地表凸起与凹陷的微地形量化特征及汇流形态研究

作     者：周苍宁 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁心蓝

授予年度：2022年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：凹陷 凸起 微地形 地形因子 汇流网络 

摘      要：四川紫色土坡耕地地区的水土流失十分严重,制约了当地农业的可持续发展,而地表的起伏是影响水蚀最直接的因素。坡耕地上的地表起伏主要来源于降雨影响和耕作管理,不同耕作管理措施会使坡面呈现不同的微地形,从而对坡面汇流产生不同的影响。因此,本文以紫色土坡耕地为研究对象,采用野外人工模拟降雨试验,结合近景摄影测量技术,融合河流网络的理论和方法,研究了微尺度条件下,连续凹陷、间隔凹陷、连续凸起、间隔凸起、凹凸相连、凹凸相间(φ=10 cm)以及对照组7种微地形措施在60、90和120 mm/h降雨强度下的汇流形态及结构特征,以期进一步揭示紫色土区坡耕地的水蚀机理,主要研究结果如下:(1)平整坡面的微坡度主要集中在0°～15°;连续凹陷、连续凸起和凹凸相连的微坡度主要集中在40°～90°;间隔凹陷、间隔凸起和凹凸相间的微坡度主要集中在0°～15°和40°～90°这两个区间,降雨后大的微坡度占比减小,小的微坡度占比增大。平整坡面、间隔凹陷、间隔凸起和凹凸相间的微坡向主要分布在南坡、西南坡和西坡;连续凹陷、连续凸起和凹凸相连的微坡向则均匀分布,降雨后北坡占比减小,南坡占比增大。7种微地形措施的地形起伏度和地表粗糙度的大小依次为凹凸相连连续凸起连续凹陷凹凸相间间隔凹陷间隔凸起平整坡面,降雨后地形起伏度和地表粗糙度的数值减小。(2)填洼量的大小主要取决于坡面凹陷的数量,凹陷越多,填洼量越大。局部地形湿度指数表现为凹陷平整坡面凸起,径流路径和较大的地形湿度指数在坡面的分布上相重合。连续凹陷、间隔凹陷和连续凸起的地表粗糙度与填洼量呈显著相关,平整坡面、连续凹陷、间隔凹陷和凹凸相连的地表粗糙度与地形湿度指数呈显著负相关。(3)平整坡面、连续凹陷和间隔凹陷的汇流形态为树枝状,树枝状汇流网络径流表现为数量多,长度长。连续凸起和凹凸相连的汇流形态为平行状,平行状汇流网络主要由数量少、长度长的1级径流构成。间隔凸起和凹凸相间的汇流形态为混合状(树枝状和平行状共存),混合状汇流网络与树枝状汇流网络径流差异不大。汇流密度和径流频度表现为树枝状混合状平行状。地表粗糙度与汇流密度呈显著负相关,它们之间具有良好的线性关系,决定系数R均大于0.619。坡面汇流网络与河流网络之间存在一定的相似性,随着径流等级的增大,各级径流的数量呈指数型减少,各级径流的平均长度呈指数型增大,各级径流的长度逐渐减小。