基于dem的黄土流域地貌发育新量化新指标

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1、基于DEM的黄土流域地貌发育新量化新指标周毅汤国安（南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210046）摘要：本文以黄土流域地貌系统发育过程中沟沿线与流域边界线间的距离变化特征为研究对象，提出了可作为黄土地貌流域系统发育阶段量化的新指标——比邻度，并在GIS地形分析方法的支持下实现了该指标的自动提取。在陕北黄土高原23个典型地貌类型样区（分属6种发育不同阶段的地貌类型）的实验结果表明，该指标可较好对黄土地貌塬-梁-峁的发育序列进行量化。同时，测算结果也为其他样区发育阶段评测提供参照。本文可作为流域地貌系统中坡地系统内部结构的一次深入探讨。关键词：

2、流域地貌系统比邻度沟沿线黄土高原1引言如何将复杂的自然地貌发育过程进行量化的表达，诸多前人已做出了不懈努力。早在19[1]世纪末20世纪初，戴维斯提出了侵蚀循环理论，把地貌形态概化为构造、营力和时间的函数，将地貌发育划分为三个阶段：幼年期、壮年和老年期，从而把以往单纯的从形态描述的地貌学上升为解释性地貌学。1952年美国地貌学家Strahler提出流域高程分析法，从而实现戴维斯的侵蚀发育模式定量化表达，这是地貌发育定量研究中的一次飞跃。此后，我国学者艾南山、陆中臣等分别提出的地貌信息熵和侵蚀积分值理论均可作为流域高程分析法在中国的发展。其中，艾南山等以St

3、rahler积分曲线为基础，提出了地貌信息熵和超熵的概念，并且用来作为地貌发育阶段的划分和稳定性判别的定量指标。陆中臣等从流域侵蚀产沙的角度出发，指出Strahler积分曲线以上面积与曲线上下端点所围矩形面积之比值应作为流域地貌发育阶段的重要量化指标，从而提出了侵蚀积分值的概念。蒋忠信用河流纵剖面抛物线方程的指数作为形态指标来划分地貌演化阶段。而王协康等认为：流域地貌的演化，是地表物质遭受侵蚀、搬运、堆积的传输过程，该传输过程是一种非线性变化，继而利用分形理论对流域地貌系统中的定量问题进行了详细研究。尽管前人已从不同角度在流域地貌系统研究领域做出众多贡献，

4、但是我国在该领域的研究仍处于起步阶段。尤其随着GIS技术的不断成熟以及数字地形分析方法的不断丰富，使该领域的研究进入一个新的阶段。本文以黄土高原地区不同地貌类型样区DEM为研究数据，充分发挥GIS空间分析功能优势，紧紧抓住黄土地貌发育过程中沟沿线与流域分界线之间的距离变化特征，通过量化两线的邻接程度来揭示黄土流域地貌系统发育程度。从宏观的流域地貌系统学的角度来说，本文是对其中的坡地子系统内部结构的探讨，可作为流域地貌系统量化指标的重要补充。2两线比邻度概念导入2.1模拟小流域两线比邻现象地形特征点、线是地形的基本骨架，是研究地形地貌的几何形态、内部结构和发

5、育态势的重要突破口。在黄土高原地区，由于其特殊的地质构造、气候条件及黄土的垂直解理特性，使得沟沿线、分水线和沟谷线成为该地区最重要也是最基本的几种地性线。这几种地性线间的组合特征是黄土地貌形态的基本反映。一系列重要的水土保持指标都和以上三种地形特征线有着822密切关系。因此，地形特征线是本文对黄土流域地貌系统研究的重要切入点。第一期第二期第五期第九期thefirstperiodthesecondperiodthefifthperiodtheninthperiod流域边界线watershededge沟沿线shoulderline图1模拟小流域发育过程中两线比

6、邻程度对比Fig.1Distancecontrastofthetwotwokindoflinesatdifferentdevelopmentstageofsimulatedwatershed在进行模拟黄土小流域侵蚀产沙实验时，发现如下现象：随着降雨过程的不断持续，侵蚀产沙量不断加剧，溯源侵蚀的结果导致沟谷面积不断扩大，沟沿线向流域边界线持续逼近，在沟头位置尤为剧烈。图1展示了9期模拟小流域中的四期内部两线邻近程度的对比。由图可以明显看出，随着地表径流侵蚀的不断持续，两线之间的平均距离迅速减少。在观察模拟实验现象的基础上，进行了大量的野外调查。结果发现，在黄

7、土高原地区的各种复杂地貌类型区域中，都存在着沟沿线向流域边界线不断邻近的现象,并且在黄土地貌从塬到残塬到梁再到峁的发育模式下，两线比邻程度逐渐加剧。图2展示了同一比例尺下两线的比邻程度。黄土塬区（淳化）loessyuan黄土残塬沟壑区（宜君）loesscanyuan823黄土梁状丘陵沟壑区（甘泉）loessliang黄土峁状丘陵沟壑区（绥德）loessmao沟沿线shoulderline流域边界线watershededge图2黄土地貌发育不同阶段典型样区两线比邻程度对比Fig.2Contrastofdistancebetweenshoulderlinean

8、dwatershededgeatdifferentdevelopm