黄土高原董志塬区沟谷系统演化与地质灾害链生效应研究

针对黄土高原董志塬区严重的沟谷侵蚀问题，研究人员通过无人机摄影测量和GIS空间分析，系统研究了974条不同发育阶段沟谷的形态特征与灾害链演化关系。发现小型切沟（SIGs）的发育呈现四阶段演化模式，其空间分布与高程差、坡度等参数呈幂指数关系，揭示了黄土崩塌在灾害链中的主导作用，为黄土高原生态治理提供了科学依据。

　　

在中国西北广袤的黄土高原上，有一片被称为"天下黄土第一塬"的董志塬。这片面积相当于两个香港大小的黄土台地，不仅是中华农耕文明的发源地，更是当今重要的粮食生产基地。然而近年来，这片古老的土地正面临严峻挑战——卫星监测显示，董志塬的面积正以每年3.3 km²的速度缩减，最窄处仅剩50米宽的"蜂腰"地带。造成这一现象的主因，正是黄土沟谷的疯狂侵蚀。

长安大学地质灾害防治研究院的Penghui Ma团队在《Geomorphology》发表的研究，首次系统揭示了董志塬区沟谷演化与地质灾害的链式反应机制。研究人员采用无人机航测获取厘米级分辨率影像，结合GIS空间分析和数理统计方法，对研究区内914条小型切沟（SIGs）、57条切沟（IGs）和5条干沟（DGs）进行了精细刻画。

关键技术包括：基于PhotoScan软件的无人机摄影测量构建数字高程模型（DEM）；运用ArcGIS进行空间热点分析和形态参数提取；采用幂指数函数拟合沟谷发育与环境因子的关系；通过剖面组合分析确定27种沟头演化类型。

主要研究发现：

1. 沟谷分类与分布特征

   根据长度、宽度和深度将沟谷分为三类，其中SIGs主要集中分布在塬边和沟谷底部。统计分析显示，SIGs的长度与高差、平均坡度等地形参数呈现显著的幂指数关系（R²>0.85）。

2. 沟谷剖面组合模式

   创新性地将SIGs划分为27种剖面组合类型，其中"平坦-平坦-平坦"型占比最高（160处），"凹型-平坦-阶梯"型最为罕见（仅1处）。黄土崩塌被证实是SIGs演化过程中最主要的地质灾害形式。

3. 四阶段演化模型

   提出SIGs演化的四阶段理论：初始期、发展期、扩张期和稳定期。各阶段均伴随特定的灾害链模式，如发展期以"水力侵蚀-管涌-侧壁崩塌"为主，扩张期则形成"裂缝扩展-整体滑塌-泥流"的链式反应。

4. 主控因素分析

   揭示出黄土特性（湿陷性、垂直节理）、降雨（尤其是暴雨事件）、人类活动（道路建设、农耕）是驱动沟谷发展的三大主因。特别发现，管道侵蚀（piping）通过形成地下输沙通道，加速了沟头溯源侵蚀。

这项研究的重要意义在于：首次建立了黄土沟谷形态参数与地质灾害类型的定量关系模型，为预测沟谷发育趋势提供了新方法；提出的四阶段演化理论完善了黄土侵蚀地貌的发育学说；研究成果可直接应用于生态修复工程，如针对不同发育阶段沟谷采取差异化防治措施。该成果对保障黄土高原粮食安全、保护历史文化遗产具有重要实践价值，也为全球类似地区的土壤侵蚀防治提供了中国案例。