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基于势能信息熵的黄土小流域沟谷网络演化特征研究

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地理与地理信息科学 2021年第6期37卷 1-6页

作者：赵卫东周文怡马雷田剑王淑琴合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

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... 详细信息

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。

关键词： DEM 沟谷网络黄土高原势能信息熵地貌演化流域地貌系统

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基于图论的黄土沟谷网络连通性研究

基于图论的黄土沟谷网络连通性研究

作者：罗兰花南京师范大学

学位级别：硕士

黄土沟谷是黄土地貌中物质交换最频繁的区域之一,沟谷的发育过程深刻影响着黄土地貌发育及演化。沟谷网络是沟谷系统的基本骨架,是连接沟谷系统各个部位的纽带,也是系统内的物质、能量和信息传输的主要途径。沟谷系统中物质量的空间差... 详细信息

黄土沟谷是黄土地貌中物质交换最频繁的区域之一,沟谷的发育过程深刻影响着黄土地貌发育及演化。沟谷网络是沟谷系统的基本骨架,是连接沟谷系统各个部位的纽带,也是系统内的物质、能量和信息传输的主要途径。沟谷系统中物质量的空间差异性依赖于网络的空间结构。现阶段的黄土沟谷研究主要包括基于统计特征、特征要素属性特征对沟谷形态特征的量化表达研究和基于沟谷形态特征的地貌发育演化研究,忽略了沟谷系统内地形特征要素的空间结构特征,以及对“网络效应”的量化,即评估沟谷网络的空间结构对转移到流域出口处的物质量的影响。本研究将沟谷网络空间结构对沟谷系统内物质输送的影响定义为沟谷网络连通性,用来描述沟谷系统中物质从源到汇的难易程度。沟谷网络连通性控制径流的汇流过程和侵蚀泥沙的迁移过程,影响沟谷地貌内的侵蚀和堆积过程,进而影响着沟谷地貌塑造过程。因此,沟谷网络连通性蕴含着丰富且重要的黄土沟谷地貌发育演化信息,对沟谷网络连通性的研究有助于深化对黄土沟谷地貌发育演化过程的理解。本文基于图论和数字地形分析,对黄土沟谷网络连通性概念进行简单定义,实现了沟谷网络连通性量化评估方法,以黄土高原6个典型小流域样区和模拟小流域为研究对象分析不同地貌类型区、沟谷发育不同阶段的沟谷网络连通性的变化特征,深化对黄土沟谷地貌发育演化过程与机理的认识。论文的主要研究内容和结论如下:(1)根据地貌学中连通性的相关概念,提出了沟谷网络连通性的概念。基于图论基本原理,将黄土沟谷网络中的地形特征要素及其之间的汇流关系抽象概化为沟谷网络图模型,设计了并实现沟谷网络图模型的构建方法。从沟谷网络整体连通性和节点连通性两方面,选取了平均节点强度、什贝叶指数(?)、潜在径流指数F和网络结构连通性指数NSC四个指标对沟谷网络连通性进行量化评估,并详细阐述了各连通性指标的计算方法和含义。(2)典型样区黄土沟谷网络连通性特征研究。将位于不同黄土地貌类型区的6个典型小流域样区作为研究对象,分别构建沟谷网络图模型,计算各连通性指标,从空间分布特征和数量统计特征两个视角对沟谷网络各连通性指标计算结果进行分析。从神木到延川样区,随着黄土沟谷地貌发育逐渐成熟,沟谷网络整体连通性增强,从延川到淳化样区沟谷地貌发育程度逐渐降低,沟谷网络整体连通性减弱。三个节点连通性指标平均值也呈现类似的变化趋势。6个典型样区沟谷网络节点连通性指标值在空间分布上都呈现集聚特征,但是在沟谷地貌发育程度较高的绥德、延川、甘泉和宜君样区的沟谷网络节点连通性空间集聚特征比发育程度偏低的神木和淳化样区更显著。(3)模拟小流域沟谷网络连通性特征研究。将多期室内模拟小流域作为研究对象,分别构建沟谷网络图模型,计算各连通性指标,从空间分布特征和数量统计特征两个视角对沟谷网络各连通性指标计算结果进行分析。随着沟谷的不断发育,第五期到第九期小流域沟谷网络整体连通性呈现逐渐增强的趋势。各期小流域沟谷网络节点连通性指标计算结果在空间分布上也都表现出空间集聚特征,但随着小流域沟谷发育程度不断增加,沟谷网络节点连通性的空间集聚分布特征越显著。本研究的研究重点是量化结构连通性,揭示沟谷网络空间结构对物质运输的影响,分析不同沟谷地貌类型区,沟谷发育不同阶段的沟谷网络连通性模式的演变。

关键词：图论沟谷网络黄土高原连通性数字高程模型数字地形分析

基于DEM的鄱阳湖区沟谷网络提取及沟壑密度分析

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江西水利科技 2011年第2期37卷 83-86页

作者：张秀平许小华钟发牯张生江西省水利科学研究院江西南昌330029 江西省第一测绘院江西南昌330001 江西恒实建设监理咨询有限公司江西南昌330096

利用鄱阳湖区1:250 000比例尺的数字高程模型(DEM)数据,采用水文分析方法提取了鄱阳湖区沟谷网络,并以提取的沟谷网络数据为基础,计算出了鄱阳湖区沟壑密度,分析了沟壑密度空间分布规律,由此而得出了鄱阳湖区河谷分布密集的特征,为鄱阳... 详细信息

利用鄱阳湖区1:250 000比例尺的数字高程模型(DEM)数据,采用水文分析方法提取了鄱阳湖区沟谷网络,并以提取的沟谷网络数据为基础,计算出了鄱阳湖区沟壑密度,分析了沟壑密度空间分布规律,由此而得出了鄱阳湖区河谷分布密集的特征,为鄱阳湖区的水利工程设计和水土保持工作提供依据.

关键词：鄱阳湖数字高程模型沟谷网络沟壑密度

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黄土丘陵沟壑区沟谷网络自动制图技术研究

测绘学报 1998年第2期27卷 131-137页

作者：闾国年钱亚东陈钟明南京师范大学地理科学学院

黄土丘陵沟壑区沟谷网络自动制图技术的核心是沟谷网络的自动提取技术。本文基于沟谷网络和汇流网络的差别，提出了形态学方法和水文学方法相结合自动提取沟谷网络的新技术，设计了完整的基于栅格数字高程数据的提取算法，并给出了典型... 详细信息

黄土丘陵沟壑区沟谷网络自动制图技术的核心是沟谷网络的自动提取技术。本文基于沟谷网络和汇流网络的差别，提出了形态学方法和水文学方法相结合自动提取沟谷网络的新技术，设计了完整的基于栅格数字高程数据的提取算法，并给出了典型黄土沟壑丘陵区山西离石王家沟小流域的运行结果。提取得到的沟谷网络与实际情况相符。

关键词：黄土沟壑丘陵区沟谷网络地貌图自动制图

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平凉崆峒区黄土塬演化特征研究

平凉崆峒区黄土塬演化特征研究

作者：杨瑞娟兰州大学

学位级别：硕士

“黄土高原塬面的破碎只会愈演愈烈,不存在反复过程”,“固沟保塬”已经成为人们关注的热点话题。本文以平凉崆峒区为研究对象,通过野外地质调查,资料搜集与整理,运用GIS技术,提取研究区沟谷网络、黄土塬沿线,分析黄土塬和沟谷网络的空... 详细信息

“黄土高原塬面的破碎只会愈演愈烈,不存在反复过程”,“固沟保塬”已经成为人们关注的热点话题。本文以平凉崆峒区为研究对象,通过野外地质调查,资料搜集与整理,运用GIS技术,提取研究区沟谷网络、黄土塬沿线,分析黄土塬和沟谷网络的空间分布及形态特征,统计塬边斜坡现有的变形情况,探索黄土塬演化与沟谷发育及塬边斜坡演化相互作用过程,从而揭示黄土塬的演化过程及特征。主要的研究成果如下:(1)研究区黄土塬的形态及空间分布特征,以泾河为界,南北两岸表现出明显的差异性与平行性特征。泾河以北地区黄土塬的长轴延伸方向为302°15°,主要分布在草峰、白庙、索罗等地,形态上呈长条状,黄土塬面向东南方向以6‰坡度倾斜;泾河以南地区的黄土塬长轴延伸方向为190°13°,塬面沿长轴方向的坡降比约为3‰。(2)黄土塬的形态及空间分布特征与沟谷系统的形态及空间分布具有密切的相关性。研究区沟谷网络复杂,支沟极其发育,其空间分布具有平行性、对称性、等间距性、趋向性特征。沟谷对黄土塬面演化的影响主要体现在沟头的溯源侵蚀和沟壁的侧向侵蚀。沟谷沟头往往发育大量的滑坡与崩塌,多属于活跃性沟头,溯源侵蚀强烈,塬面正处于强烈的侵蚀阶段。(3)塬边斜坡发育对黄土塬演化的影响模式分为突变式及渐变式。突变式以滑坡、崩塌、错落台阶等方式表现,渐变式则是持续而缓慢的变形过程。塬边斜坡变形破坏导致黄土塬退化往往不是单一的变形破坏模式,而是在多种变形破坏共同及相继作用下累积而成的结果。(4)黄土塬的退化是沟谷发育与斜坡演化共同作用的结果。一方面,沟谷的发育导致两侧斜坡不断的拓宽变陡,斜坡突变式及渐变式演化不断作用于黄土塬面,导致黄土塬面积锐减;另一方面,斜坡的发育促进了沟谷的发育及其溯源侵蚀,最终导致黄土塬退化。

关键词：黄土塬沟谷网络塬边斜坡形态特征空间分布特征

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ArcGIS的水文分析浅谈

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