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(jìn)程中，不同時(shí)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(jì)下伏古地形對(duì)黃土粉塵在堆積、侵蝕、搬運(yùn)等過(guò)程中的控制與影響作用，特別是指黃土地貌形態(tài)特征對(duì)第三紀(jì)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(wàn)年來(lái)發(fā)育、演化機(jī)理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是黃土地貌研究的重要關(guān)注點(diǎn)。前人對(duì)黃土地貌繼承性及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)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(jì)古地形對(duì)當(dāng)今黃土地貌形成的控制作用。但是，目前對(duì)黃土地貌繼承性的成因機(jī)理、影響程度及區(qū)域差異性等問(wèn)題尚未形成共識(shí)。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(diǎn)考察的定性或半定量描述階段，仍無(wú)有效方法構(gòu)建區(qū)域性的黃土古地形模型;仍無(wú)法有效反映黃土粉塵在第三紀(jì)原始地形面上的堆積過(guò)程;仍無(wú)法有效澄清黃土古地形對(duì)現(xiàn)代侵蝕過(guò)程的控制與影響;仍無(wú)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(dá)的尺度差異性。對(duì)這些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的探索

3、與解決，可望對(duì)黃土地貌形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)帶來(lái)突破性進(jìn)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(tái)下實(shí)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(duì)地表形態(tài)的表達(dá)，如果能夠建立第三紀(jì)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(guò)運(yùn)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(xué)問(wèn)題，實(shí)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(jìn)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(guò)高程頻率、高程散點(diǎn)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(biāo)，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(duì)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(rèn)識(shí)。論文主要的研究?jī)?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(jī)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(duì)黃土地貌繼承性進(jìn)行了類型劃分。黃土地貌繼承性研究是時(shí)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(duì)總量變化。該研究也是地形

6、信息圖譜的全新探索。
　　(2)實(shí)現(xiàn)了基于地質(zhì)圖資料與大量野外實(shí)測(cè)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(diǎn)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(duì)比顯示，樣條函數(shù)插值相對(duì)更適于整個(gè)重點(diǎn)水土流失區(qū)以及淳化塬區(qū)，不同插值方法對(duì)于黃土墚峁丘陵溝壑區(qū)的古地形重建影響較小;對(duì)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(diǎn)為基本樣本數(shù)據(jù)，以高密度鉆孔物探及EH4地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)為檢驗(yàn)數(shù)據(jù);得出通過(guò)插值方法所構(gòu)建的下伏古地形模型，能夠較準(zhǔn)確、有效的重建下伏古地形。
　　(3)所構(gòu)建的黃土高原重點(diǎn)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(duì)平緩變化的準(zhǔn)平原地形。與現(xiàn)今黃土丘陵溝壑區(qū)的千溝萬(wàn)壑的破碎地形形

8、成較強(qiáng)烈反差。從局部上看，古地形起伏度相對(duì)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(shuō)明了黃土高原古地形所處的剝蝕晚期的準(zhǔn)平原地勢(shì)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(biāo)對(duì)比分析方法，是進(jìn)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(jì)變化、高程散點(diǎn)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(biāo)，對(duì)于描

9、述黃土地貌繼承性特征具有較好的效果。
　　(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)今黃土地貌對(duì)下伏古地形具有顯著的繼承關(guān)系。從重點(diǎn)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(fēng)坡堆積模式;從不同空間尺度、相同空間尺度不同地域來(lái)看，黃土地貌繼承性在地形起伏變化、地形控制強(qiáng)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(guò)程中，絕大多數(shù)沖溝在相當(dāng)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(zhǎng)度小于100米左右的切溝及層次更低的淺溝、細(xì)溝、紋溝，發(fā)育過(guò)程基本上不受原始地形的影響。
　　該研究是基于國(guó)家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及其它相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以及GIS空間分析方法研究深層次地學(xué)問(wèn)題的一次探索與實(shí)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(jī)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(duì)黃

11、土地貌繼承性進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行黃土地貌繼承性研究的新方法。
　　(3)通過(guò)一系列定量指標(biāo)，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(duì)現(xiàn)代侵蝕溝道發(fā)育的影響。
　　整個(gè)研究過(guò)程使我們深刻認(rèn)識(shí)到，研究思路、方法、數(shù)據(jù)的突破，可帶來(lái)對(duì)于黃土高原成因機(jī)理與地貌形態(tài)空間分異格局創(chuàng)新的認(rèn)識(shí)