基于DEM的洮河流域水系地貌參數(shù)與夷平面定量化研究.pdf

1、隨著20世紀(jì)中期地學(xué)計量革命的進行，地貌學(xué)研究的潮流也從Davis倡導(dǎo)的定性描述逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐赃^程分析為主的定量研究，尤其是霍頓(R.E.Horton)的水系定律即河流的數(shù)目定律、長度定律和面積定律開創(chuàng)了數(shù)理地貌學(xué)研究，成為學(xué)界有關(guān)流域水系和地貌形態(tài)定量化分析的標(biāo)準(zhǔn)，為流域地貌演化和水系發(fā)育研究開辟了新的天地。近30年來，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和高精度數(shù)字高程模型的出現(xiàn)更是為地貌分析的定量化提供了極大的便利，已成為流域地貌形態(tài)分析和過程研究

2、的重要方法和必要手段。
　　由于晚新生代以來青藏高原的持續(xù)向北增生，高原東北部成為構(gòu)造活動最為活躍的區(qū)域之一，同時該區(qū)又地處中國三大自然區(qū)的交匯地帶，氣候變化顯著，在構(gòu)造、氣候、剝蝕綜合作用下，流域地貌復(fù)雜多樣。在山地的擠壓變形和隆起過程中，該區(qū)的水系結(jié)構(gòu)和流域地貌對構(gòu)造、氣候等外來變量因素的改變十分明顯。同時，在長尺度山地演化過程中，形成了多級夷平面和部分夷平面。對這些水系結(jié)構(gòu)、地貌形態(tài)和夷平面特征開展定量化研究可以深入理解流域

3、地貌的形成演化歷史及其對構(gòu)造活動、氣候變化響應(yīng)的理論認(rèn)識。本文基于DEM數(shù)據(jù)，在ArcGIS環(huán)境下，以洮河流域為研究區(qū)，對其河網(wǎng)參數(shù)、地貌參數(shù)、河流縱剖面以及夷平面的數(shù)字地貌特征進行了定量化研究，得到以下初步認(rèn)識：
　　(1)通過徑流模擬法對洮河流域集水面積10km2以上的河道進行了提取，按照Strahler分級體系對河網(wǎng)進行了分級，并對河網(wǎng)的數(shù)目、長度和面積進行了統(tǒng)計。結(jié)果顯示，洮河流域的河道劃分為五級。分枝比介于4-9之間，平

4、均長度比介于1.1-20.8之間，平均面積比介于2.9-19.2之間。通過與Horton定律的一般性河網(wǎng)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)級別較小的河道比較符合一般性河網(wǎng)發(fā)育規(guī)律，而級別越大越偏離Horton定律。表明水系格局對于構(gòu)造、氣候等外界因子的累積效應(yīng)在大尺度上表現(xiàn)的更為明顯。
　　(2)通過對洮河21個子流域的面積-高程積分曲線(HC)和積分值(HI)、流域不對稱性(AF)、盆地形狀指數(shù)(Bs)、谷底寬度與谷肩寬高的比(VF)4個地貌參

5、數(shù)的計算和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些地貌參數(shù)在空間上具有較大的差異性，其中HI的分布以冶木河匯入口為界，上游地區(qū)HI值普遍較高(0.32-0.59)，HC除冶木河呈現(xiàn)明顯的上凸外，大多呈現(xiàn)上段下凹，下段上凸的S型，表明該地區(qū)抬升速率整體稍大于侵蝕速率，而冶木河地區(qū)的抬升速率遠大于侵蝕速率，可能是西秦嶺北緣斷裂帶的活動導(dǎo)致該區(qū)較高的抬升速率，而花崗巖為主的巖性導(dǎo)致侵蝕速率低的緣故。下游地區(qū)HC呈下凹型，HI值較低(0.26-0.29)，表明該區(qū)以

6、侵蝕下切為主。AF值介于19.01-91.82之間，大多數(shù)位于35-65之間，表明流域整體受構(gòu)造掀斜作用較小。Bs值分布在0.74-2.31之間，說明流域形狀都近乎圓形，整體活動構(gòu)造速率低。VF值在0.52-5.27之間，上游大部分支流的VF值相對較低(小于1)，為V型谷，在下游西岸支流的VF值相對較大(3-5)，呈寬谷形態(tài)，表明流域整體以快速下切為主。綜合這些地貌參數(shù)值，認(rèn)為洮河流域以快速的整體均勻抬升和強烈的河流垂向下切為主。

7、>　　(3)通過對洮河干流及其19條支流的河流縱剖面、河道凹度值，陡峭指數(shù)和裂點進行提取和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以冶木河匯入口為界，其上游的河流(干流與支流)大多被裂點所中斷，裂點之上河道平緩，ksn值分布在22.8-60m0.9，裂點之下河道陡峭，ksn分布在70-466m0.9之間，表現(xiàn)為顯著地勢不整合，說明河流還正響應(yīng)邊界條件的變化，未達到均衡，普遍殘存有古老地形面。在冶木河口以下河流(干流與支流)縱剖面則大多數(shù)表現(xiàn)為典型的平滑下凹特征

8、，凹度值在0.57-0.89之間，ksn分布在28.4-105m0.9之間，說明河流大多已經(jīng)達到均衡。這種上下游河道縱剖面的明顯差異可能是上下游構(gòu)造抬升差異和氣候差異的反映。
　　(4)基于模糊邏輯，在GIS環(huán)境下，通過對90m分辨率的SRTM DEM進行分析處理，對洮河流域及其周邊地區(qū)夷平面的坡度、曲率、地表粗糙度和相對高度4個地貌參數(shù)進行了提取，并與其他典型地貌單元進行對比分析，確定了模糊邏輯閾值，建立了夷平面的隸屬度函數(shù)。其

9、中，隸屬度較高地區(qū)主要位于河流分水嶺，寬谷盆地之上的平坦高地以及現(xiàn)代河谷谷肩部位，為夷平面的潛在分布區(qū)。選擇隸屬度在80％以上的區(qū)域來代表夷平面的分布區(qū)，并將面積較小(0.2km2以下)斑塊和堆積成因的斑塊進行剔除。結(jié)果顯示，夷平面共3700個，面積介于0.2-593.46km2之間，總面積為2660.99km2，約占研究區(qū)總面積的10.4%。在大區(qū)上，地形剖面和夷平面的高程頻率分布都顯示夷平面主要分布在3200-4300m，2700-