山地学报

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肖森元, 杨广, 何新林, 谷新晨, 李小龙

2021, 39(01): 1-9. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000571

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采用传统的SWAT模型模拟干旱区山区流域径流过程,无法准确反映流域水资源的空间分布特征。本文基于中国地面日值格点数据集,运用分布式水文模型MIKE SHE模拟了1991—2015年间玛纳斯河流域水文过程。选取模型效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)、确定系数(R~2)以及相对均方根误差(RMSE-observations standard deviation ratio,RSR)对模型适用性进行评价。流域出山口肯斯瓦特水文站实测径流数据用于模型校准及验证。最终,肯斯瓦特水文站日尺度径流仿真效率为:NSE=0.78,R~2=0.85,RSR=0.47;月尺度径流仿真效率为:NSE=0.82,R~2=0.91,RSR=0.43。结果表明,MIKE SHE模型在玛纳斯河流域具有良好的适用性。本研究为干旱区山区流域水文模拟提供了参考,研究结果可为流域水资源合理配置提供科学依据。

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四川省极端降水事件时空演变特征

甘露, 刘睿, 冀琴, 李想, 游丽

2021, 39(01): 10-24. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000572

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极端降水作为极端天气的表征要素,极易引发灾害。为探明极端降水变化特征,本文选择受极端降水事件影响极大的四川省为研究区,基于1964—2016年逐日降水数据,通过构建区域极端降水指标体系,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,分析了极端降水事件的时空演变及影响因素。结果表明:四川省极端降水事件发生频率呈减少趋势,强度逐渐增加;空间上总体呈现出由东南向西北减少,成都平原与川西山区的交错区域作为传统极端降水高发区域,极端降水频率显著下降,而川西山区极端降水频率与强度均呈现出增强的趋势;研究区地形地貌特征决定了极端降水事件的分布特征,四川盆地盆周区域海拔的突变为极端降水特征差异显著的重要原因;极端降水的周期变化呈现25～32 a长周期、13～17 a中周期以及5～8 a短周期的特征,振荡强度由强到弱;极端降水量自1993年下降突变显著,强度自1984年增强突变显著。本研究可为极端降水事件研究提供方法参考,为四川省防灾减灾提供理论与数据支撑。

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低丘缓坡建设开发对土壤侵蚀的影响

阚欣玥, 张洪

2021, 39(01): 25-37. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000573

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低丘缓坡建设开发是否导致水土流失以及多大程度的水土流失,是学术界一直争论的问题。本文以最早在全省开展低丘缓坡建设开发的云南省为例,选择具有代表性的滇中地区62个低丘缓坡建设开发项目区为研究对象,结合对项目区进行实地踏勘,采用修正的通用土壤侵蚀方程(Revised Universal Soil Erosion Equation, RUSLE),对滇中地区低丘缓坡项目区2010年和2018年(即建设开发前后)土壤侵蚀状况及其时空变化特征进行定量分析,探讨低丘缓坡建设开发所造成的地形、土地利用类型及植被覆盖率的变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)整体上滇中地区62个项目区在开发后土壤侵蚀状况趋向好转,具体表现为微度侵蚀等级面积净增加;(2)低覆盖草地、灌木以及≥15°坡耕地,水土保持能力较弱。其中,草地和灌木的水土流失面积较大,占总水土流失面积达76.57%;(3)水土流失高发区主要集中在坡度≥8°的区域,若仅考虑引起水土流失面积大小,8°～25°区域内的水土流失情况最为严重,占总水土流失面积68.54%;而从引起水土流失难易程度上,坡度≥25°发生水土流失的概率最高,平均水土流失面积占该坡度面积62.05%。综上,本文揭示低丘缓坡建设开发对土壤侵蚀的影响,为项目区水土流失防治和危害评估提供数据支撑,并为区域生态修复和综合治理提供参考和依据。

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渝东南地区冰雹时空分布特征

张甜, 廖晓荔, 马君, 杜爱军

2021, 39(01): 38-46. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000574

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冰雹灾害是渝东南地区威胁最大的气象灾害之一,掌握渝东南地区冰雹时空分布及天气特征是人工防雹业务的迫切需要,对避免和减轻其灾害具有重要意义,对防灾减灾也有积极作用。本文利用《中国气象灾害大典:重庆卷》中1960—2011年渝东南地区造成灾害的冰雹资料以及2000—2011年的MICAPS资料,对渝东南地区降雹时空分布特征、降雹过程的天气特征进行统计对比分析,结果表明:2000—2011年期间渝东南地区的降雹频次较前40年明显增加,成为重庆市平均降雹发生频率次高的地区,且高频中心位于黔江区。Mann-Kendall分析结果显示1960—2011年前后渝东南地区冰雹日数发生了两次明显的突变。小波分析结果显示渝东南地区的降雹日数在60～80年代初期有8 a左右的年际变化周期,80年代中期以后则是14 a左右的年际变化周期较为显著,降雹过程发生的偏多时期出现在1990年和2004年前后。从月际变化来看,4月和5月是该地区降雹日数出现最多的两个月份,7月和8月为次多的月份。春季冰雹主要由系统性的上升运动触发,夏季冰雹则主要由局地热力抬升运动造成。上述结论对促进渝东南地区掌握降雹规律、科学防雹、减轻灾害具有重要的理论及现实意义。

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落石运动特征试验及影响因素敏感性分析

柳万里, 晏鄂川, 魏鹏飞, 李丽华

2021, 39(01): 47-58. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000575

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危岩崩落时会与坡面碰撞解体为块径不同的落石,而落石运动特征影响因素众多,导致难以准确预测落石运动全过程。本文以湖北汤池峡崩塌为例,在调查分析崩塌区地质条件的基础上,开展现场危岩清除试验,通过拍摄危岩崩落过程获取落石运动数据,并采用Rockfall软件对比研究落石运动特征,结果表明,当法向恢复系数R_n=0.37、切向恢复系数R_t=0.87、粗糙度f=6°、摩擦角α=30°时,模拟结果与现场试验吻合较好,该参数组合可准确表征落石运动过程。基于Rockfall软件的影响因素敏感性分析发现,不同因素对落石运动特征的影响程度和作用机制存在差异,尤以α对落石运动的影响机制最为复杂。当选取因素单位变化率为敏感性排序依据时,对于落石运动距离、弹跳高度和总动能而言,R_n、R_t、f、α、m(落石质量)、H(初始高程)等因素的敏感性排序分别为:R_t>R_n>f>H>m、H>R_t>R_n>f、m>R_n>H>R_t>f。本文相关成果可指导落石影响范围与危害程度判定,并为崩塌防治设计提供参考依据。

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基于InSAR技术的秦岭南部略阳县潜在滑坡灾害识别研究

苏晓军, 张毅, 贾俊, 梁懿文, 李媛茜, 孟兴民

2021, 39(01): 59-70. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000576

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秦岭山区因构造活动、人类活动、气候变化等多重因素作用而面临较高的地质灾害风险,由于地形高差大、坡度陡,植被覆盖率高,滑坡灾害识别调查难度高,急需发展先进的地质灾害监测识别技术体系,提升高植被覆盖山区地质灾害隐患详细调查识别能力。不同的InSAR技术和SAR数据有各自的优势,单一InSAR技术难以在高植被覆盖山区进行区域变形监测和地质灾害隐患识别。本研究结合多种InSAR技术和不同波段SAR数据的探测优势,对秦岭南部山区略阳县城关镇的110 km~2范围进行对地观测,综合光学遥感解译和野外调查,识别出滑坡地质灾害隐患点共52处。研究表明:(1)在高植被覆盖山区,D-InSAR技术和L波段SAR数据的应用,能够提升识别高植被覆盖山区潜在滑坡位置和范围的效率。而时序InSAR技术和Sentinel数据可应用于典型灾害点时间变形模式分析。(2)略阳县滑坡主要为黄土滑坡、堆积层滑坡、黄土基岩滑坡三类;不稳定斜坡主要有陡峭风化基岩不稳定斜坡、不稳定人工边坡,破坏形式主要为基岩崩塌、剥坠落及黄土斜坡崩滑、泥流等;本研究所识别的潜在地质灾害可为略阳县防灾减灾工作提供数据支持,提出的InSAR潜在地质灾害早期识别方法体系可为秦岭及类似高植被覆盖山区地质灾害监测识别提供方法参考。

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丘陵山区家庭农场时空拓展特征及驱动力分析——以重庆市江津区为例

熊熙, 张仕超, 梁靖茹, 刘竞宇

2021, 39(01): 71-87. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000577

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丘陵山区农业转型的关键是构建以农户家庭经营为基础的立体式、复合型现代农业经营体系,而家庭农场作为农户家庭经营的典型,且根植农村又服务于农户和农业,是新型经营主体培育的重点对象。不同阶段、不同区域、不同产业的家庭农场发展相异,目前多侧重平原地区家庭农场规模效益、发展模式、制约因素等方面的研究,而有关丘陵山区的研究相对较少,揭示丘陵山区家庭农场动态变化过程及驱动力可为乡村全面振兴提供科学依据。本文以重庆市江津区1062户家庭农场为例,综合选取最近邻指数、核密度、标准差椭圆、地理探测器等方法分析了家庭农场的时空演变规律及其分布的驱动机制,从而揭示丘陵山区家庭农场发展的格局—过程—机理。结果表明:(1)江津区家庭农场在空间分布上呈南北分异、显著集聚的特征,不同产业类型空间分布特征存在一定差异;(2)家庭农场数量呈阶段性增长,2013—2016年为起步快速增长阶段,2017—2019年为成熟缓慢增长阶段;(3)家庭农场空间演化整体呈东北—西南向发展,且绝大部分产业家庭农场由东北向西南方向拓展,但花椒产业家庭农场呈西北—东南方向演化;(4)家庭农场分布的主导因素因产业而异。粮油产业家庭农场分布受经营耕地面积主导,而其他产业家庭农场分布除受经营耕地面积和乡村劳动力共同主导外,交通通达性对果蔬产业家庭农场、水系健全度对水产产业家庭农场、种植业商品化率对特色产业家庭农场、政府补贴率对花木产业家庭农场的影响也起主导作用。年均气温、降水、海拔等自然方面因素以及年龄、文化程度、专业技能等经营主体条件对家庭农场分布影响较小。不同产业类型家庭农场时空演变规律与驱动力的揭示,可认识家庭农场发展的产业差异性,有助于家庭农场的精准培育,为分地区、分产业推进农业现代化发展提供参考。

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权衡生态安全与城市扩展模拟的山地城市增长边界划定

孔祥玉, 闵婕, 侯莉蓉, 文诗媛, 冉会平

2021, 39(01): 88-100. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000578

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进行城市空间增长边界模拟研究,对区域有序开发土地资源和有效保护生态效益具有重要意义。传统方法未考虑到现实约束下生态需求对城市扩展的影响,缺乏一定的客观评价。本文以2005年和2015年两期城镇建设用地数据为基础,从协调城市扩展与生态安全的视角出发,借助ArcGIS平台构建改进CA模型,模拟了2025年万州城区的城镇用地扩展情况,并划定了城市增长边界。首先,通过计算生态敏感性、生态服务价值和禁止开发区划定生态保护红线,结合水域用地得到生态安全格局;其次,合理选取城市扩展潜力因子建立Logistic驱动评价体系,并纳入可控的邻域作用和随机作用构建CA模型模拟城市扩展的空间形态;最后,综合评价划定出2025年城市增长边界。结果表明:(1)以2005年为基期模拟2015年研究区的城镇用地情况,模拟总精度为96.80%,Kappa系数为0.86,模型效果好;(2)2025年模拟的城市增长边界内面积为166.79 km~2,占研究区面积的15.32%。模拟结果可为城市空间规划提供定量支撑,保障了城市扩展的可持续性,对生态环境敏感、城市用地紧张的山地型城市的增长边界划定具有参考价值。

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镇域尺度的规模农地演变特征及其驱动机制研究——以重庆奉节县为例

陈爽, 李阳兵, 李明珍

2021, 39(01): 101-116. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000579

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在土地利用逐步集约化以及乡村振兴战略背景下,厘清山区规模农地时空演变规律及其驱动机制,对于整合山区有限的农地资源,推动农业适度规模化经营意义重大。为揭示山区镇域尺度规模农地演变规律,本文基于重庆市奉节县典型山区乡镇2008年、2018年两期4类农地斑块数据,综合运用GIS空间分析技术和景观格局指数等方法对比分析草堂镇、康乐镇规模农地发展演变特征,并引入地理探测器模型进一步探讨规模农地演变的驱动因子。结果显示:传统型耕地数量呈下降态势,现代型果园数量均有所增长,现代型蔬菜、茶园数量比较稳定;传统型耕地分布热点区域缩减,现代型果园核密度最高值是2008年的2～3倍,各类型规模农地在镇级尺度分布呈聚集、均匀和随机3种模式,集聚特征空间尺度范围缩小;斑块特征上CA、NP、MNN三项指标变化最大,CA与NP呈正相关,最小平均最近距离MNN由传统型耕地变为现代型果园,现代型蔬菜斑块形状最为规整;距河流距离、距道路距离和农业人口密度等主导因子以及距河流距离∩高程、距道路距离∩农业人口密度等交互因子是推动规模农地演变的重要驱动力。本研究对于山区农地资源整治、规模农地发展以及转变农业发展模式具有借鉴意义。

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拉萨街道空间品质测度及优化研究——以林廓环路为例

樊冰青, 周波, 成受明, 王霞

2021, 39(01): 117-128. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000580

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前人对街道空间品质的研究多数针对较发达城市,已有的测度与评价体系不一定适用于拉萨这种少数民族地区的历史文化城市,且扎根于历史文化城市的街道空间品质测度与评价体系框架并不清晰。针对拉萨这类具有民族特色和雪域高原特点的国家历史文化名城,研究从步行体验角度,以舒适性、安全性、便捷性、人文性为研究维度,经互联网多源数据处理与测度,构建街道空间品质测度评价体系,对拉萨市林廓环路分别进行街道空间品质单因子评价与综合品质评价,进行各街道品质分级。结果表明:有近一半街道的空间品质评分偏低;通过各个指标与街道空间品质测度值的相关性分析,发现主要问题是多数街道的民族色彩感知度、民族文化元素感知度、民族特色商业密度、服务设施便捷度较低,部分街道的路面可行度、遮阴率、立面连续性较低以及路面拥堵度较高,次要问题是大部分街道的商业业态丰富度与密度较低,部分街道的绿视率与天空可视率较低以及机动化程度较高;为了优化拉萨街道空间品质与改善城市人居环境,提出优先优化策略与适当优化策略。本研究在街道空间品质研究领域中,在精度与广度上做了一定深化与拓展,加深了对民族地区历史文化城市街道空间品质的理解。

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山地冰川表面温度反演算法对比——以祁连山七一冰川为例

郄宇凡, 王宁练, 吴玉伟, 陈安安

2021, 39(01): 129-142. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000581

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冰川表面温度决定冰川表面热力状况分布和消融状态,其对建立冰川能量—物质平衡模型和研究气候变化背景下的冰川响应具有重要意义。Landsat系列卫星提供了海量免费高空间分辨率遥感数据,广泛应用于表面温度的时空变化研究。本文使用2013年5月至2014年9月的10景Landsat 8 TIRS热红外数据,对比三种单通道温度反演算法(覃志豪单窗算法、Juan C.Jiménez-Mu1oz普适性单通道算法和Jordi Cristóbal普适性单通道改进算法)和两种劈窗温度反演算法(Juan C.Jiménez-Mu1oz劈窗算法和Offer Rozenstein劈窗算法)在祁连山七一冰川表面的准确度和适用性,结果表明:(1)劈窗算法反演精度高于单通道算法,其中Offer Rozenstein劈窗算法误差最小,均方根误差为1.75 K、平均绝对误差为1.49 K,而Jordi Cristóbal普适性单通道改进算法误差较大,均方根误差和平均绝对误差分别为3.35 K和2.72 K;(2)夏季消融期各算法均有较大偏差,冬季是各算法反演误差最小的季节;(3)覃志豪单窗算法对水汽含量敏感性最低,Offer Rozenstein劈窗算法对水汽含量和发射率的敏感性较高;Jordi Cristóbal普适性单通道改进算法在低大气含水量的高海拔冰川地区存在一定局限性。研究结果为不同表面温度反演算法在高海拔山地冰川区域的对比和适用性研究提供了科学依据。

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一种基于EEMD-RFR的水库滑坡台阶状位移预测模型

安冬, 宋琨, 仪政, 易庆林

2021, 39(01): 143-150. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000582

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水库滑坡的位移与周期性的库水波动和季节性降雨等诱发因素关系密切,由于库水位升降和降雨的作用,滑坡累计位移变形曲线呈明显的"台阶状",准确、及时地预测此类台阶状位移对提升该变形的认识具有重要意义。为深入了解诱发因素对水库滑坡位移的影响,预测其变形演化趋势,本研究提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和随机森林回归模型(RFR)的滑坡位移预测模型。以水库滑坡——三峡库区白家包滑坡2007年4月至2018年12月的变形数据为例,进行"台阶状"位移的预测与模型检验。通过EEMD方法将累计位移分解为趋势项和周期项,其中趋势项采取最小二乘法的三次多项式拟合;周期项基于诱发因素组合和滑坡位移的响应变化,建立RFR模型进行预测。根据时间序列加法,将趋势项和周期项预测值叠加,获得总位移预测值。结果表明EEMD-RFR模型基本反映了滑坡累计位移的"台阶状"变化趋势,相关系数R达到0.997。通过与两种BP神经网络预测方法的对比,反映EEMD-RFR模型具有更好的预测效果。本研究为水库滑坡台阶状位移预测提供了一种有效的新方法,对了解水库滑坡长期变形具有一定意义。

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西藏拉萨街道空间品质测度与优化

樊冰青, 周波, 成受明, 王霞

2021, 39(01): 150.

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<正>作为西藏自治区首府,拉萨是具有民族特色和雪域高原特点的国家历史文化名城,也是著名国际旅游城市,凭借美丽的高原景观,悠久的历史,独特的民俗风情与浓厚的宗教色彩,吸引了大量游客与信徒。藏传佛教向心性宇宙观深深影响着拉萨古城的布局,古城区内形成了囊廓、八廓、林廓、孜廓四条特色转经道。

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吕梁山区大宁县城地质灾害破坏模式及风险管控

薛强, 唐亚明, 白轩

2021, 39(01): 151-162. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000583

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大宁县城地处晋西黄土高原,地形破碎,黄土滑坡崩塌等地质灾害多发,严重制约着城区工程建设与高质量发展。本文通过1∶10 000比例尺地质灾害野外调查和统计分析,总结了大宁县城地质灾害破坏演化模式,定量评估了地质灾害财产风险和人员风险。结果表明:(1)大宁县城周边斜坡地段共发育地质灾害29处,主要类型为滑坡和崩塌,滑坡均为黄土滑坡,其破坏模式大体可分为"拉裂—推移式浅表层破坏模式"和"滑移—压致拉裂式中深层破坏模式"2类;崩塌包括土质崩塌和岩质崩塌,其破坏模式可分为"滑移式破坏模式"和"倾倒式破坏模式"2类。(2)29处地质灾害财产年损失为0.00016～5.859万元/a,单人年死亡概率为2.205×10~(-6)～2.736×10~(-2)。(3)根据斜坡变形破坏模式和风险评估结果,对大宁县城地质灾害制定了搬迁避让、专业监测预警体系建设、工程防治等相应的风险管控措施建议。研究成果为开展山区城镇地质灾害风险调查评估与管控工作提供了技术示范。

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