基于DEM的黃土地貌繼承性研究.pdf

1、地貌繼承性(Landform Inheritance)即為地貌在發(fā)育的進程中，不同時期地貌特征的承襲關(guān)系。黃土地貌繼承性主要指黃土高原第三紀下伏古地形對黃土粉塵在堆積、侵蝕、搬運等過程中的控制與影響作用，特別是指黃土地貌形態(tài)特征對第三紀古地形的承襲關(guān)系。黃土地貌繼承性的研究是揭示黃土地貌二百余萬年來發(fā)育、演化機理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是黃土地貌研究的重要關(guān)注點。前人對黃土地貌繼承性及相關(guān)問題進行了較多的研究，取得了一系列的重要研究成果，初步探討

2、了第三紀古地形對當今黃土地貌形成的控制作用。但是，目前對黃土地貌繼承性的成因機理、影響程度及區(qū)域差異性等問題尚未形成共識。特別是，由于數(shù)據(jù)和方法的限制，研究工作仍處于基于樣點考察的定性或半定量描述階段，仍無有效方法構(gòu)建區(qū)域性的黃土古地形模型;仍無法有效反映黃土粉塵在第三紀原始地形面上的堆積過程;仍無法有效澄清黃土古地形對現(xiàn)代侵蝕過程的控制與影響;仍無法有效揭示黃土地貌繼承性具有怎樣的區(qū)域差異性與表達的尺度差異性。對這些關(guān)鍵科學問題的探索

3、與解決，可望對黃土地貌形成機理的認識帶來突破性進展。
　　數(shù)字高程模型(DEM)及基于DEM的數(shù)字地形分析，為在GIS平臺下實現(xiàn)地表形態(tài)的定量描述與分析提供了新的思路與方法。但目前的DEM只是對地表形態(tài)的表達，如果能夠建立第三紀黃土下伏古地形的數(shù)字高程模型，從而構(gòu)建地表-地下一體化的雙層的數(shù)字高程模型，就可望通過運用GIS復(fù)合分析等多種空間分析方法，有效揭示黃土地貌繼承性研究中的科學問題，實現(xiàn)黃土地貌研究的理論突破與方法創(chuàng)新。

4、r>　　本文首先系統(tǒng)分析了黃土地貌繼承性的概念模型。其次，以高精度DEM、地質(zhì)圖以及鉆孔物探資料為依據(jù)，重建了三種空間尺度的黃土堆積前原始地形面的數(shù)字高程模型，進而構(gòu)建了地表地下一體化的“雙層地形模型”(Dual-layerTerrain Model)。并據(jù)此模型，通過高程頻率、高程散點相關(guān)矩陣、地形剖面圖、面積高程積分、坡向變異特征、地形剖面比降及地形剖面凸凹度等方法與指標，分析現(xiàn)今地形與古地形的空間關(guān)系，獲得在下伏古地形控制作用下，

5、黃土堆積對地表起伏變化、地貌發(fā)育變化及黃土地貌空間分異格局的新認識。論文主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)系統(tǒng)闡述了黃土地貌繼承性的概念模型，明確提出與分析了黃土地貌繼承性的基本概念、基本特征與影響因素，并從黃土的成因機理、雙層地形空間結(jié)構(gòu)關(guān)系、顯著程度、繼承方式、空間尺度以及地層連續(xù)性等角度對黃土地貌繼承性進行了類型劃分。黃土地貌繼承性研究是時間-形態(tài)序列黃土地貌演化反演與再現(xiàn)、能夠揭示區(qū)域內(nèi)物質(zhì)相對總量變化。該研究也是地形

6、信息圖譜的全新探索。
　　(2)實現(xiàn)了基于地質(zhì)圖資料與大量野外實測鉆孔物探資料相結(jié)合的多尺度下伏古地形重建。采用不同插值方法所構(gòu)建的宏觀尺度（黃土高原重點水土流失區(qū)，綏德圖幅峁區(qū)，延川圖幅墚區(qū)，淳化圖幅塬區(qū)）下伏地形的結(jié)果對比顯示，樣條函數(shù)插值相對更適于整個重點水土流失區(qū)以及淳化塬區(qū)，不同插值方法對于黃土墚峁丘陵溝壑區(qū)的古地形重建影響較小;對于中觀尺度（沿神木-米脂、綏德-延川、銅川-黃陵、延安-延水等高速公路周邊區(qū)域）與微觀尺度

7、（榆林白家崖窯黃土峁、綏德瑤家灣黃土峁、綏德郝家橋黃土墚、延安丁莊黃土墚、銅川張家灣黃土塬、銅川馬咀黃土塬等樣區(qū)），采用地質(zhì)圖中的基巖露頭點為基本樣本數(shù)據(jù)，以高密度鉆孔物探及EH4地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)為檢驗數(shù)據(jù);得出通過插值方法所構(gòu)建的下伏古地形模型，能夠較準確、有效的重建下伏古地形。
　　(3)所構(gòu)建的黃土高原重點水土流失區(qū)下伏古地形，從總體上看，西北高、東南低，但仍呈相對平緩變化的準平原地形。與現(xiàn)今黃土丘陵溝壑區(qū)的千溝萬壑的破碎地形形

8、成較強烈反差。從局部上看，古地形起伏度相對較小、高差在50米左右，且頂部的高程基本上處于相近的海拔高程上，說明了黃土高原古地形所處的剝蝕晚期的準平原地勢特征。
　　(4)下伏古地形與現(xiàn)今地表數(shù)字高程模型所構(gòu)成的雙層地形模型，及一系列集定性、定量、定位為一體的多指標對比分析方法，是進行黃土地貌繼承性研究的重要基礎(chǔ)。所提出的高程頻率統(tǒng)計變化、高程散點圖相關(guān)矩陣、面積高程積分、坡向變異、剖面套繪、剖面比降與凸凹度等分析方法與指標，對于描

9、述黃土地貌繼承性特征具有較好的效果。
　　(5)實驗結(jié)果顯示，當今黃土地貌對下伏古地形具有顯著的繼承關(guān)系。從重點水土流失區(qū)整體上看，黃土的堆積緩和了原始地形的起伏程度，并主要呈迎風坡堆積模式;從不同空間尺度、相同空間尺度不同地域來看，黃土地貌繼承性在地形起伏變化、地形控制強弱、地貌發(fā)育程度變化等特征上存在顯著的區(qū)域差異性;在小流域尺度，黃土的堆積一般加劇了原始地形的起伏程度。在現(xiàn)代侵蝕溝道發(fā)育過程中，絕大多數(shù)沖溝在相當程度上受原始

10、古地形的影響，發(fā)育在原始地形的低洼處，而長度小于100米左右的切溝及層次更低的淺溝、細溝、紋溝，發(fā)育過程基本上不受原始地形的影響。
　　該研究是基于國家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及其它相關(guān)實測數(shù)據(jù)，以及GIS空間分析方法研究深層次地學問題的一次探索與實踐。
　　論文的創(chuàng)新之處:
　　(1)系統(tǒng)闡述黃土地貌繼承性基本概念、基本特征與影響因素，并從黃土的成因機理、雙層地形空間結(jié)構(gòu)關(guān)系、顯著程度、繼承方式、空間尺度以及地層連續(xù)性等角度對黃

11、土地貌繼承性進行了類型劃分。
　　(2)以多源數(shù)據(jù)、現(xiàn)代鉆孔物探技術(shù)、GIS空間分析方法為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對黃土下伏古地形多尺度重建，并提出了基于雙層地形模型進行黃土地貌繼承性研究的新方法。
　　(3)通過一系列定量指標，揭示了黃土地貌繼承性在不同空間尺度上基本特征、區(qū)域差異性及對現(xiàn)代侵蝕溝道發(fā)育的影響。
　　整個研究過程使我們深刻認識到，研究思路、方法、數(shù)據(jù)的突破，可帶來對于黃土高原成因機理與地貌形態(tài)空間分異格局創(chuàng)新的認識