黄土高原勺状沟壑特征及发育过程

沟谷是黄土高原物质交换最频繁,形态变化最剧烈的区域。在内外营力的共同作用下,不同发育阶段的各类沟谷塑造了黄土高原"千沟万壑"的独特地貌景观。在黄土高原沟壑系统中,广泛分布着一类特殊的黄土勺状沟壑,目前对其成因、发育过程与机理以及空间分布特征等的认知明显不足。本文以高分辨率遥感影像和DEM数据作为数据源,在大量野外调查和专家知识的基础上,首先提出了黄土勺状沟壑的概念,指出黄土勺状沟壑是独立发育于黄土坡面上的永久性沟谷。其次,从沟壑形态、汇流关系、侵蚀过程、分布特征等方面分析了黄土勺状沟壑区别于其他已有沟壑的特点。进而,从发育形态、发育规模、发育部位等角度对黄土勺状沟壑进行了分类,深化了对勺状沟壑的认识。再次,基于空代时理论,定量分析了黄土勺状沟壑发育过程的形态演变特征,进一步探讨了黄土勺状沟壑发育过程,论证了黄土勺状沟壑是黄土切沟的初期阶段。最后,在系统梳理总结勺状沟壑的特征及分类的基础上,提出了黄土勺状沟壑的发育过程设想,指出勺状沟壑的形成离不开黄土陷穴和暗穴的生成和发育,勺状沟壑的进一步发育伴随着水力侵蚀和重力侵蚀过程。勺沟尾部变细甚至消失,不能发育成更大规模的切沟,与地下暗穴、黄土...     

基于势能信息熵的黄土小流域沟谷网络演化特征研究

沟谷网络是黄土高原流域地貌的重要侵蚀产沙区和最主要的产沙运移通道,深入了解沟谷网络的形成过程和演化特征,对黄土高原小流域的水土保持综合治理、生态恢复和流域地貌演化过程研究具有重要意义.然而,流域内部沟谷网络的发育演化过程与整个流域地貌演化过程的相互作用机制尚未得到有效揭示.该文基于室内人工降雨试验条件下获取的9期人工模拟黄土小流域DEM数据,提出一种表征流域地貌系统内部沟谷网络演化有序程度的方法,并利用小流域地貌系统的势能信息熵及其熵变规律对沟谷网络演化过程及其变化特征进行研究.结果表明:在该实验条件下,以侵蚀为主的均质黄土小流域在地貌发育的幼年期,势能信息熵呈不断减小态势,沟谷网络有序性不断增强,在幼年期末达到最高;进入壮年期后,势能信息熵呈缓慢增加态势,沟谷网络有序性受到一定程度破坏,演化特征与该系统势能信息熵的熵变特征及流域地貌侵蚀发育阶段高度一致,流域地貌的势能信息熵和沟谷网络有序演化特征能有效指示流域地貌的侵蚀发育阶段.     

基于ANN-CA模型的黄土小流域正负地形演化模拟

黄土高原正负地形的不同组合特征反映了黄土地貌的发育程度,黄土小流域正负地形的演化则是黄土高原地貌形态发育的缩影。该文采用地理元胞自动机的建模方法,对室内黄土小流域正负地形的演化过程进行建模与模拟。实验通过多次训练神经网络,自动获取转换规则,简化了构建元胞自动机模型的难度,同时,模拟的结果总精度达88.5%。研究表明,该方法可以反映黄土小流域正负地形演化过程中其沟谷扩张、沟头向前以及黄土陷穴的发育特点,对黄土高原地貌发育研究具有重要意义和可鉴性。     

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。     

川中丘陵沟谷负地貌的初步研究

川中丘陵是丘陵错综起伏、沟谷纵横交错的地区。作者以这个地区的五个沟道小流域为基础,探讨了沟谷地貌的几个问题。运用数理统计的方法,揭示了川中丘陵区沟谷系的分布方向具有系统性特征;受外营力和共它随机因素影响,在分布方向上又具有随机性特征。在沟道数目、沟道比降,主沟长度和流域面积与级别之间又有着良好的几何级数关系,在结构分析的基基上,本文提出沟道上凹度、平均落差此,以及河源面积率可以作为确定沟谷系统演化阶段的定量指标。利用野外调查和形态测量资料,将川中丘陵区的沟谷划分为浅沟、切沟、冲沟、冲谷和溪谷五类,从形态数量特征揭示了沟谷发育过程的连续性和阶段性特征,并建立了沟谷演变过程的数学模型。四川盆地成为外流盆地以来,地壳运动和气候波动在该区引起了数次侵蚀旋回,产生了七期沟谷系统。沟谷和丘体的形态之间存在着高度相关,达种相关性既是沟谷、丘体地貌长期演化的结果,又是地貌形态和动力过程相互平衡的结果。运用聚类分析,认为相对高度20米、60米和100米作为划分丘陵类型的数量指标比较适宜。此外,对川中丘陵区侵蚀,搬运的基本特征以及影响流域侵蚀的诸因素作了讨论,确定了引起流域加速侵蚀的主导因素。最后,利用几个小流域的泥沙资料,建立了侵蚀模型。     

沟沿线约束的黄土水蚀性沟谷提取

黄土沟谷是黄土地貌发育演化研究的重要切入点,可分为继承性与水蚀性两种类型。其中,水蚀性沟谷是构建区域性地表过程模型的重要参数。然而,利用现有的基于数字高程模型(DEM)水文分析方法,无法准确识别水蚀性沟谷。基于黄土坡面流线转折特征,系统性提出一套利用沟沿线约束的黄土水蚀性沟谷识别方法。在宁夏回族自治区固原市刘家沟流域实验结果表明:该方法可准确区分两种类型沟谷;提取的水蚀性沟谷在偏移距离与沟谷密度指标方面,与目视解译结果对比,精度分别为84.01%,96.98%。     

沟道流域坡面与沟谷侵蚀演化关系——以晋西王家沟小流域为例

以往坡、沟侵蚀关系研究主要限于水沙关系的探讨 ,有关原型尺度小流域坡、沟地貌侵蚀演化关系的定量研究甚少 ,尤其是坡、沟地貌特征对流域切割程度的综合影响与交互作用的定量研究尚属空白。本文在 3S技术支持下 ,根据晋西王家沟小流域 196 7年 1∶5 0 0 0正摄影像图 (DOM )、高程数字化模型 (DEM )和同期、同比例尺地形图 ,利用正交多项式回归分析方法 ,定量分析了坡、沟地貌特征对流域切割程度的影响与交互作用。研究表明 ,沟谷地在流域地貌演化及地表切割程度中起主导作用 ,在沟间地面积相同时 ,沟谷地面积约为0 1km2 是影响流域切割裂度侵蚀演化强度最大的区域 ,流域面积愈小影响流域地表破碎的程度最大。其沟道流域坡、沟地貌演化机制可用坡、沟水流动能的地貌指标的综合影响与交互作用来解释     

黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究北大核心CSCD

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。     

黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。     

黄土丘陵地貌形成模式与地貌演变

通过对陕西北部典型黄土丘陵区地貌调查,提出了黄土丘陵地貌形成模式,并对地貌演变进行了探讨。黄土高原原生黄土丘陵分布广泛,主要在下伏古丘陵基础上由黄土加积而成;次生黄土丘陵是黄土塬、黄土台塬等经沟谷侵蚀、改造而成。黄土丘陵区河流阶地和沟谷层状地貌反映了河流、沟谷的形成与演变。黄河一级支流形成于早更新世末;早中更新世末、晚中更新世初黄河一级支流和较大的二级支流形成了较完整的水系;中更新世末如韭园沟等较大的沟谷形成;晚更新世末河网、沟谷格局与现在已基本一致;尚未切入基岩的冲沟多形成于全新世;长度百米至数十米的切沟多是历史时期或近几十年来形成的。     

基于EEMD-瞬时频率变换的黄土高原典型地貌沟蚀活跃区识别研究

黄土沟谷是黄土高原物质和能量交换最频繁、形态和形状变化最剧烈的区域.黄土沟沿线作为沟蚀的重要地形特征线,是研究黄土沟蚀特征的重要切入点.该文以黄土峁区(窑家湾)、黄土梁区(安塞)和黄土塬区(长武)3个典型小流域为研究样区,以低空摄影测量生成的1 m分辨率DEM为实验数据,采用集合经验模态分解(EEMD)-瞬时频率变换方法分析各样区黄土沟沿线地形剖面的变化特征.结果表明,黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形剖面变化特征差异明显,各样区的沟蚀活跃区多分布于沟头,沟蚀方式以沟头的溯源侵蚀最为活跃,反映了黄土高原地貌的发育进程和沟蚀活跃性,3个样区中黄土梁区(安塞)的沟蚀和沟谷发育最活跃,与实地调查结果一致.     

陕北洛川塬黄土崩滑及谷坡扩展模式

陕北洛川黄土塬是水土流失严重的地区。通过野外调查发现黄土崩滑作用是造成该区水土流失的主要之一，发育于黄土塬-沟谷过渡地带。该区黄土崩滑首次被划分为单面崩滑及栅格崩滑两种基本类型。黄土单面崩滑主要分布于冲沟、切沟地貌环境，而栅格崩滑主要分布于级别较高的沟道之中，活跃于区域Ⅲ、Ⅳ级沟道，显示出黄土崩滑与区域水文网之间的对应关系。根据地貌景观和沟谷几何特征第一次提出洛川黄土塬河道谷坡以陡倾加宽和鱼鳞状后退扩展为模式。黄土崩滑是蚕塬的重要方式，在水土保持过程中，就加强不同类型崩滑的针对性研究、预报和防护治理，促进水保效益的提高。     

陕北黄土高原水蚀沟谷多维度侵蚀特征量化研究

沟谷地是黄土高原地貌形态特征变化最明显的区域,其发育对整个黄土高原地貌发育具有重要的控制性作用。论文基于5 m分辨率的DEM数据,在陕北黄土高原遴选包含15种地貌类型的42个样区,以沟谷密度、水平逼近度与切割深度作为纵向、横向与垂向3个维度的代表因子,分析了沟谷的多维发育进程、特征、空间分异及影响因素。研究结果显示：陕北黄土高原南北方向上沟谷发育呈现由溯源侵蚀主导转向横向溯源侵蚀主导、溯源下切侵蚀主导到横向溯源侵蚀主导,54.8%的样区各维度对整体发育进程的影响程度相近,且86.4%处于陕北黄土高原中部地区,即中部地区多维度发育均衡,南北两端以溯源侵蚀与横向侵蚀为主。结合面积—高程积分分析发现沟谷发育可划分为3个阶段：发育初期以溯源侵蚀为主,带动下切侵蚀伴有横向侵蚀;发育中期以溯源侵蚀为主,伴有持续性横向侵蚀与较强下切侵蚀;发育晚期以横向侵蚀为主,伴有一定程度的溯源侵蚀与轻微下切侵蚀。黄土厚度对沟谷系统垂向下切侵蚀的影响最大(Cv=0.164),土地利用类型对沟谷系统横向侵蚀的影响较大(Cv=0.0681),林地对于维护各个维度的抗侵蚀能力最强,生长茂密的草地和灌木林及作物次之,生长稀疏的牧草和作物较差。     

基于DEM的黄土沟谷横剖面形态特征研究——以宜君、延安、绥德为例

选用1:10 000高精度5.0 m分辨率的DEM数据,在陕北地区,按黄土地貌演化序列次序,遴选分别代表黄土残塬沟壑、梁状丘陵沟壑、峁状丘陵沟壑地貌的宜君、延安、绥德3个流域,研究其中1 831个沟谷横剖面19个因子的形态特征,利用主成分分析法确立核心因子,分析结果表明:①沟谷深度、宽度、横剖面面积、宽深比、侵蚀度与不对称性指标的主成分累积贡献率为95.02%,为黄土沟谷横剖面核心指标;②随级别的增加,3个流域沟谷宽度、横剖面积、宽深比、侵蚀度均呈现总体增加的态势,与黄土地貌发育阶段具有明显的空间耦合性,尤其是宽深比与侵蚀度指标,反映出低级别黄土沟谷溯源侵蚀现象明显,以下切侵蚀为主,而高级别沟谷沟沿线后移,以侧向侵蚀拓宽为主的规律;③随级别增加沟谷深度呈现先增后降的态势,并在中级别沟谷出现拐点,与实地调研发现沟谷在中级别下切侵蚀遇到基岩的现象相吻合。     

顾及地貌结构特征的黄土沟头提取及分析

沟头是黄土地貌中发育最活跃的地貌部位,沟头的个体与群体对黄土沟间地的蚕食,成为监测黄土高原地面侵蚀演化的重要标识。有效获取并分析沟头的空间分布特征,对于系统、深入地研究黄土地貌的空间形态结构具有重要的意义。以陕北黄土高原典型地貌类型区为实验样区,设计并实现了基于5 m分辨率DEM的沟头提取算法,获取了各实验样区的沟头空间信息;运用点格局分析方法,分析了沟头的空间分布特征。实验结果显示,所提出顾及沟沿线的沟头自动提取方法,具有较好的合理性与精确性;同时,从黄土塬区、黄土残塬区到黄土丘陵沟壑区,随着沟壑发育程度的增强,沟头逐步逼近分水线,其空间分布呈现“远分水线聚集—随机—近分水线聚集”的变化格局。     

历史时期周原地貌演变与土壤侵蚀

文章以渭北黄土台塬西部周原七星河流域为研究对象，采用实地考察、考古、历史文献等多种方法定量地研究了仰韶文化以来周原地貌演变与土壤侵蚀的过程和规律。通过恢复历史时期周原地貌演变过程得出周原地貌演变主要表现为沟谷的形成和发展，七星河流域沟谷密度从仰韶、龙山文化时期的0.1646km/km^2，增加到目前的0.7045km/km^2，西汉以来沟谷的下切速率为1.08m/100a。历史时期周原土壤侵蚀过程一直存在，且沟谷发育和土壤侵蚀呈加剧态势，沟谷密度、土壤侵蚀模数分别增加了76.64%、41.36%。金以后的元、明、清时期和二十世纪前半叶是周原沟谷发育、土壤侵蚀发展最快的时期，数量众多的切沟、冲沟主要形成于金以后至今770多年里，造成这一结果的主要原因是植被的人为破坏。     

黄土丘陵区沟谷发育及其稳定性评价

本研究选择黄土高原北部丘陵区无定河两个支流米脂河,金鸡河,在对其流域系统河道级数,冲沟和坳沟发育时期进行划分与判断的基础上,计算了各级沟谷及坳沟的“宽深比”,并对其进行了对比分析。研究表明黄土沟谷发育中冲沟发育阶段是沟谷稳定性最差的阶段,而坳沟阶段是沟谷发展的稳定阶段,稳定性的差异可由沟谷Ｗ／Ｄ值来定量化,据此可预测黄土丘陵区尚有数十万年的沟谷不稳定时期即强水土流失期。     

黄土地貌沟沿线类型划分

沟沿线是黄土高原地区地貌类型、土地类型及土地利用类型划分的基本分界线。在提出了沟沿线划分的基本原则的基础上,根据沟沿线的成因、空间分布、形态、数量、显著性、发展速度、扩展方式的差异为基本依据,充分研究黄土高原侵蚀机理与过程,结合大量的遥感判读与野外工作,提出了黄土地貌沟沿线类型划分体系。并进一步分析在黄土地貌水蚀沟谷不同发育阶段中沟沿线类型的变异,其结果也进一步体现出沟沿线发育的特点以及与黄土地貌沟谷发育的密切联系。     

泥河湾保护区地貌特征与地质灾害

根据泥河湾保护区实地调查,黄土台地、黄土沟梁和河谷地貌是发育在“泥河湾层”及其覆地层上的主要地貌类型,其形态特征和形态测量反映了该区流水地貌的现代演化特征。伴随流水地质作用与地貌演化发生的水土流失、泥石流、崩塌和地面塌陷等地质灾害危及保护区的地层剖面。笔者认为该区域地质灾害是多种致灾因素造成的,其中的主导因素是气候、植被和人为因素,通过控制植被因素可以改变目前的地质环境状况。     

基于DEM的沟谷网络节点水流累积量研究

以陕西省境内黄土高原丘陵沟壑区绥德县韭园沟、延川和宜君三个典型地貌区作为实验样区,基于栅格数字高程模型(Digital Elevation Mode,DEM)沟谷网络自动提取技术以及沟谷网络节点及其自动提取技术,得到了各样区沟谷网络节点,从地貌形态学,沟谷成因学以及水文学原理出发,对不同级别沟谷网络节点水流累积属性进行了深入分析,结合数理统计方法获得了同一沟谷系统不同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律,不同地貌类型样区沟谷系统相同分辨率节点水流累积量均值分级统计规律。该数理统计结论能够有效解释黄土高原丘陵沟壑区各级沟谷系统的形成机理及其空间分异规律,同时能够合理地说明沟谷系统发育与地表侵蚀、切割强度之间的相互关系。因此,本研究对整个黄土高原丘陵沟壑区地表形态的研究具有重要的参考意义。