黃土人工掏挖坡耕地地表微地形侵蝕分形特征研究.pdf

1、在毫米級尺度上研究微地形土壤侵蝕的演變規(guī)律及其對坡面產流和產沙量的影響，為進一步認識土壤侵蝕機理，構建土壤侵蝕預測模型提供了理論參考。分形理論的廣泛應用，使得用分形維數(shù)值可以表征地表微地形的綜合特征。通過預測徑流泥沙的變化趨勢及變化周期，對監(jiān)測持續(xù)降雨對水土保持和土壤侵蝕的影響具有重要意義。為此，本文以黃土高原常見的水土保持農業(yè)耕作坡面（人工掏挖）為研究對象，通過90mm/h雨強對5種坡度(5°、10°、15°、20°、25°)的人工掏

2、挖耕作坡進行分段人工模擬降雨實驗?；诟呔热S激光掃描儀獲取微地形點云數(shù)據，運用半變異函數(shù)分析法、重標度極差分析法（R/S）分析法和盒維數(shù)法研究降雨侵蝕對微地形的影響，并計算地表分形維數(shù)值。同時對水蝕發(fā)育過程中徑流產沙量的變化進行了較為系統(tǒng)的研究。主要結論如下:
　　(1)半變異函數(shù)模型分析:水蝕發(fā)育過程中，通過半變異函數(shù)模型模擬真實地表微地形，所得到的模型參數(shù)值可用于Arcgis中點云數(shù)據生成DEM過程中的Kriging插值。

3、不同坡度下，人工掏挖耕作坡面具有很強的空間自相關性特征，空間自相關性主要受結構性因素（如坡度）的影響。
　　另外，90mm/h雨強人工掏挖耕作坡的半變異函數(shù)最優(yōu)擬合模型為高斯模型，平均變程為4.900m，為未來同等條件下的研究提供合適的尺度參考值。人工掏挖耕作坡是一個持久性表面，具有積極的空間自相關性特征。同侵蝕階段下，坡度增大，分形維數(shù)增大，空間變異性增強。各坡度下，濺蝕、片蝕、細溝侵蝕階段使得地表糙度減小，降雨半小時使得地表糙

4、度略微增大。
　　(2)半變異函數(shù)分析法、R/S分析法和盒維數(shù)法用于計算微地形地表分形維數(shù)值，半變異函數(shù)分析法為最優(yōu)方法，其結果具有可靠性。
　　(3)各向異性分析:水蝕發(fā)育過程中，坡耕地微地形表面存在各向異性且具有明顯的異質性特征，各向異性受坡度的影響，隨著坡度的增大而增強。
　　(4)徑流產沙量變化特征分析:人工掏挖耕作坡面，坡度越大，越快產流。通過R/S分析法分析其徑流序列，表明5種坡度下的徑流序列都具有正的長程

5、相關性，未來一段時間內，徑流量將隨著降雨歷時的增加而呈增加趨勢，但該趨勢持續(xù)性較弱。通過Morlet小波分析法分析徑流序列，結果表明徑流序列的主周期為29分鐘。徑流量和降雨歷時呈現(xiàn)對數(shù)關系，徑流量預測方程的通式為S=alnt+b。
　　通過R/S分析法分析產沙量序列，產沙量序列具有正的長程相關性，未來一段時間內，產沙量將隨著降雨歷時的增加而呈減少趨勢，且該持續(xù)性較強。通過Morlet分析法分析，相較徑流序列，產沙量序列并沒出現(xiàn)穩(wěn)定

6、的周期，同時部分坡面存在30分鐘以上的長周期，需要更長的時間序列去驗證。產沙量和降雨歷時呈現(xiàn)對數(shù)關系，產沙量預測方程的通式為V=alnt+b。
　　R/S分析法和Morlet小波分析法的相互結合，有利于監(jiān)測降雨對農業(yè)生產和水土保持的影響。
　　本文利用降雨前后高精度點云數(shù)據進行半變異函數(shù)分析、R/S分析和盒維數(shù)分析，用地表分形維數(shù)值的變化來表征降雨侵蝕對地表微地形的影響，半變異函數(shù)分析法為最優(yōu)方法。通過R/S分析法和Morl