分析土壤侵蝕使土地資源遭到破壞，土壤肥力和質(zhì)量下降，已成為全球性的重大環(huán)境問題之一1。定量評價區(qū)域的土壤侵蝕量、土壤侵蝕強(qiáng)度及其空間分布特征，對于采取相應(yīng)措施減少水土流失、保護(hù)和合理利用土地資源具有重要意義2。土壤侵蝕強(qiáng)度除了可用土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕厚度評價外，還可以采用溝壑密度來定量描述。溝壑密度可用于描述地面切割破碎程度，以單位面積上的溝谷總長度來度量3。溝壑密度越大，地面越破碎，土壤侵蝕程度越大4。目前，關(guān)于溝壑密度的提取方法，主要有外業(yè)調(diào)查法、遙感圖像處理法、數(shù)字高程模型法、地形圖量算法等56。隨著數(shù)字高程模型被廣泛應(yīng)用于地形特征提取、流域水系分析等數(shù)字地形分析領(lǐng)域78，溝壑密度、溝壑切割深度等溝壑特征參數(shù)以及坡度、坡向、流域邊界、溝谷網(wǎng)絡(luò)、溝谷節(jié)點(diǎn)等地形特征參數(shù)皆可通過DEM提取910，操作簡便且提取精度較高，不失為一種高效處理數(shù)據(jù)的方法。黃土高原是我國土壤侵蝕最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)11，地面溝壑縱橫，支離破碎，切割程度極大，2/8因而該區(qū)城溝壑特征的研究一直是土壤侵蝕研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本文以延河流域?yàn)檠芯繉ο螅锤叱檀笮⒀芯繀^(qū)劃分為4個小區(qū)，對比分析不同小區(qū)溝壑密度的統(tǒng)計學(xué)特征。研究結(jié)果不僅助于揭示土壤侵蝕的空間差異性，而且可深入理解溝壑密度的影響因素，從而為有針對性地提出水土保持綜合防治措施提供理論依據(jù)。1研究區(qū)概況延河，黃河一級支流，全長，源于白于山附近，由西北向東南注入黃河，流域面積725KM2，位于36213719N，1083811029E。流域年平均氣溫為，年平均降雨量為520MM，且集中于69月。土壤類型以黃綿土為主，質(zhì)地均一，土質(zhì)疏松，抗侵蝕能力差；地勢西北高、東南低，形態(tài)表現(xiàn)為以下3種類型，即上游為峁梁丘陵溝壑區(qū)，梁多而峁小，河床比降大，植被稀少，侵蝕強(qiáng)烈；中游為峁?fàn)钋鹆隃羡謪^(qū)，梁窄峁小，河谷寬闊，階地發(fā)育；下游為破碎塬區(qū)，本文由論文聯(lián)盟HTTP/收集整理塬面窄小，沖溝發(fā)育。總體上黃土丘陵溝壑區(qū)面積約占90，水土流失嚴(yán)重。數(shù)據(jù)與方法1數(shù)據(jù)獲取本文以地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站發(fā)布的DEM數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，以WGS_1984_UTM_ZONE_49N為空間參考，空間分辨率為3/830M30M。2數(shù)據(jù)處理延河流域的生成在軟件中首先對DEM源數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理，利用水文分析功能生成矢量河網(wǎng)數(shù)據(jù)，分水嶺工具生成集水流域，選擇、導(dǎo)出并合并延河流域干流及其支流所流經(jīng)區(qū)域，利用合并后的延河流域面文件裁剪DEM源數(shù)據(jù)，獲得延河流域DEM數(shù)據(jù)，如圖1所示。溝壑密度計算方法溝壑密度也稱溝谷密度或溝道密度，是指單位面積內(nèi)溝壑的總長度，單位一般以KM/KM2表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式為DLA式中D指溝壑密度；L指研究區(qū)域內(nèi)的溝壑總長度；A指特定研究區(qū)域的面積12。延河流域溝谷網(wǎng)絡(luò)提取在延河流域溝谷網(wǎng)絡(luò)提取過程中，匯流閾值的大小直接決定了溝壑密度的大小，故數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵在于設(shè)置合理的閾值。為了確定延河流域溝谷網(wǎng)絡(luò)的最佳閾值，在軟件中建立水文分析模型，分別選取100、200、300200、200、200等一系列閾值，運(yùn)用圖解建模的方法依次運(yùn)行模型，當(dāng)閾值位200時流域溝壑總長度趨于穩(wěn)定。由圖3可看出，隨著匯流閾值的增加，流域溝壑總長度隨閾值增加總體呈冪函數(shù)減小，相關(guān)系數(shù)R2為，擬合度較高，通過統(tǒng)計學(xué)檢驗(yàn)。4/8為了使提取的溝谷網(wǎng)絡(luò)更加接近真實(shí)溝谷形態(tài)，基于均值變點(diǎn)分析法，確定曲線由陡變緩的唯一點(diǎn)，即為最佳閾值點(diǎn)。由圖4可知，當(dāng)匯流閾值為500時，所提取的溝谷網(wǎng)絡(luò)最接近真實(shí)溝谷形態(tài)，此時流域溝壑總長度為。溝壑密度研究區(qū)按高程大小可劃分為4個分區(qū)，即延河中游河谷平原區(qū)1區(qū)、延河下游殘塬平梁溝壑區(qū)4區(qū)13。本文將延河流域溝谷等級劃分為7級。研究區(qū)溝壑總長度為，總溝壑密度為/KM2。由東南到西北方向，地表高程由低到高，14區(qū)的溝壑密度值分別為/KM2、/KM2、/KM2、/KM2，溝壑密度呈減小趨勢，即D1區(qū)D2區(qū)D3區(qū)D4區(qū)。此外，不同分區(qū)不同等級的溝壑密度也大不相同。其中，1區(qū)僅有1級、2級、3級和7級溝谷，且7級溝谷的溝壑密度最大，為/KM2，2級溝谷次之，其他等級的溝谷密度均較??；2區(qū)存在17等級的溝谷，且第1等級的溝壑密度最大，為/KM2，占該區(qū)溝壑密度的，第6等級的溝壑密度最??；3區(qū)無67等級的溝谷，且15級的溝壑密度均較小；4區(qū)僅存在12級的溝谷，其溝壑密度分別為/KM2和/KM2，分別占該區(qū)溝壑密度的和。除第2等級溝谷外，其余6個等級溝谷的溝壑密度均呈現(xiàn)同一等級溝谷的溝壑密度D1區(qū)D2區(qū)D3區(qū)D4區(qū)的特點(diǎn)，而第2等級溝谷的溝壑密度為D2區(qū)D1區(qū)D3區(qū)D4區(qū)。M5/8圖延河流域溝壑密度分布從不同分區(qū)不同等級的溝谷平均長度來看，在不同分區(qū)中，隨著溝谷等級的增大，不存在明顯的規(guī)律性。1區(qū)以第3級溝谷平均長度最長，為，第1級和第2級溝谷的平均長度相差不大，第7級的溝谷長度最長，為；2區(qū)除2、5、6級溝谷外，其余溝谷平均長度隨著溝谷等級的增大而減小，溝谷長度除6級溝谷外隨溝谷等級的增大也呈減小趨勢，2級溝谷的平均長度最大，為；3區(qū)溝谷長度及溝谷最大值均隨著溝谷等級的增大遞減，平均長度以1級溝谷最大，為，4級溝谷最小，為；4區(qū)1、2級溝谷的平均長度分別為和，1級溝谷長度為2級溝谷長度的10倍左右。同一等級的溝谷，在4個分區(qū)中的空間分布也不相同。7級溝谷即溝谷主干有且僅有1條，僅存在于1區(qū)和2區(qū)范圍內(nèi)，主要分布于2區(qū)，在2區(qū)的溝谷長度為1區(qū)的10倍之多；6級溝谷即溝谷的一級支流，僅有2條且僅分布于2區(qū)，溝谷總長度為，兩條溝谷的長度分別為和；5級溝谷有7條，分布于2區(qū)和3區(qū)，其中有4條完全分布于2區(qū)，3條既分布于2區(qū)，又分布于3區(qū)，在2區(qū)的溝谷長度為，占5級溝谷總長度的；4級溝谷共38條，仍主要分布于2區(qū)，有20條完全分布于2區(qū)，其中分布于2區(qū)的溝6/8谷長度為，3區(qū)的溝谷長度為，2區(qū)溝谷長度是3區(qū)的倍；3級溝谷分布于1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)，以2區(qū)分布最多，其溝谷總長度為1，分布于2區(qū)的溝谷長度為，占該級沖溝總長度的；其余1、2級溝谷在4個分區(qū)中均有分布，為整個溝壑系統(tǒng)的主體部分，其中，1、2級溝谷在2區(qū)中的分布均大于3區(qū)，其溝谷長度分別為和，分別占該級溝谷總長度的和，二者在1區(qū)中的分布均最少?？傮w上看，研究區(qū)各級溝谷主要分布于2區(qū)和3區(qū)，且分布于2區(qū)的溝谷數(shù)量及溝谷長度均最大，其溝壑密度也較大，為/KM2，表明研究區(qū)侵蝕最強(qiáng)烈的地區(qū)位于2區(qū)，是該流域的水土流失重點(diǎn)防治區(qū)域；雖1區(qū)溝壑密度最大，但由于其面積最小，且溝谷級別類型較少，且其屬于延河中游河谷平原區(qū)，呈條帶狀沿干流分布，主要地貌類型為河流階地且階地面寬坦13，故其地面破碎度較小，不作為水土保持防治的重點(diǎn)區(qū)域。影響因素地貌形態(tài)地貌是組成自然環(huán)境的基本要素，一個地區(qū)的土壤侵蝕差異受到不同地貌形態(tài)的制約。一般來說，平原地區(qū)以堆積為主，山區(qū)和丘陵地區(qū)則以侵蝕為主12。溝壑密度的大小主要取決于溝谷的發(fā)育程度，在研究面積一定的條件下，其與溝谷總長度成正比。黃土高原的地貌類型主要有塬、梁、峁及各類溝谷，黃土塬部分地形較平7/8坦，侵蝕較弱；梁峁區(qū)主要發(fā)育細(xì)溝、淺溝、切溝等多種形態(tài)的溝谷，且具有坡度大、坡度長、臨空面大的特點(diǎn)，有利于水流侵蝕和重力侵蝕的發(fā)展，故為黃土高原侵蝕最強(qiáng)烈、地形最破碎的地區(qū)12；山地區(qū)則多發(fā)育深切沖溝，切割深度較大，且大多已達(dá)侵蝕基準(zhǔn)面，下切侵蝕與溯源侵蝕過程受到抑制，即溝谷發(fā)育過程受到限制，故雖土壤侵蝕強(qiáng)度較大，但地形破碎度較小，溝壑密度較小。研究區(qū)4個小區(qū)可進(jìn)一步劃分為平原區(qū)、梁峁區(qū)和山地區(qū)。梁峁區(qū)的溝壑密度為/KM2，較山地區(qū)大，且山地區(qū)僅發(fā)育1、2級溝谷，溝谷類型較單一，梁峁區(qū)發(fā)育17級溝谷，溝谷類型復(fù)雜多樣，溝谷發(fā)育程度大，地形破碎，是水土保持綜合防治的重點(diǎn)區(qū)域。土壤性質(zhì)土壤性質(zhì)是影響溝谷發(fā)育的主要因素之一，在其他條件一定的情況下，地表組成物質(zhì)越疏松，溝谷越發(fā)育。延河流域主要的土壤類型為黃綿土，土體結(jié)構(gòu)疏松，有機(jī)質(zhì)含量低，易受侵蝕，巖性主要為中生代的砂巖、砂頁巖。黃土的這些性質(zhì)表現(xiàn)為其機(jī)械組成由西北向東南逐漸變細(xì)，物質(zhì)越細(xì)、抗蝕能力越強(qiáng)，故地表組成物質(zhì)由西北向東南抗蝕能力增強(qiáng)14，從而影響了溝壑密度的空間分異。結(jié)論與討論通過以上分析可知，研究區(qū)各分區(qū)溝壑密度呈現(xiàn)出8/8D1區(qū)D2區(qū)D3區(qū)D4區(qū)的特點(diǎn)，3區(qū)和4區(qū)隨溝谷等級的增大，溝壑密度呈減小趨勢。1區(qū)7級溝谷的溝壑密度最大，為/KM2，2區(qū)1級溝谷溝壑密度最大，為/KM2。研究區(qū)總溝壑密度為/KM2，景可14的研究結(jié)果表明，不同比例尺地形圖上，以不同起算點(diǎn)研究同一流域的河網(wǎng)密度，大小往往可相差5倍左右，其中延河流域溝壑密度大小介于/KM2，與本文的研究結(jié)論一致。本文通過對延河流域按高程進(jìn)行分區(qū)，并且對不同分區(qū)的溝壑密度統(tǒng)計學(xué)特征進(jìn)行分析，有助