基于DEM的黄土地貌继承性研究

发布时间：2020-11-11 14:33

　　 地貌继承性(Landform Inheritance)即为地貌在发育的进程中,不同时期地貌特征的承袭关系。黄土地貌继承性主要指黄土高原第三纪下伏古地形对黄土粉尘在堆积、侵蚀、搬运等过程中的控制与影响作用,特别是指黄土地貌形态特征对第三纪古地形的承袭关系。黄土地貌继承性的研究是揭示黄土地貌二百余万年来发育、演化机理的关键环节,也是黄土地貌研究的重要关注点。前人对黄土地貌继承性及相关问题进行了较多的研究,取得了一系列的重要研究成果,初步探讨了第三纪古地形对当今黄土地貌形成的控制作用。但是,目前对黄土地貌继承性的成因机理、影响程度及区域差异性等问题尚未形成共识。特别是,由于数据和方法的限制,研究工作仍处于基于样点考察的定性或半定量描述阶段,仍无有效方法构建区域性的黄土古地形模型；仍无法有效反映黄土粉尘在第三纪原始地形面上的堆积过程；仍无法有效澄清黄土古地形对现代侵蚀过程的控制与影响;仍无法有效揭示黄土地貌继承性具有怎样的区域差异性与表达的尺度差异性。对这些关键科学问题的探索与解决,可望对黄土地貌形成机理的认识带来突破性进展。数字高程模型(DEM)及基于DEM的数字地形分析,为在GIS平台下实现地表形态的定量描述与分析提供了新的思路与方法。但目前的DEM只是对地表形态的表达,如果能够建立第三纪黄土下伏古地形的数字高程模型,从而构建地表-地下一体化的双层的数字高程模型,就可望通过运用GIS复合分析等多种空间分析方法,有效揭示黄土地貌继承性研究中的科学问题,实现黄土地貌研究的理论突破与方法创新。本文首先系统分析了黄土地貌继承性的概念模型。其次,以高精度DEM、地质图以及钻孔物探资料为依据,重建了三种空间尺度的黄土堆积前原始地形面的数字高程模型,进而构建了地表地下一体化的“双层地形模型”(Dual-layer Terrain Model)。并据此模型,通过高程频率、高程散点相关矩阵、地形剖面图、面积高程积分、坡向变异特征、地形剖面比降及地形剖面凸凹度等方法与指标,分析现今地形与古地形的空间关系,获得在下伏古地形控制作用下,黄土堆积对地表起伏变化、地貌发育变化及黄土地貌空间分异格局的新认识。论文主要的研究内容和结论如下：(1)系统阐述了黄土地貌继承性的概念模型,明确提出与分析了黄土地貌继承性的基本概念、基本特征与影响因素,并从黄土的成因机理、双层地形空间结构关系、显著程度、继承方式、空间尺度以及地层连续性等角度对黄土地貌继承性进行了类型划分。黄土地貌继承性研究是时间-形态序列黄土地貌演化反演与再现、能够揭示区域内物质相对总量变化。该研究也是地形信息图谱的全新探索。(2)实现了基于地质图资料与大量野外实测钻孔物探资料相结合的多尺度下伏古地形重建。采用不同插值方法所构建的宏观尺度(黄土高原重点水土流失区,绥德图幅峁区,延川图幅墚区,淳化图幅塬区)下伏地形的结果对比显示,样条函数插值相对更适于整个重点水土流失区以及淳化塬区,不同插值方法对于黄土墚峁丘陵沟壑区的古地形重建影响较小；对于中观尺度(沿神木-米脂、绥德-延川、铜川-黄陵、延安-延水等高速公路周边区域)与微观尺度(榆林白家崖窑黄土峁、绥德瑶家湾黄土峁、绥德郝家桥黄土墚、延安丁庄黄土墚、铜川张家湾黄土塬、铜川马咀黄土塬等样区),采用地质图中的基岩露头点为基本样本数据,以高密度钻孔物探及EH4地质雷达数据为检验数据；得出通过插值方法所构建的下伏古地形模型,能够较准确、有效的重建下伏古地形。(3)所构建的黄土高原重点水土流失区下伏古地形,从总体上看,西北高、东南低,但仍呈相对平缓变化的准平原地形。与现今黄土丘陵沟壑区的千沟万壑的破碎地形形成较强烈反差。从局部上看,古地形起伏度相对较小、高差在50米左右,且顶部的高程基本上处于相近的海拔高程上,说明了黄土高原古地形所处的剥蚀晚期的准平原地势特征。(4)下伏古地形与现今地表数字高程模型所构成的双层地形模型,及一系列集定性、定量、定位为一体的多指标对比分析方法,是进行黄土地貌继承性研究的重要基础。所提出的高程频率统计变化、高程散点图相关矩阵、面积高程积分、坡向变异、剖面套绘、剖面比降与凸凹度等分析方法与指标,对于描述黄土地貌继承性特征具有较好的效果。(5)实验结果显示,当今黄土地貌对下伏古地形具有显著的继承关系。从重点水土流失区整体上看,黄土的堆积缓和了原始地形的起伏程度,并主要呈迎风坡堆积模式；从不同空间尺度、相同空间尺度不同地域来看,黄土地貌继承性在地形起伏变化、地形控制强弱、地貌发育程度变化等特征上存在显著的区域差异性；在小流域尺度,黄土的堆积一般加剧了原始地形的起伏程度。在现代侵蚀沟道发育过程中,绝大多数冲沟在相当程度上受原始古地形的影响,发育在原始地形的低洼处,而长度小于100米左右的切沟及层次更低的浅沟、细沟、纹沟,发育过程基本上不受原始地形的影响。该研究是基于国家基础地理数据及其它相关实测数据,以及GIS空间分析方法研究深层次地学问题的一次探索与实践。论文的创新之处：(1)系统阐述黄土地貌继承性基本概念、基本特征与影响因素,并从黄土的成因机理、双层地形空间结构关系、显著程度、继承方式、空间尺度以及地层连续性等角度对黄土地貌继承性进行了类型划分。(2)以多源数据、现代钻孔物探技术、GIS空间分析方法为基础,实现对黄土下伏古地形多尺度重建,并提出了基于双层地形模型进行黄土地貌继承性研究的新方法。(3)通过一系列定量指标,揭示了黄土地貌继承性在不同空间尺度上基本特征、区域差异性及对现代侵蚀沟道发育的影响。整个研究过程使我们深刻认识到,研究思路、方法、数据的突破,可带来对于黄土高原成因机理与地貌形态空间分异格局创新的认识。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P931.6;P208
【部分图文】：

１．城市２．黄±高原新构造运动分区线３．黄主高原界线??１－－鄂尔多斯稳定地块ＩＩ…晚西地区ＩＩＩ－－－汾谓新生代裂谷ＩＶ－－－银呼裂谷??本研究的研究区域位于黄±高原鄂尔多斯地台区（图２．１）。鄂尔多斯地台?ｊ??西部是Ｗ六盘山为界的陳西盆地，北临银呼裂谷的河套平原，东靠吕梁－太行?Ｉ??山脉，南依渭河阶地。本研究选择鄂尔多斯地台区域内的黄±高原重点水止流??失区域（区域内北部毛乌素沙漠地区除外）（图２．２），其研究范围依据黄王地??貌沟沿线分布特征的ｇｏｏｇｌｅ?ｅａｒｔｈ影像数据的目视解译、并参考黄河中游流域??±壤侵蚀分区图（黄秉维，１９５５）、黄±高原水王流失分区范围（黄河流域水±??保持图集）ＬＡ及中国１：１００万地貌图（周成虎，２００９）界定。研究区域内发育??了较为完整的第四纪黄止地层（更新世到全新世）。地貌类型黄止坂、黄±??躁、黄±拥地貌为主，中部分布有部分石质山地（黄龙上与子午岭）。地貌类??型呈现着显著的空间分异规律，从北向南，地貌类型从沙盖黄±押地貌（如神??木）过渡到黄王卵状丘陵沟壑地貌（如缓德）、再向南主要为梁状丘陵沟壑地??貌（如延安）

￡?１１４。Ｅ??图２．１黄王高原新构造运动及黄止地貌分区（改编自袁宝印等，２０１２）??１．城市２．黄±高原新构造运动分区线３．黄主高原界线??１－－鄂尔多斯稳定地块ＩＩ…晚西地区ＩＩＩ－－－汾谓新生代裂谷ＩＶ－－－银呼裂谷??本研究的研究区域位于黄±高原鄂尔多斯地台区（图２．１）。鄂尔多斯地台?ｊ??西部是Ｗ六盘山为界的陳西盆地，北临银呼裂谷的河套平原，东靠吕梁－太行?Ｉ??山脉，南依渭河阶地。本研究选择鄂尔多斯地台区域内的黄±高原重点水止流??失区域（区域内北部毛乌素沙漠地区除外）（图２．２），其研究范围依据黄王地??貌沟沿线分布特征的ｇｏｏｇｌｅ?ｅａｒｔｈ影像数据的目视解译、并参考黄河中游流域??±壤侵蚀分区图（黄秉维，１９５５）、黄±高原水王流失分区范围（黄河流域水±??保持图集）ＬＡ及中国１：１００万地貌图（周成虎，２００９）界定。研究区域内发育??了较为完整的第四纪黄止地层（更新世到全新世）。地貌类型黄止坂、黄±??躁、黄±拥地貌为主，中部分布有部分石质山地（黄龙上与子午岭）。地貌类??型呈现着显著的空间分异规律，从北向南，地貌类型从沙盖黄±押地貌（如神??木）过渡到黄王卵状丘陵沟壑地貌（如缓德）、再向南主要为梁状丘陵沟壑地??貌（如延安）

米脂、缓德－延川、延川－延安、铜川－黄陵等沿线高速公路段地质剖面Ｗ及布设的??地质雷达、物探剖面展开下伏地形构建、黄±地貌继承性科学规律讫释的精度验??证研充。图２．２展示了实验样区的空间分布情况，图２．３为典型样区地形晕渔特??征，表２．１，２．２，?２．３为实验样区的基本特征。??闕嗎闕??麵麵感Ｉ??（ａ）缓德?（ｂ）延川?（Ｃ）淳化??图２．?３典型地貌类型样区地形晕值图??表２．?Ｉ宏观尺度实验样区??地理坐标?实验样区地貌类型?基本自然状况??１０６。１０＇１９＂—ｍ°５６．２９＂Ｅ?？点＊黄±源、?区内是黄±高原的主体部分。海拔在??３４〇３０＇２２＂＾０°０３，２７＂Ｎ?±流失探、卵、石！〇〇〇－２５〇〇?ｍ之间，现代侵蚀过程强烈，沟道??区?质山地?侵蚀占据现代地貌发育过程的主导地位??１１〇〇１５Ｗ－－１１０°３０＇０〇－＇Ｅ?—?黄±扩日啜区内丘陵起伏，沟壑纵横，±壤侵蚀极为剧??３７°３０＇００＂—３７°４０＇００－－Ｎ?缓德状丘陵沟烈，海拔８１４－１１８８?ｍ，相对高差３７４?ｍ，地面??￣?壑区?平均坡度２９°。??１０９°４５?００＂?１１０°００＇００＂Ｅ?黄王梁骑区内相对切割深度１５０－２００?ｍ，坡面细沟、浅??－＇６°４０－００－－—３６°５０－００＇－Ｎ?延川状丘陵沟沟发育，面状、线状侵蚀剧烈，梁拥Ｗ下，??＾?壑区?冲沟、干沟和河沟深切。地面平均坡度约３１°。??ｉｎｘ°ｉｖｎｏ－?ｉｎｓ°＾ｎ＾ｎｎ＞Ｔ?苗，古惦劝黄±坂及残源为主要地貌类型，垢面地形平??＇淳化缓
【参考文献】

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本文编号：2879312