贵州喀斯特水文地貌模型及其应用初步研究

借鉴常态流域地貌数学模型的思想方法,在贵州喀斯特开放流域中建立水文地貌数学模型,以研究亚热带剥蚀区喀斯特地貌的水文形态结构及其建造过程,并应用于分析贵州一些特殊的喀斯特水文地貌现象。     

喀斯特小流域分布式土壤侵蚀估算模型

为了准确估算喀斯特小流域土壤侵蚀量,根据喀斯特山区小流域复杂地貌特征、径流与侵蚀产沙在垂直方向上的差异性,以栅格DEM为基础,建立了由水文模块和侵蚀模块组成的喀斯特小流域分布式土壤侵蚀模型.其中水文模块选取了改进的喀斯特流域SCS产流模型进行产流量计算,改进的喀斯特流域DHSVM汇流模型进行小裂隙渗流、大裂隙以及管道(地下暗河)流汇流计算.侵蚀模块考虑侵蚀产沙在垂直方向上侵蚀特征的差异性,在典型区域野外调查的基础上,设计室内模拟试验,并对试验数据进行多元线性回归、逐步回归和多元非线性回归分析,建立不同坡度条件下土壤侵蚀模数的多因子模型(非线性回归模型达到极显著或非常显著水平,0.692＜R2＜0.988)进行产沙量计算,并运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算.该模型与GIS结合可实现对土壤侵蚀的时空分布过程进行模拟,为加深对该区域土壤侵蚀过程及模型研究提供参考.     

基于GIS和RS的喀斯特流域SCS产流模型应用

参数λ是SCS产流模型的一个重要参数,模型研究者将标准值λ=0.2作为模型的参数值。但模型参数没有考虑地貌类型对产流的影响,喀斯特地区不同地貌类型下地表坡度、土层厚度、地层岩性、基岩裂隙的发育程度等方面均存在很大差别,而这些因素都直接影响着流域的产流机制。在考虑地貌类型对喀斯特流域产流影响的基础上,通过率定不同地貌类型下的λ值对SCS模型进行改进。以GIS和RS技术作为获取流域地貌类型、土壤类型和土地利用方式等空间信息的主要手段,运用实测降雨径流资料对参数λ进行率定。由于喀斯特地区很少存在具有单一地貌的流域,仅靠实测数据很难确定各地貌类型的λ值,本文尝试通过对地貌结构与λ值关系的分析确定适合喀斯特流域的参数λ,从而建立起喀斯特流域SCS产流模型。模型在贵州平湖流域的应用结果表明,建立的喀斯特流域SCS产流模型的模拟精度较SCS产流模型有了很大提高,说明建立的喀斯特流域SCS产流模型比较合理,可以应用于喀斯特典型流域。     

基于ASTER GDEM数据喀斯特区域地貌类型划分与分析

以30 m分辨率ASTER GDEM数据为基础,通过GIS空间分析和非监督分类的方法进行地貌基本类型的自动划分。研究结果表明:①ASTERGDEM数据能够满足1∶10万比例尺下喀斯特区域的地表形态表达;②以流域为单位提取地形因子符合地貌发育的基本规律,提取的地形因子能客观的反应地表真实形态;③采用非监督分类法能够有效的实现1∶10万比例尺下地貌基本形态的定量化、自动化分类。     

喀斯特流域水系分形, 熵及其地貌意义

把分形理论和熵有机地结合起来，系统地研究了喀斯特流域和非喀斯特流域的干谷水系、常流水系和地下水系的分形结构及其熵的地貌意义，初步揭示了流域水系的形成与地貌发育演化之间的关系，认为仅利用水系的分维值来分析地貌演化是不够的，还应考虑流域水系的熵值变化．     

模拟流域地貌发育过程的空间数据获取与分析

运用数字摄影测量与GIS技术对人工模拟降雨条件下小流域模型地貌发育过程进行了动态监测研究,获得了小流域模型不同发育阶段地貌形态高精度、高分辨率的DEM数据、等高线、纵横剖面等数据,计算出了流域模型各种地貌形态参数,并利用GIS技术进行流域发育过程的空间形态进行了可视化和空间分析.研究表明,数字摄影测量与GIS技术可准确快速获取流域地貌形态的相关参数及小流域土壤侵蚀的空间定量分布,对于黄土高原小流域降雨侵蚀产沙过程与地貌形态特征定量作用关系研究及小流域土壤侵蚀预报模型建立具有重要科学意义.     

喀斯特峰林峰丛地貌形态表达研究综述

峰林峰丛是形态最典型、特征最突出的喀斯特地貌,而喀斯特形态研究是喀斯特研究的基础。该文根据国内外相关文献资料,在全面梳理峰林峰丛地貌的概念内涵、形态特征、中西方不同表述的基础上,归纳总结了峰林峰丛地貌形态研究的发展历程。喀斯特峰林峰丛地貌形态研究经历了从定性描述到定量分析,从简单的数理统计、形态量计到分形分析,以及随多源、高分辨率数据的获取而发展起来的基于DEM和GIS空间分析技术进行精确定量分析等几个重要阶段。在分析总结上述峰林峰丛地貌形态研究过程及技术手段的基础上,指出现有的形态定量研究方法中存在的不足之处,对喀斯特峰林峰丛形态研究的前景做出展望,并提出峰林峰丛地貌形态研究的发展方向和亟待解决的关键问题。     

喀斯特流域地貌类型对枯水径流的影响——以贵州省河流为例

影响流域的枯水径流及其变差系数的因素很多 ,如气候、岩性、地貌、植被、土壤等。本文借助于GIS软件和SPSS统计软件 ,对喀斯特流域地貌类型进行划分和数字化 ,并通过聚类分析把各流域按地貌类型的差异进行归类 ,研究不同地貌类型及其空间配置的差异与枯水径流特征值之间的相互关系 ,从而揭示地貌类型的差异对流域枯水的影响。     

贵州省建立普定喀斯特综合试验研究站

贵州省科学技术委员会采纳了国内喀斯特专家的建议,决定建立普定喀斯特综合试验研究站。并于1986年10月18日至23日,就该站“七五”期间开展普定喀特斯水资源与小流域综合治理模式研究邀请有关单位的喀斯特专家举行了论证会。会议确认近期的研究重点应是通过水文地质条件、裂隙流与管道流的关系,以研究喀斯特含水介质的结构类型。通过水文、水化学、降水等的长期观测和现场模拟试验,建立水资源模式和水质模式,研究喀斯特地区的降水、地表水和地下水相互转化关系。通过地形、气象、植被、水土保持等研究,摸索出喀斯特山区综合治理的有效途径。     

基于地理探测器的喀斯特不同地貌形态类型区土壤侵蚀定量归因

土壤侵蚀形成机制与影响因素识别是当前研究的核心与前沿议题,然而从多因素综合作用的角度进行定量归因仍需加强。以喀斯特典型峰丛洼地流域为研究区,基于GIS手段和RUSLE模型模拟土壤侵蚀,综合土地利用、坡度、降雨、高程、岩性、植被覆盖度等影响因子,应用地理探测器方法针对喀斯特不同地貌形态类型区进行土壤侵蚀的定量归因研究。结果表明,各影响因子对土壤侵蚀的解释力及因子间耦合作用程度在不同地貌形态类型区差异显著,其中土地利用和坡度是决定土壤侵蚀空间异质的主导因子,但在山地丘陵区,随着地形起伏度的升高,坡度的控制作用下降,即地理探测器q值表现为中海拔丘陵>小起伏中山>中起伏中山;生态探测器显示土地利用对土壤侵蚀的影响相比于其他因子有显著差异;双因子交互作用有助于增强对土壤侵蚀的解释力,土地利用与坡度的协同作用对土壤侵蚀的解释力达到70%以上;对于土壤侵蚀空间分布的差异性检验,风险探测器显示在小起伏中山、中起伏中山等地貌形态类型中,具有显著差异的影响因子分层组合数占比至少55%。因而,喀斯特地区土壤侵蚀的治理应综合考虑不同地貌形态类型区土壤侵蚀影响机制的空间异质性。     

喀斯特的作用分类

对于喀斯特形态,可以根据它们在水文系统中的位置以及作用将其进行分类。这种分类可以概括如下: Ⅰ地表形态地表形态是由于局部降雨、降雪、凝结和迳流水的作用所形成的显见于基岩表面的溶蚀形态,它们的水流(地表的和地下的)的最终流路没有关系。目前,对暴露于石灰岩     

喀斯特山地流域边界多层次提取的径流树模型

流域边界的确定是进行山地区域脆弱生态环境信息分析、评价及资源合理配置的重要基础,但提取过程中往往存在流域空间单元图斑破碎、流域空间粒度单一的不足。研究考虑了喀斯特山地的地表环境条件特殊性,综合数字水文地形模型在喀斯特流域边界提取的优势,提出了喀斯特山地流域边界多层次提取的径流树模型。方法基于坡面径流模拟算法对单一径流和集水区的准确划分,构建空间径流树模型,并以径流末端或出水口作为搜索终止条件,搜索判断所有径流的空间相交关系以控制不同层次的流域集水区合并,算法时间复杂度为O(nlogn)。最后,实验验证运用算法对珠江源头流域进行了四个层次的流域提取处理,提取得到的不同层次细节的流域界线,并与综合云南省流域分布图、等高线和人工实测的流域界线相吻合。     

中国喀斯特天坑研究起源、进展与展望

喀斯特天坑是20世纪末首先在中国南方峰丛和峰林喀斯特地区中发现的一种特殊且宏大的地表负地形,由于具有独特的科学价值和旅游价值,自被发现以来便引起了国内外地貌学者和地质学者的高度关注。对于喀斯特天坑(tiankeng)能否显著区别于其它普通漏斗,而成为一种独立的喀斯特地貌类型,国内外学者已从形态学、成因学、演化发生学等方面进行了深入探究,但仍未取得完全共识。国内外学者在其分类、形成与演化机制、发育条件、地质年代判定、岩溶生态环境等一系列问题上,也进行了较深入的探讨与激烈的争论。同时,对于喀斯特天坑价值的讨论以及开发与保护方面的研究也正引起国内外学者越来越多的关注。为此,论文围绕中国喀斯特天坑的研究阶段、研究进展、价值和开发与保护等主要议题进行了系统性的梳理与评述,进而提出中国喀斯特天坑当前研究中存在的问题和未来的研究方向。     

黄河中游流域地貌形态对流域产沙量的影响

在黄河中游地区 ,选择了 5 0多个面积约 5 0 0～ 2 5 0 0平方公里的水文测站流域 ,分别代表 6种不同自然地理类型 ,在流域沟壑密度、沟间地坡度小于 15°面积百分比等地貌形态指标量计的基础上 ,进行了流域产沙量与地貌形态指标相关分析。结果表明 ,对于不同类型流域 ,流域产沙量随流域地貌的变化遵循不同的响应规律 ,而且视流域其它下垫面环境条件的均一程度 ,其相关程度和响应速率各不相同。受地面物质、植被、地貌发育阶段等流域其它下垫面环境条件的制约 ,除沟壑密度外 ,流域产沙量与流域地貌形态的关系都没有人们以前所预期的好。     

公路网系对喀斯特流域水系结构的影响

为了定量评价公路对地表水文过程的影响,选择典型喀斯特流域,在GIS水文分析功能支持下探讨了公路网系对流域水系结构的改变。研究表明:公路代表的人类强烈扰动集中分布在水系两侧1 km范围内。叠加路网之后流域内三级以下的低级水系数量和总长度显著增加,主河道分枝能力和流域平均分枝比增大,说明路网将增大河道行洪压力,同时减弱喀斯特流域的溶蚀作用而增强流水侵蚀作用。对子流域单元的统计分析表明,路面产流强度与子流域水系长度增加量之间存在较好的线性关系。在空间上,路网增加的水系在流域出口附近的集中程度较高。公路影响抑制喀斯特地下水系的径流调蓄作用,可能导致洪水期河流洪峰提前并增大洪峰流量,从而加剧洪灾风险。     

在斯洛文尼亚考察喀斯特

作为地理学名词“Ｋａｒｓｔ”一词的诞生地，斯洛文尼亚是世界上喀斯特分布面积最广、最早开展喀斯特与洞穴研究的国家之一。本文通过对斯洛文尼亚的喀斯特与洞穴实地考察，介绍了该国不同类型和成因的喀斯特地貌和洞穴，和久负盛名的旅游洞穴的开发与管理经验，以及该国在喀斯特与洞穴的研究水平、机构组织。作者并认为，尽管从国土面积、人口来看，斯洛文尼亚与中国相比是一个小国家，但其喀斯特分布面积所占国土面积的比例（４４     

西南喀斯特山区三水转化与水资源过程及合理利用

中国西南喀斯特山区由于地质背景和地貌结构的特殊性,致使三水转化与水资源形成过程不同于非喀斯特山区。文章探讨该区三水转化机理、水资源补给方式和形成过程,得出喀斯特流域对于相同或相似降雨过程的响应,不同的流域结构决定了补给方式、三水转化、径流调蓄和输移特征。提出喀斯特山区水资源合理利用模式应按照因地制宜、因土制宜、因水制宜及因需制宜原则,采用以小微型为主的水资源开发利用模式,实施分散拦蓄、分散供水,以化整为零方式解决喀斯特山区的整体性干旱缺水。     

基于势能信息熵的黄土小流域地貌演化特征

黄土高原流域地貌系统的地貌演化特征十分复杂,尚有诸多科学问题有待进一步深入研究。以往研究大多集中在流域地貌演化的侵蚀和发育特征等某一方面,缺乏从流域地貌系统及其势能信息熵的视角深入剖析野外多岩土层黄土小流域地貌演化特征的研究。为此,基于系统论的观点和方法,构建多岩土层黄土小流域地貌系统及其势能信息熵的数学模型,并以辛店沟小流域为例,对其地貌演化特征进行研究。结果表明：（1）构建的野外多岩土层黄土小流域地貌系统的概念模型及其势能信息熵的数学模型能够有效对辛店沟小流域进行数值模拟。（2）以黄土侵蚀作用为主的辛店沟小流域从2000—2019年的地貌演化过程是其势能信息熵的熵减过程和黄土地貌不断侵蚀的过程。（3）辛店沟小流域的势能信息熵能较好地反映该小流域的地貌演化阶段和地貌侵蚀过程。     

广西环江锥状峰丛喀斯特景观演化机制

广西环江喀斯特世界自然遗产提名地是贵州荔波喀斯特世界自然遗产地的拓展地。环江喀斯特地貌发育演化受岩性、地质构造、断层、节理、裂隙和地下水文系统等因素影响。岩层由纯度较高的石灰岩和白云岩等可溶性碳酸盐岩构成,地壳运动使该地抬升,岩层受力发生褶皱并隆起断裂,断层节理发育;降雨、较高的温度以及地表-地下水对可溶性岩石进行侵蚀-溶蚀作用,使侵蚀基准面下降,河流下切,地表因长时间受剥蚀和溶蚀,地貌演化由幼年期经青年期进入壮年晚期。发育成峰丛谷地、洼地、峡谷及峰林洼地、谷地、盆地和多层洞穴等为主的形态多样的锥状喀斯特地貌景观。环江喀斯特自寒武纪以来经历了形成山间盆地和石炭系巨厚碳酸盐岩的沉积成岩阶段及喀斯特化作用,地貌发育演化经过3个主要阶段,即褶皱断块山地―盆地形成阶段、喀斯特峰丛―峰林发育阶段和喀斯特峡谷形成阶段。演化模式遵循峰丛洼地→峰丛谷地→峰丛峡谷→峰林洼地→峰林谷地地有序正向演替规律。揭示了热带-亚热带锥状喀斯特地貌发育主要阶段及演化过程。     

锥峰和塔峰溶丘地貌的表层喀斯特带径流溶蚀形成机制

塔峰、锥峰和常态山是西南喀斯特地区的三种主要丘陵形态.表层喀斯特带径流溶蚀动力学机制可以较好的解释喀斯特坡地发育.表层喀斯特带的顺坡径流量大的喀斯特地区,坡地溶蚀速率高,易于塔峰和锥峰地貌的形成,反之,易于常态山地貌的形成.降水、岩层组构等环境要素控制了表层喀斯特带的顺坡径流量.西南喀斯特地区的这三种溶丘的空间分布和这些环境要素的区域差异有关.滇东高原、贵州高原和广西丘陵平原的岩性和大地构造条件差异不大,气候是这三地溶丘地貌形态差异的主要原因:滇东高原为西南季风气候区,降水量较低,表层喀斯特带顺坡径流量小,溶丘地貌以常态山为主;其余两地为东亚季风气候区,降水量较高,表层喀斯特带顺坡径流量大,溶丘地貌以锥峰和塔峰为主,其中,广西丘陵平原的降水量大于贵州高原,前者溶丘地貌以塔峰为主,后者以锥峰为主.