基于DEM的黄土高原流域面积高程积分谱系研究

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1、NanjingNormalUniversityADissertationsubmittedtoNormalUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofPh．D凰ResearchonWatershedHypsometricIntegralintheLoessPlateauBasedonDigitalElevationModelsCandidate：College：Supervisor：Speciality：ZhuShijieCollegeofGeographicalScienceProf．TangGuoanCartog

2、raphyandGIS学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。学位论文作者签名：云％?生日期：泸啄譬t乙乙学位论文使用授权声明研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属南京师范大学。学校有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以采用影印、复印等手段保存、汇编本学位论文。学校可以向国家有关机关或机构

3、送交论文的电子和纸质文档，允许论文被查阅和借阅。(保密论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密论文，密级：——保密期限为年。学位论文作者签名：彳．轧七曼日期：泸(々．岁，)l指导教师签名：、c≤≥砑熏；日期：≥／多夕·2乙资助项目：国家自然科学基金重点资助项目“基于DEM的黄土高原地貌形态空间格局研究”江苏省普通高校研究生科研创新计划‘噻于I)EM的黄土小流域地貌特征要素空间格局研究”(CXLX11_0876)摘要面积高程积分(HypsometricIntegral)是一种具有明确物理含义和地貌学意义的地形分析指标。作为一种宏观的地貌分析指标与方法，面积高程积分虽能定量地揭示

4、流域发育特征，但其分析的理论与方法体系亟待完善。特别是，虽然前人对部分流域的面积高程积分展开过分析讨论，但基于该指标与方法对于区域性的流域地貌发育及地貌空间格局的系统研究明显不足。本文首先系统地分析了面积高程积分的基本概念，对其特征属性、影响因素及分类体系进行深入探讨。在此基础上提出了流域面积高程积分谱系的概念模型、地学含义、组成要素及分析方法。基于数字地形分析及地学信息图谱方法，以黄土高原重点水土流失区，特别是其中多级典型流域为实验样区，以多尺度数字高程模型(DEM)为基本信息源，研究基于流域面积高程积分谱系分析黄土高原流域地貌形态的方法，获得了对黄土流域地貌及空间分异特征的新认识，得到了

5、基于流域面积高程积分谱系的黄土高原重点水土流失区地貌分区图。论文主要的研究内容和结论如下：1．在明确面积高程积分基本性质的基础上，提出了流域面积高程积分谱系的概念模型，特别围绕其衍生的各类分析方法，展开深入研究与分析。研究表明，流域面积高程积分谱系能够对原有面积高程积分的地形形态表达进行有效补充，通过系统地对流域内部各地形特征要素的面积高程积分表达，在相当程度上丰富了面积高程积分的理论体系与分析方法。2．在系统分析流域特征要素的基础上，构建了流域面积高程积分谱系的指标组合。实验结果显示，以不同的地形特征要素作为面积高程积分分析的地理对象所构建的一系列面积高程积分值和积分曲线，能够有效表达流域

6、整体与局部的地貌形态与发育特征；根据地形特征要素面积高程积分相关性的差异，所遴选出的“流域边界-沟沿线．主沟谷”和“流域．沟谷网络．主沟谷”两组参数，可作为分析流域基本形态特征与发育进程的基本分析指标。3．面向空间序列上典型的黄土小流域，分析了面积高程积分的尺度效应。从高程分级，DEM分辨率以及地域稳定面积三个方面分析发现：绘制积分曲线时采用100级高程分级既可满足精度要求，又能保证计算效率；DEM分辨率对面积高程积分的影响敏感性较弱，在不同分辨率条件下积分值基本保持稳定；黄土小流域面积超过10平方公里时，面积高程积分达到一定的相似性及地域稳定性。4．分别以空间序列典型样区小流域和时间序列模

7、拟小流域为分析对象，讨论了面积高程积分谱系的变化特征。研究表明，谱系中的各指标量值在黄土高原摘要地理空间上呈现有序分布；不同发育阶段的模拟小流域也显示，面积高程积分在时间上具有较好的地貌发育对应性。以黄土高原重点水土流失区作为研究区域，所构建的面积高程积分多指标系列地图，反映出黄土高原重点水土流失区中的大部分小流域虽尚处于地貌发育过程的壮年期，但仍呈现东西向及南北向在发育进程上的空间差异性。论文的创新点总结为