关键词：
黄土沟蚀区
数字地形分析
流域地貌形态
信息综合模型
空间格局
摘要：
作为全球最具研究价值的地理区域之一,黄土高原因其特殊的地理位置、典型的气候环境、得天独厚的成土条件,历经二百多万年来的黄土沉积与持久强烈的现代流水侵蚀作用,最终形成了现今复杂多样且有序分异的黄土地貌格局。科学量化黄土地貌形态的典型特征,系统表达其空间分异格局,成为黄土形貌研究的重要内容之一,对于深化黄土地貌的认知具有重要科学意义。以往地貌形态发育研究中,比较关注以特定角度通过单一形态指标反映地貌形态局部特征,缺少对黄土地貌形态发育特征的全面刻画,难以系统揭示完整流域多视角下的地貌形态整体发育态势。本研究以特征稳定的自然完整流域为基本单元,紧抓流域内部沟沿线、沟谷网络、流域边界线、正负地形等空间实体及其组合关系,深入剖析其形态特征,以空间分辨率优于1m的谷歌影像和Aster 30m DEM为数据源,设计实验准确提取流域边界线、沟沿线和沟谷网络等要素特征并科学遴选出90个完整流域样区,进而构建具有深刻地学内涵、信息特征丰富的地貌形态发育特征量化指标体系。在定量表达90个流域样区的地貌形态发育特征基础上,利用信息特征综合的因子分析方法综合量化黄土沟蚀区流域地貌形态发育程度,并模拟分析其空间分布特征,以客观揭示流域地貌形态发育程度的空间分异规律,进一步探讨流域地貌发育程度对于区域环境恢复变化的实践意义,深化对黄土地貌形态发育的认识。主要结论如下:1.通过对流域及其各要素特征的深入剖析,充分考虑流域形态的系统性和层次性,准确发掘对流域地貌形态具有明确地学内涵、丰富信息特征的指标因子,主要包括地表蚕食度、沟谷密度、沟沿线密度、高程逼近度、面积高程积分、平均坡度差、主沟支沟比、莫兰指数和破碎度九个因子,有效构建起反映黄土沟蚀区流域地貌形态发育特征的量化指标体系,以定量表达流域地貌形态发育特征。2.基于因子分析方法实现指标因子的信息量综合,发掘因子量化体系从各视角所传递出的信息特征,建立流域地貌形态发育的信息综合模型,以此实现对流域地貌形态发育程度的综合量化,全面系统地模拟并反映大区域范围下流域地貌形态的整体发育态势。3.在地貌形态发育程度空间分布态势基础上,以定性与定量相结合的方法探索流域地貌形态发育的阶段性特征,客观揭示黄土流域地貌综合发育的区域差异性。从全局态势来看,地貌发育程度由南向北呈现逐级渐变特征,表现出较好的连续性,高值出现在黄河由北向南流经的陕西神木、山西保德县至临县一带,以及无定河流域下游地区和山西永和县、石楼县,区域地貌发育程度趋于成熟阶段;低值区域主要位于南部的黄土塬区、甘肃庆阳南部的残塬区,区域以大面积塬面为主,沟谷地貌发育程度相对较低。4.结合区域土壤侵蚀可知,黄土高原沟蚀区的强蚀现象主要发生在甘肃庆阳以北的黄土斜梁区、延河流域部分地区、无定河流域下游和黄河由北向南流经的东部地区。地貌综合发育程度高值也集中在延河流域下游、无定河流域和黄河中游以东地区,这表明除甘肃庆阳北部、陕西吴起等地有所差异外,土壤侵蚀与地貌综合发育程度在空间上具有较好的同步分布特征。退耕还林实施20年来,水土保持服务政策和生态治理工程有效遏制了严重的水土流失现象,减缓了区域生态环境压力,且能够结合区域地貌发育形态,达到因地制宜,精准施策的环境恢复成效,符合区域地貌发育分布态势,对区域生态环境恢复具有积极影响。对于黄土沟蚀区的生态环境现状,当前仍需结合区域侵蚀产沙和地貌形态发育特征,加强水土保持服务和流域综合治理的科学实施,限制黄河中游地区的能源开采活动,保证良好的生态效益和可持续的生态环境。
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