基于DEM的黃土高原重點水土流失區(qū)流域信息樹的構建及其應用.pdf

1、流域地貌是陸地上普遍存在的地貌類型，除了極地和雪線以上地區(qū)，陸地上所有地區(qū)幾乎都存在流水作用，地表流水侵蝕作用又是以不同形式及不同級別的流域進行的，因此，以嵌套的流域為切入點進行分析研究具有重要的意義。雖然前人已對流域地貌系統(tǒng)展開過大量的研究，但是現(xiàn)有的研究方法忽略了流域系統(tǒng)的嵌套結構特征與不同尺度流域?qū)ο箝g的縱向關聯(lián)信息。傳統(tǒng)單一信息層面的研究方法，難以整體、宏觀的把握流域的層次結構，揭示流域地貌系統(tǒng)的本質(zhì)特征，未能實現(xiàn)流域地貌系統(tǒng)整

2、體與局部分析的有效結合。本論文以數(shù)字地形分析理論和方法為基礎，首次提出了流域信息樹概念模型，建立了流域信息樹量化指標體系，以及流域信息樹的構建處理流程，并以流水侵蝕作用明顯的黃土高原地區(qū)的小流域為研究對象，深入研究了流域地貌系統(tǒng)層次結構的自相似性、多尺度特征、黃土地貌類型分區(qū)和地形簡化等方面的內(nèi)容。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.提出了流域信息樹的概念模型。流域信息樹是指由不同尺度的流域構建而成的“樹”形層次組合，是一種可定量分析

3、流域地貌系統(tǒng)樹形層次嵌套結構的數(shù)據(jù)分析模型，是對流域?qū)哟吻短捉Y構的高度凝煉與抽象，是對流域等級嵌套“骨骼”結構的直觀反映。由于可在樹的各結點上融入對應流域的多種信息指標，因而成為流域指標信息有序組織的“容器”，具有分析視角整體性、組織結構層次性、信息容量可變性、分析結果可度量性等特征。在此基礎上，本文還對流域信息樹的地學含義、存在條件、影響因素和不確定性進行了研究。
　　2.研究了流域信息樹形態(tài)結構與屬性的量化表達方法。提出了復雜

4、度β指數(shù)、連通度γ指數(shù)、層次梯度S指數(shù)等流域信息樹形態(tài)結構量化指標，并實現(xiàn)了對流域信息樹的構建。論文還對流域信息樹尺度效應和量化指標算法等方面進行了研究。結果表明，流域信息樹模型及其定量化指標等內(nèi)容是對流域地貌系統(tǒng)相關研究的有效補充，豐富了流域地貌系統(tǒng)研究的理論體系與分析方法。
　　3.基于流域信息樹理論模型，分別從黃土高原地區(qū)流域結構自相似、多尺度流域的形狀特征和黃土地貌類型分區(qū)等方面，對黃土流域地貌系統(tǒng)展開了研究。研究結果表明

5、，自相似性從北到南呈現(xiàn)出先升后降低的態(tài)勢，嵌套流域有逐級變圓的趨勢，流域信息樹有效的解決了黃土地貌類型分區(qū)的問題。流域信息樹可作為分析流域地貌系統(tǒng)的有力理論模型和分析工具。
　　4.基于流域信息樹理論，提出了樹剪枝W8D地形簡化算法，并對閾值確定和評價方法問題進行了討論。以1∶5萬DEM作為地形簡化目標尺度，重點探討了W8D算法閾值的確定，最后結合常用的其他地形綜合算法對W8D法地形簡化效果進行了縱向?qū)Ρ群途C合評價。研究表明，流域

6、信息樹進行地形簡化可以有效保留地形骨架特征，可以滿足不同層次地形建模和表達要求。
　　本論文的創(chuàng)新點總結如下:
　　1.首次明確提出了流域信息樹理論的概念模型、指標體系和分析框架。流域信息樹以“樹”形結構和信息結點的層次組織方式，實現(xiàn)了流域及其流域內(nèi)部指標參數(shù)和屬性的有機非線性組合。
　　2.在地形分析方法上，以流域信息樹為研究切入點，引入形態(tài)結構指數(shù)、結點屬性指數(shù)等量化指標，為流域信息樹的量化分析奠定了基礎，提出了流