地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例-论文.pdf

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1、第32卷第2期地理研究V_0l-32．NO．22013年2月GEOGRAPHICALRESEARCHFeb．，2013地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例王计平1,2，黄志霖，刘洋，许申来，卫伟，陈利顶(1．中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085；2．中国林业科学研究院国家林业局盐碱地研究中心，北京100091；3．中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京100091；4．盐城工学院环境科学与工程学院，盐城224051；5．北京清华城市规划设计研究院环境

2、与市政所，北京100085)摘要：以河龙区间42个流域为对象，在流域地貌格局信息提取和侵蚀产沙过程特征指标计算及其相互关系分析的基础上，探讨地貌格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明：①在河道系统水平，河流数量、长度等几何特征指标和河流分叉率(Rb)、分级率)、相邻级别间的河流长度比等形状特征指标与流域侵蚀模数显著相关；②在流域系统水平，坡度粗糙度、相对高差、圆度比、高长比是影响流域侵蚀产沙过程的主要指标，其中坡度粗糙度是最根本的解释变量；③各地貌格局因子间相互作用复杂，且对侵蚀过程的影响要强于泥沙输移过程，其通径分析模型

3、对流域侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比变化的解释度分别为65％、33％和20％。这对正确认识影响流域侵蚀产沙过程的格局因素和建立准确的过程模型，具有重要参考价值。关键词：地貌格局；过程；侵蚀产沙；河龙区间1引言泥沙物质的侵蚀与堆积是塑造地表形态一对相辅相承的矛盾，侵蚀产沙是这个矛盾的主要方面。正是因为侵蚀过程的存在，才出现泥沙搬运、输移等过程，它们都与流域地貌格局有着紧密联系n。。在长时间尺度，侵蚀过程强烈影响着地貌景观的发育和演化p，而在短时间尺度上，地貌格局作为土壤侵蚀及泥沙搬运的潜在条件，时刻影响和改变着侵蚀产沙过程的

4、方向和节律。地貌格局不仅可以通过改变水分和养分的迁移与积累过程来影响植被分布吲，同时也影响人们土地利用的方式和程度。地表覆被和土地利用变化反过来影响能量交换、侵蚀与堆积、生物循环等土壤生态过程[91。流域作为一个由地貌、水系结构和水文动态过程共同组成的多层次综合体，既是现代地表侵蚀切割状况的指证，又是影响自然过程和人类活动的重要地域单元[】。在流域尺度上探讨地貌格局对侵蚀产沙过程的影响，对认识土壤侵蚀及泥沙输移过程，指导区域土地利用和流域水土保持规划，具收稿日期：2012．05—17；修订日期：2012一lO-10基金项目

5、：国家自然科学基金项目(40925003，31100514)；林业公益性行业科研专项(201004058)；中国博士后科学基金项目(20100480365)作者简介：王计平(1978一)，男，山西保德人，博士，主要从事景观格局优化与生态过程模拟研究。E—mail：wjp_gis@163．tom通讯作者：陈利顶(1965一)，男，河南辉县人，研究员，博士生导师，主要从事景观生态学、土地利用变化的环境效应、水土保持和非点源污染控制研究。E．mail：liding@rcees．ac．cn275．284页276地理研究32卷有重要

6、理论价值和现实意义。位于黄河中游上段的河龙区间是我国最强烈的侵蚀产沙中心。由于自然和人文特征的独特性，该地区的水沙问题一直是地球科学领域研究的热点n，同时又与黄土高原生态恢复与治理重大生态战略密切相关“。侵蚀产沙是气候、植被、地形等多种因素在不同时空尺度上相互作用共同耦合的结果。在这一耦合系统中，地貌格局与水土流失存在着相互促进相互制约的复杂关系。地貌格局决定地形势能，并与大气降水共同决定了侵蚀力，植被和作为地貌要素的地表物质则共同决定了抗侵蚀能力。在一定气候背景下，人类通过对植被和微地貌要素进行合理调控，可将流域内的水土

7、流失率控制在可接受的范同[161o目前，土地覆被对土壤侵蚀及水沙运移过程的影响多集中于地块和坡面尺度上，由于研究尺度较小，故往往将地貌影响忽略或视其为均值。随着尺度逐渐放大，地貌条件对水沙过程的调控作用更加明显。在黄土丘陵沟壑区，地貌格局影响和决定着流域径流泥沙分配与汇集过程[20,211，且与植被、土壤水分等水土流失因子关系密切[22,23】。但由于问题的复杂性，地貌格局对流域泥沙输移影响机制的解释还有待于深化。本文以黄河中游河龙区间42个水文站控制流域为对象，在确定流域地貌空间特征和水土流失过程反应变量的基础上，定量分

8、析地貌格局与流域侵蚀产沙过程的关系，旨在从流域尺度揭示地貌格局对泥沙输移过程的影响因子及其作用机制。2研究区概况与研究方法2．1研究区概况9河龙区间是河口镇至龙门区间段的简蛊称，位于黄河中游区上段，N35。40’～40。34’、El08。02’～112。44’，集水面积为l1．2万9km，占黄河流域面积