云南龙川江流域地貌形态特征研究

以云南省龙川江流域为例,研究了流域内局部与整体的地貌形态特征,并预测了径流发育发展趋势。以ASTER-GDEM数据为基础,Arc GIS水文分析模块为平台,自动提取不同汇流累积量下的水系河网,研究区先划分为若干区块,结合分形理论,运用数盒子法计算水系分形维数划分流域侵蚀阶段。研究发现,在一定无标度区间内,研究区内具有自相似性,分形维数与汇流累积量拟合较好;通过分维数与汇流累积量关系式二阶导数求拐点的方法确定流域的适宜阈值为16 667,对应的流域整体水系分维数为1.020 3,推断出流域处于地貌侵蚀幼年阶段,并向幼年晚期发展,此时流域内地面起伏较大、将越来越支离破碎;通过计算各区块维数生成的等值线图,预测径流主要以NE-SW向发育,同时呈NW-SE向次级发育。     

基于DEM的滇池流域水系提取及分维值探讨

文章探讨了流域水系的提取方法及其分维值的意义。将滇池流域作为研究对象,在ArcGIS9.3的环境下,以1:25万数字高程模型(DEM)为数据基础,通过洼地识别、填充、水流方向、汇流累积量的计算等操作得到不同集流阈值下的河网水系提取结果,并在此基础上利用栅格和矢量图的相互转换计算出不同集流阈值下的水系分维值,借此探讨流域水系分维值的物理意义。结果得到集流阈值在100～1500范围内的滇池流域水系的24个盒分维值,并得到集流阈值与分维值的对数拟合和线性拟合方程。当集流阈值从100～1500递增时,分维值从1.2665～1.0702递减,表达了河网水系对空间的填充能力。集流阈值与分维值之间的对数拟合效果良好。滇池流域尚处于侵蚀发育的初级阶段。     

小江流域地貌演化阶段定量分析

以云南金沙江小江流域的DEM数据为基础,借助Arc GIS的水文分析模块,利用Horton定律求出不同汇流累积量阈值下的分形维数,对拟合后的多项式求二阶导数确定适宜分形维数,快速判断小江流域的地貌演化阶段,并分别计算面积-高程积分、地貌信息熵、侵蚀积分值加以定量验证。结果表明,小江流域分形维数与汇流累积量阈值拟合关系较好,流域的适宜汇流累积量阈值13 333,对应的流域整体水系分维数1.599 5;根据分形维数推断小江流域正处于流域发展壮年期,是地貌发育的全盛时期,区域内构造活动强烈、地势起伏较大,地面被切割得支离破碎。Strahler曲线和定量分析计算也证实了这一推断,为干热河谷区流域进行生态环境保护、水土流失防治提供快速准确地参考依据。     

甘孜—玉树断裂东南段分形特征及活动性研究

基于分形理论,使用网格法估算了甘孜—玉树断裂东南段断裂系统不同走向、不同区域断层的分维值,借助等值线图对断裂的分形特征做出分析,结合相关资料探究研究区断裂的活动性。研究结果表明:研究区断裂系统在1~10km的标度区间内具有良好的自相似性,整体断裂分维值为1.5443,NW向断层分维值远大于NE向断层,以甘孜—玉树断裂为主的NW向断裂在研究区内具有较强的控制作用;甘孜—玉树断裂SW盘分维值大于NE盘,表现出更强的活动性和更复杂的断裂分布;研究区分维值的大小能有效反映断裂的活动性及其空间分布情况,研究区内甘孜—玉树断裂尚处于发育的活跃阶段,各段均存在较大的发震可能性     

基于网络图论的黄土模拟小流域水系演化研究

河网形态对土壤侵蚀、河流演变等有较大影响。为描述黄土模拟小流域的河网的网络特征,采用人工降雨实验获取的黄土模拟小流域高解析度DEM数据,计算了不同时期沟谷节点平均连接度及网络结构熵,划分了模拟流域的不同发育阶段。研究表明节点平均连接度侧重度量沟谷形态特征,与坡度等因子相关;而结构熵则侧重定量沟谷发育过程,与主沟道纵剖面变化相关。     

安徽省地质灾害空间分布的分形研究

分形分维是度量不规则系统自相似性程度大小的参数,以往对安徽省地质灾害的研究一直都限于对其定性的描述。本文采用分形理论对安徽省地质灾害空间分布特征进行了定量的计算,结果表明:安徽省地质灾害空间分布分维值为1. 4847,崩塌与滑坡、地面塌陷和泥石流的空间分布分维值依次为1. 3756、1. 1074和1. 0902,相关性系数R~2均大于0. 98,分维相关性强,自相似性明显;降雨量、海拔、地貌和地层影响着地质灾害空间分布的分形特征,而水系和断裂空间分布分维值(1. 5825、1. 5111)与安徽省地质灾害空间分布分维值接近,表明两者是影响地质灾害空间分布的主要因素;分维值图显示安徽省地质灾害空间分布分维值由北向南逐渐增大,西南部和南部分维值较高,与实际该区域的地质灾害发育程度较强烈、灾害数量多、密度大相吻合,且其地质灾害空间分布分维值与安徽省地质灾害空间分布分维值接近,存在较好的自相似性,具有明显的分形特征。故利用分形理论研究地质灾害分布成因以及对地质灾害区划和防治具有重要的意义。     

福建晋江流域锰负荷分布及源区识别

以福建晋江流域锰元素为研究对象,将整个流域划分为60个子流域并在各子流域出口处设置水质监测断面,分别于丰水期和枯水期对断面锰浓度进行取样测试,研究锰浓度的时空分布特征。结合流量监测和降水资料,利用水文比拟法计算并总结锰负荷的空间分布,基于锰负荷贡献率进行了锰源区识别。结果表明:丰水期锰浓度普遍高于枯水期,西溪锰浓度总体高于东溪。受矿山开采影响,全年锰浓度最大值位于上游双溪与大畬溪交汇处。锰负荷丰水期远高于枯水期,且具有随径流向下游聚集的趋势,最大值位于晋江流域最下游入海口断面。识别出的锰源区主要位于西溪流域以及干流下游临入海口子流域,应在今后的环境综合治理工作中重点关注。     

1960—2014年松花江流域降雨侵蚀力时空变化研究

基于松花江流域及其邻近61个气象站1960—2014年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、小波周期分析和地统计插值方法,分析流域内不同地形区和子流域年降雨侵蚀力时空分异特征及其影响因素。结果表明：1）松花江流域多年平均降雨侵蚀力为1 717.6 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,呈波动变化趋势,存在以15.2 a为主周期和4.7 a为小周期的周期性变化特征,且在1982和1998年发生显著突变;2）松花江流域降雨侵蚀力空间分布特征与降雨量分布特征基本一致,自东南向西北递减,与东南季风的影响区域相吻合;流域年降雨侵蚀力变化趋势呈现明显的区域分异,在流域西北地区年降雨侵蚀力呈增加趋势,而在中部平原区的东北部和西南部呈现下降趋势;3）年降雨侵蚀力随地形的变化表现为东部丘陵山地区>中部平原区>西部山地区。在东部丘陵山地区年降雨侵蚀力与经度、纬度显著相关（P<0.01）,而在中部平原区和西部山地区降雨侵蚀力与海拔、经度和纬度关系不甚明显;4）流域内各子流域年降雨侵蚀力存在明显分异,年降雨侵蚀力在各子流域的变化趋势表现为从第二松花江流域到流域中游再到嫩江流域呈依次降低趋势,其分布特征与降雨量的分布一致,各子流域年降雨侵蚀力均呈不显著的降低趋势。     

基于DEM的黄土高原典型流域水系分形特征研究

基于地理信息系统方法和Horton水系定律,对黄土高原地区葫芦河流域的水系分形特征进行了探讨。研究表明,葫芦河流域正处于流域发展的幼年期。这一时期水系尚未充分发育,下切侵蚀强烈。对流域系统地貌信息熵的判读验证了这一结论。这一结论说明利用分形理论来研究黄土高原典型流域地貌是可能的,深入发展分形方法对于流域地貌研究有重要意义。     

基于GIS的土地利用类型分形维数及稳定性研究——以滇池流域为例

应用GIS技术及分形理论,以云南省滇池流域为研究区,将土地利用类型划分为5类：耕地、林地、草地、水域及城乡工矿居民用地,并进行各土地利用类型图斑分形维数分析。结果表明：土地利用类型的分布具有分形结构,各土地利用类型分维值介于1.09～1.35之间,总分维值1.146。根据分维值对各土地利用类型稳定性排序：林地〉草地〉耕地〉水域〉城乡工矿居民用地。若不考虑水域影响,稳定性指数均介于0.2～0.5之间的土地利用类型面积占研究区土地总面积的80.18%,总体稳定性良好。说明在人为规划影响下,滇池流域土地利用总的发展比较稳定,人为因素、人工措施的实施比较合理。分维值能较好反映各土地利用类型复杂程度及稳定性。     

基于Arc Hydro Tools的流域特征自动提取——以贵州省内乌江流域为例

简要回顾和讨论了基于栅格数字高程模型(DEM)自动提取流域特征的原理和方法,介绍了一个新的基于ArcGIS开发的提取流域特征的工具ArcHydroTools,基于ArcHydroTools提取流域特征包括5个流程:DEM的预处理、水流流向的确定、汇流栅格图的生成、河网的自动生成、子流域边界的划分。最后以贵州省内乌江流域为研究区进行了试验,试验结果表明:提取结果的精度在总体上是符合要求的,但在地势平坦区或人类活动干扰较大的地区,提取的结果与实际相差较大。从提取的效率和试验结果的精度两方面来看,基于ArcHydroTools的流域特征自动提取是切实可行的。     

长江三峡地区数字地貌特征及对古分水岭位置的指示

三峡贯通一直是长江演化研究中亟待解决的核心问题之一,其古分水岭位置长期备受争议。本研究基于30 m分辨率的数字高程模型(DEM),以长江三峡万州-宜昌河段及其17个子流域为研究对象,采用地形分析、χ分析等方法,计算和分析了该地区的地形起伏、河道陡峭指数、流域面积高程积分和河流裂点等参数,综合讨论了三峡地区水系特征及古分水岭位置。χ-plot、面积高程积分结果表明三峡地区的河流基本处于非均衡状态,大多数河流都处于壮年期。三峡地区44个裂点主要分布在海拔200～800 m范围内。在巫山东侧水系中只发育一期低海拔坡断型裂点(200～600 m),而其西侧水系中普遍存在两期坡断型裂点(200～600 m,800～1 200 m)。并且巫山地区χ值最低、子流域面积高程积分最高(>0.6),表明该地区河流侵蚀能力最强、流域最年轻。以上数字地貌特征指示巫山地区可能曾是三峡的古分水岭。本结论有助于认识三峡地区水系和地貌演化历史,并为进一步研究三峡贯通问题(如贯通时间、贯通方式)奠定基础。     

基于自组织映射与随机森林耦合模型的流域水质空间差异性评估

流域水环境质量空间分布特征分析是推进流域精细化管理的基础.本研究基于流域特征指标与水质的关联性,以子流域为分析单元,利用自组织映射人工神经网络模型（SOM）对苕溪流域水质数据聚类分析为3类后与随机森林模型（RF）进行耦合,对全流域水质进行了空间差异性评估.研究结果显示,上游山地区域水质较好,而平原河网人口集聚区的COD_Mn、NH₃-N及TP浓度较高,山地与平原过渡地带水质则主要受到COD_Mn和TN的影响.采用自然环境、社会经济及土地利用/覆盖指标作为流域特征进行水质分级模式识别,SOM与RF模型耦合模型的准确率稳定在80%左右;在对强相关性特征进行筛选识别后,将蒸发蒸腾量、坡度、人口密度、大于10℃积温、旱地占比、城镇用地占比及景观多样性指数为作为输入特征,准确率可达83%,可以有效地开展全流域水质分级评估.     

晋江流域工业环境风险评价研究

为了预防由于工业企业危险物质泄漏引发的环境突发事故,保护流域水环境安全.本研究选用基于Seveso III指令模型的方法进行流域环境风险评价研究,并对模型进行适应性改进,选择工业企业分布较为密集的泉州晋江流域进行了示范研究.利用高程、企业分布、危险物质储存量等数据,得到企业内在风险;叠加区域易受损性后得到子区域的环境风险.结果表明,南安市是晋江流域环境风险最高的子区域,风险值高达108,安溪县和泉州市区风险水平居中,晋江市为低度危险子区域.在此基础上,根据评价结果提出了具有针对性的流域环境风险控制建议.     

汉中大佛洞宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄

汉中天坑群是在我国湿润热带-亚热带岩溶地貌区北界首次发现的岩溶地质景观,已查明区内发育岩溶洞穴160余处,对研究中国南北方乃至全球古地理环境及气候变化具有重要科学价值。目前该区域地貌演化、岩溶洞穴发育研究刚刚起步,尚没有该岩溶区年代学研究成果报道。本文尝试运用加速器质谱仪(AMS)宇宙成因核素~(26)Al/~(10)Be埋藏年龄测试技术,对汉中南郑岩溶洞穴大佛洞内次生沉积石英砾石进行年龄测定,获得~(26)Al/~(10)Be埋藏年龄为(1.07±0.71)Ma,初步限定了汉中岩溶洞穴大佛洞的发育时期;同时获得大佛洞石英砾石样品在埋藏前该流域侵蚀速率为(156.5±73.4)m?Ma-1。     

基于DEM的太湖流域水文特征提取

文章选取太湖流域作为研究对象,采用1：25万中比例尺DEM作为基础数据,应用ESRI公司开发的ArcGIS地理信息系统软件进行流域水文特征提取,得到了研究区域水流流向、汇流栅格生成、河网水系、子流域边界等流域特征信息,经与标准河流水系特征对照,认为基于DEM提取的太湖流域水文特征信息是合理的,可作为基础信息,为太湖流域生态环境治理实践及理论研究提供数据支撑。     

模拟珠江河网的污染物通量及外源输入对入河口通量的贡献

基于一维河网与三维河口耦合水质模型,模拟计算了2000年珠江上游输入河网以及河网输入河口的碳质生化需氧量(CBOD)、氨氮(NH4)、硝态氮与亚硝态氮(NO3)和无机磷(IP)等污染物通量,并结合数值实验,量化了外源输入(包括入河网污染物通量与河网污染负荷)对入河口污染物通量对河网区的贡献.研究结果表明,河网区的污染物通量由入河网通量与河网污染负荷共同控制,通量分配具有显著的空间差异;上游各水系中,以西江的通量最大,约占入河网通量的71%～81%;8个入海口门中,以虎门、磨刀门的通量最大,两者共承接超过一半的入河口通量.此外,数值实验表明,入河网通量与河网污染负荷对CBOD、氨氮的入河口通量均有显著贡献,而硝态氮与亚硝态氮、IP的入河口通量则主要来自入河网通量;磨刀门、虎门分别是入河网通量、河网污染负荷最主要的输出口门.基于模型,亦针对入河口CBOD、氨氮通量对河网污染负荷的响应关系进行了探讨.     

栅格DEM的水平分辨率对流域特征的影响分析

数字高程模型(DEM)是当前用于流域地形分析的主要数据,由DEM可以提取河网,为不同尺度的水文模型计算和存储地形参数。对黄河小浪底-花园口区间,面积范围为100～1×10⁴km²的8个研究流域,应用网格大小分别为100～1000m6种水平分辨率的栅格DEM进行了流域特征参数的提取和分析。研究表明,DEM的水平分辨率对提取河网的精确性有影响,网格的增大增加了平地处流向确定的随意性。提取的流域面积、长度等有关的参数差别不大,但坡度值变化明显。参数的差别导致主要受长度和坡度因素影响的流域的汇流时间和滞时有较大的不同。     

基于分形维数的长汀县土地利用动态变化

以福建省长汀县为研究区域,基于遥感和GIS技术的支持,对研究区2000年、2009年、2016年的土地利用结构及分形动态进行分析。研究表明：经过多年的治理工作,长汀县的土地覆被情况有了很大的改善,林地面积不断增加,裸地面积持续减少。各土地利用斑块形态具有明显的分形特征,2000?—?2009年,耕地、建设用地分维值呈增加趋势,空间形态趋于不规则;林地、裸地和水域分维值减少,空间形态趋于规则。2009?—?2016年,耕地、裸地和水域斑块分维值呈上升趋势,空间形态趋于不规则;而林地和建设用地斑块分维值趋于下降,空间形态趋于规则。总体上土地利用分维值仍有增大的趋向,土地斑块的稳定度趋于下降。土地利用的复杂性和稳定性受到人为因素影响强烈,合理协调人地关系,避免治理成效出现反复,仍然是水土流失区治理的关键。     

太子河流域水生态功能Ⅱ级区的划分

流域水生态功能Ⅱ级区是实施流域层面水生生物多样性保护的重要依据. 以太子河流域为研究对象,开展分区指标筛选技术方法研究,通过指标的空间变异性、主导性及其与水生态因子相关性分析,从年均气温、年降水量、年蒸发量、高程、坡度、坡向和NDVI(归一化植被指数)等备选分区指标中筛选出适宜分区指标,在此基础上采用ISODATA(迭代自组织数据分析方法)非监督分类方法划分了太子河水生态功能Ⅱ级区. 结果表明,高程和NDVI具有良好的空间敏感性、主导性以及与水生态因子的相关性,可以反映地貌和植被对太子河水生态系统的影响,是太子河流域水生态功能Ⅱ级区划分的适宜指标. 采用上述指标可将太子河流域划分为3个水生态功能Ⅱ级区:①上游山地森林河流水生态亚区,平均海拔511m,区内以浅水性鱼类和激流性大型底栖动物为主;②中游丘陵森林河流水生态亚区,平均海拔282m,区内以溪流性鱼类和缓流性大型底栖动物为主;③下游平原农业河流水生态亚区,平均海拔65m,区内多受人类活动干扰,以耐污性大型底栖动物为主,少见鱼类.