黄土高原泥球形成机制的双阈值控制模型及其对极端降雨侵蚀过程的指示意义

本研究针对黄土高原极端降雨事件中泥球形成机制不清的问题，通过无人机影像与实地测量相结合的方法，首次揭示了泥球发育的物理源-水力输运双阈值（重力侵蚀面积比例≥5‰，流域高差-沟长比ΔH/L1为6.8-36），提出"地貌扰动-分选波动"耦合机制，为全球泥流灾害链风险评估提供了高精度判据。

　　

在气候变化加剧的背景下，极端降雨引发的土壤侵蚀已成为威胁全球陆地生态系统的重大问题。黄土高原作为世界水土流失最严重的区域之一，其特有的粉质黄土性质、陡峭地形和集中降雨模式，导致重力侵蚀现象频发。2022年定边县极端暴雨事件（最大1小时降雨量56.3 mm）中出现的泥球沉积体，成为解码高能流体输运过程的关键"地质密码"。然而，传统研究对泥球形成的源-动力耦合机制认识不足，尤其难以解释泥球粒径沿程分选的异常波动现象。

针对这些科学难题，国内研究人员以黄土高原典型小流域为研究对象，创新性地采用无人机航测与GIS空间分析技术，首次实现了万级泥球集群形态参数的精准提取。通过构建多尺度数据融合模型，系统解析了泥球沉积特征与流域侵蚀-地貌动态的响应关系。

研究主要运用三项关键技术：1）基于DJI Phantom 4 RTK无人机的高分辨率正射影像（地面分辨率2 cm）获取三维点云数据；2）结合实地测量建立泥球形态参数数据库（包括粒径、球度指数等）；3）运用水文地貌分析法计算流域ΔH/L₁等地形指标。

【研究结果】

1. 形成过程：揭示泥球发育五阶段模型，包括重力侵蚀启动→泥流输运→动态分选→层状包裹→地貌固定，其中重力侵蚀面积比例≥5‰是泥球形成的源区阈值。

2. 形态特征：泥球以球形（36%）和碟形（39%）为主，平均粒径29.1-37.1 cm，球度指数0.79，外层呈现粉砂-黏土二元交替结构。

3. 控制机制：提出双阈值理论框架，流域高差-沟长比ΔH/L₁需满足6.8-36的水力输运阈值，且泥球粒径沿程波动受"溯源卷吸-地貌扰动"耦合作用控制。

【结论与意义】
该研究首次建立黄土区泥球发育的定量判别标准，创新性提出"动态分选波动"理论，突破传统沉积学对粒径沿程渐变规律的认知。通过揭示泥球与流域侵蚀动力的响应关系，为极端降雨地质灾害链的早期识别提供新指标（如利用球度指数ψ反演古洪水能量）。研究成果被《Journal of Environmental Management》收录，不仅为黄土高原水土保持工程设计提供科学依据，更对全球类似气候区泥流灾害风险评估具有范式意义。值得注意的是，研究中发现的粉砂质外层结构（区别于典型河相泥球的砂砾装甲层），为重建黄土区古水文事件提供了独特的沉积学标志。