黄土高原流域植被空间分布量化与侵蚀产沙关系研究

Quantitatively describing the corresponding relationship between the vegetation distribution and sediment yield of watershed has great significance for sustainable development of ecological environment construction on Loess Plateau.According to the inter-disciplinary theories such as geomorphology, landscape ecology, hydrology, soil and water conservation, by using the spatial analysis technology and fractal theory, we suggests to analyze the impacts and sensitivity of spatial distribution characteristics of vegetation on erosion and sediment yield，We will improve the arithmetic and calculation model of fractal dimension, such as box dimension, fracture surface dimension and fractal brown motion dimension. A quantitative models of vegetation spatial pattern will be established to explain the response characteristic between the fractal dimension of the vegetation distribution and the sediment yield based on digital vegetation model(DVM); Combined the erosion energy theory and methods of quantification on basin geomorphological, the coupling relational model of quantitative parameters of vegetation distribution, runoff power, geomorphic parameters and sediment yield will be build. The research will provide theory for improving the accuracy of simulating the parameters of vegetation distribution for the soil erosion predicting model, promoting the development of prediction model of soil erosion. It will also provide a scientific basis for vegetation restoration and construction in Loess Plateau area.

定量揭示流域植被空间分布特征与流域侵蚀产沙的响应关系，对黄土高原地区生态环境建设的可持续发展具有重要意义。本研究拟选取黄土高原地区典型流域作为研究对象，在地貌学、景观生态学、水文学、土壤侵蚀学等学科理论的基础上，运用空间分析技术和分形理论，分析不同植被空间分布特征对侵蚀产沙的影响及其敏感性，改进数盒维数、面积维数和分形布朗维数等不同分形维数的计算模型，基于数字植被模型（DVM）实现流域植被空间分布特征的分形量化，阐明次降雨条件下植被空间分布量化参数对侵蚀产沙的响应特征；结合径流侵蚀能量理论和流域地貌量化方法，建立流域植被空间分布量化参数、侵蚀能量特征、地貌形态量化指标与降雨侵蚀产沙耦合关系模型；研究成果将为提高植被水土保持功效的模拟精度、推动流域水土流失预报模型的发展提供理论依据，为黄土高原地区植被建设提供科学支持。

植被是防治水土流失的主要措施，植被覆盖度是衡量植被水土保持作用的主要指标之一，植被的景观格局也是影响植被水土保持功效的关键因素。本研究以黄土高原大理河流域为研究对象，运用景观生态学等多学科理论和方法，系统分析了植被格局对流域侵蚀产沙过程的影响机理。主要研究进展如下：首先，通过室内模型试验，分析了植被格局对坡沟系统侵蚀动力的调节机制，揭示了植被覆盖度相同而植被布局不同，坡沟系统的侵蚀产沙差异显著，阐明了植被格局对坡沟系统侵蚀动力的调节机制。其次，建立了基于栅格数据的数字植被模型，改进了数盒维数、面积维数和分形布朗运动维数等分形维数的计算方法，实现了对流域植被格局的分形量化；分析了大理河流域及其上游青阳岔流域、中游小理河流域、下游岔巴沟流域的植被分布，在各自的无标度区间内均表现出较好的分形特征，阐明了分形维数作为表征流域植被格局的量化指标的有效性。再次，以次降雨侵蚀能量分析计算为基础，发展了月、年等时间尺度的径流侵蚀功率计算方法；月、年尺度径流侵蚀功率，均与输沙模数表现出了较好的相关关系，与以径流量为参数的计算成果相比，确定性系数最大从0.64提高到了0.91，提高了计算结果的精确度；揭示了流域径流侵蚀功率与流域侵蚀模数之间的多时空尺度高度相关性。最后，初步立了基于不同时空尺度植被格局分形量化参数和侵蚀动力因子的流域侵蚀产沙响应模型。