第七届青年地学论坛

物质和能量在崎岖不平的地貌形态、地带变化的气候条件、空间差异的植被覆盖等内外动力因素的共同作用下，形成了地球系统科学当中独特的传输过程与迁移机制。作为量化地球表层物质和能量传输的重要参考指标，输沙率在流域侵蚀产沙、土壤流水预报、河流泥沙携带等科学研究与应用实践中发挥了重要的作用。通过水文站或水保站监测是获取输沙率最直接的方法。但是水文站建设成本高且无法覆盖所有区域。泥沙的搬运过程是一个空间化的过程。输沙率也是一个空间化的观测量，在同一流域的不同位置观测到的输沙率不尽相同。输沙率的空间分布体现了微观层面的物质交换情况，具有极为重要的地表动力学和地貌学意义，而当前的方法只能计算得到区域整体的输沙率。
针对于现有研究的不足，本文以黄土高原绥德县窑家湾小流域为例，使用无人机摄影测量技术监测土壤侵蚀产沙量，依据质量守恒原理，建立小流域空间输沙模型，推算泥沙的搬运路径和搬运量（即输沙率空间分布），并讨论不同地形变化检测水平对其结果的影响。实验结果表明该方法能有效模拟泥沙在空间上的输送情况，质量不守恒的区域面积占比小于4%，不守恒区域多为人类活动影响区。同时，本文讨论了DEM的选择和不同地形变化检测水平下对输沙模型结果的影响。当使用第一期DEM进行泥沙搬运路径推算时，质量不守恒区域的面积显著降低。使用误差空间分布图进行地形变化检测得到的输沙率结果鲁棒性更强。使用中误差进行地形检测得到的结果在不同置信度下变化较大。因此，在使用本文方法时，地形数据精度越高、误差分布越详尽，测量间隔时间越短，人为因素越少，本文提出的空间输沙模型推算结果越好。
相对于传统通过水文站或水保站监测输沙率和输沙量的方法，基于无人机地形变化检测的空间输沙模型能高效、快捷地提供详尽的输沙率或输沙量空间分布情况，反映物质在空间上的交换情况。该方法已为地表过程研究带来了新的发展。

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