基于面积高程积分的三峡区域地貌研究

基于30 m分辨率DEM,利用SWAT划定三峡区域子流域范围,选用起伏比法计算各子流域的面积高程积分,对积分值进行空间分析。结果表明:三峡区域地貌以壮年期和老年期为主,其主要分布趋向于壮年期向老年期发展过程;三峡区域长江两侧流域,上、下游地貌以老年期为主,中游以壮年期为主,下游演化程度老于上游;三峡区域长江两侧流域平均高程与面积高程积分值成正比,平均海拔越高,地貌发育越年轻;历年灾害点多分布于老年期和壮年期地貌,其中分布于老年期地貌的灾害点多于壮年期,构造线多分布于壮年期地貌。

空间自相关分析在面积高程积分中的应用

面积高程积分值(HI)作为揭示区域构造相对活动性的指标,在地貌学中得到了广泛的应用。传统的研究多以流域作为载体分析HI值的特性,然而HI值是否受流域大小及形状的影响存在争议。以白龙江流域作为试验区,利用ASTER 30 m及SRTM 90 mDEM数据,基于不同大小的分析窗口分别计算了流域的HI值。研究表明:1.原始HI值没有明显的空间分布格局,受分析窗口空间分布位置、DEM分辨率、岩性差异的影响不大,但是受分析窗口大小的影响较大,存在尺度依赖。2.对原始HI值进行空间自相关分析后HI值表现出强的空间自相关性,且"热点分析"表明HI值高值聚集区分布在白龙江中上游,与地壳隆升强烈及断裂活跃的作用相关,低值聚集区分布在白龙江下游及一些河谷中。研究表明,空间自相关分析的应用,能够使基于分析窗口提取的HI值呈现出更多的构造意义。

利用ArcGIS和Excel提取面积高程积分曲线的方法

面积高程积分(hypsometric integral,HI)可以定量地描述流域地貌演化阶段,是定量地貌分析的重要方法之一,得到了广泛应用。但目前常用的方法是高程起伏比法,仅能得到结果值,无法绘制可视化的积分曲线。提出一种利用ArcGIS和Excel提取并绘制HI曲线的方法。该方法首先在理解HI含义的基础上,分析了流域的数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据的特点。分析结果表明:其属性表存储的是高程值及对应的栅格个数,其中栅格个数可转化为面积。据此特征,利用ArcGIS提取流域DEM并构建其属性表,然后利用Excel计算属性表中高程值及高程值以上的流域面积,从而得到一系列面积-高程数值对。此数值序列即为绘制HI曲线的基础。以大通河流域为例进行了方法的说明和验证。计算结果与高程起伏比法相一致。所提方法无须编程,简便易操作,便于面积高程积分方法的广泛使用。

基于DEM的清水川流域面积高程积分研究

面积高程积分通过统计流域地表的高程组合信息来反映地貌流域被侵蚀的程度,是反映流域发育阶段的一种地学模型,也是揭示流域地貌形态与发育特征的重要指标。以清水川流域的DEM数据为基本数据源,运用Arc GIS 9.3的水文分析研究了不同汇流累积量下所获取的集水区数目及面积高程积分值变化,以及面积高程积分值随河网等级变化的情况,以研究清水川流域的地貌发育阶段。研究表明,清水川流域的地貌地形主要属于均衡的壮年期和未均衡的幼年期地形,汇流累积量对面积高程积分值的影响不大。

元谋干热河谷区面积高程积分分析

为识别元谋干热河谷区流域地貌发育阶段,作者以元谋干热河谷区90m空间分辨率的DEM为数据源,利用Arc GIS 10.0水文分析模块提取研究区沟谷系统及其汇水区,以15 000m^2为阈值,计算各区域面积高程积分值。结果表明:元谋干热河谷地貌发育阶段总体上处于壮年期,老年期次之,幼年期最少;幼年期阶段主要分布于1级沟谷区,少数位于2级;壮年期阶段多分布于1—4级沟谷区,即河流的支沟;老年期阶段多分布于5—6级沟谷区,少数分布于4级沟谷区,主要位于中部的元谋断陷盆地,河流的下游及主沟。河流上游的面积高程积分值大于下游,支沟的面积高程积分值大于主沟,面积高程积分值总体上呈现盆地>丘陵>山地。这种空间格局是构造、地貌、岩性等因素耦合作用的结果。本研究不仅有助于认识元谋干热河谷区流域发育特征,也能为水土流失防治及生态修复提供科学指导。

基于不同DEM分辨率黄冈市的面积高程积分分析

面积高程积分值可以揭示流域地貌发育特征。本文以湖北省黄冈市为例,空间分辨率为30m的DEM数据为基础数据源,在Arc GIS10.1中,用重采样工具将30m分辨率的DEM数据采样成60m、90m、120m、150m的数据,在此基础上运用水文分析工具提取5种分辨率下的河网水系并计算面积高程积分HI的值。结果表明:分辨率为30m、60m、90m、120m、150m,最佳汇流阈值依次为7000、4800、3600、3200、2400;5种分辨率下该区域地貌发育阶段都是老年期占主导地位,其次是壮年期,幼年期最少,区域地貌发育趋于稳定;DEM分辨率对HI值的影响较小;HI值指示地貌发育阶段,地貌的发育会造成水土流失,分析HI值的空间分布规律可以宏观认识区域水土流失。

基于ASTER GDEM的延河流域水系提取及面积高程积分研究

以延河流域为例,基于ASTER GDEM,采用图解建模方法提取河网进行面积高程积分分析。结果表明,汇流阈值越大,河道数目、河道总长和河网密度均呈现持续下降趋势;当汇流阈值为6200时,河网密度为0.28,趋于平稳;不同汇流阈值产生的河网形态各有差异,阈值越大,生成河网越稀疏,反之越密集。面积高程积分HI分析结果表明,延河大多区域处于发育壮年期,处于发育幼年期、壮年期和老年期面积分别约占总面积的0.4%、98.2%和1.4%。

汇流阈值对提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响

不同地貌单元,其汇流阈值的界定差异较大,而不同的汇流阈值直接影响河流长度、河网密度以及集水区面积的提取结果,因此,汇流阈值的界定是提取流域面积高程积分的关键。以叶尔羌河上游流域为研究对象,基于不同分辨率数字高程模型数据对叶尔羌河上游流域面积高程积分的提取结果,确定适宜分辨率的数字高程模型数据,探讨不同汇流阈值对叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响。结果显示:(1)所选不同分辨率高程(DEM)数据提取的叶尔羌河上游流域面积高程积分的参数和空间分布特征变化较小,面积高程积分对数字高程数据的分辨率依赖性不强。(2)整体上,叶尔羌河上游流域面积高程积分最大值随汇流阈值的增大呈阶段性减小趋势,最小值呈阶段性增加趋势,均值呈波动状态,但逐渐趋于稳定。当汇流阈值为27000时,面积高程积分均值、最大值和最小值均趋于稳定,其可能是提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的稳定阈值。

利用面积高程积分方法研究龙门山断裂带地貌隆升特征

为对龙门山断裂带区域的构造与侵蚀现状进行分析,通过利用ArcGIS对龙门山断裂带内的ASTER-DEM30 m数据进行面积-高程积分计算,并结合构造、岩性、第四系以及河流等基础资料研究了该地区隆升差异。结果表明:面积-高程积分值(hypsometric integral,HI)>0.43区域主要集中在研究区的西部及北部同时,其值与区域内的夷平面具有较好的耦合性;HI>0.60在松潘—甘孜褶皱带内的分布较广,在扬子地台分布范围最少,龙门山构造带无分布;HI<0.35分布主要沿着龙门山构造带为中心进行展布,以侵蚀下切为主。在构造带较为活跃的区域,构造活动依然是区域作用的主要背景,在内动力直接作用的区域内,HI>0.43,以隆升为主;河流、岩性分布特征以及构造断裂的密度会随着后期作用逐渐对抬升起到抑制作用,断裂带发育密集、第四系分布较广以及岩性复杂的龙门山构造带,HI<0.35,是以侵蚀下切为主;扬子地台河流发育密集且发育程度高,HI偏低,以隆升停滞或侵蚀为主。可见,构造、岩性、第四系以及断裂带的分布对区域地貌特征影响较为明显,而局部区域上的差异是由影响因素发挥作用差异决定的。根据值,为避免工程选址处于构造活动强烈区域提供一定依据。

基于DEM的山西黄土高原面积高程积分研究

面积高程积分(Hypsometric Integral,HI)是刻画流域地貌形态与发育阶段的重要地理指标。为了探究山西省黄土高原重点水土流失区的面积高程积分空间分异特征,以30 m分辨率的SRTM数据为基本信息源,采用积分曲线法计算研究区的面积高程积分值。研究工作首先分析了DEM分辨率与流域稳定面积对HI值的影响,然后进一步研究流域内各地貌对象高程积分值的相关性,最后得到研究区面积高程积分空间分布结果。结果表明:小流域面积高程积分受DEM分辨率的影响较小,面积高程积分趋于稳定的小流域面积阈值为0.04 km^2;研究区HI值相关性较强的地貌对象组合为山顶点—山脊线—沟谷网络;区域内面积高程积分值的地域差异性从北到南,表现出大—小—大的空间分布趋势。山西省黄土高原重点水土流失区的HI值整体处于0.35~0.6,区域内流域基本处于发育的壮年期,表现为强烈的水系扩张分支,应加强水土保持工作的力度。

海南省北门江中下游流域面积高程积分的应用

基于流域的面积高程积分(hypsometric integral,HI)具有明确的物理含义与地貌学意义,能够对流域的地貌发育阶段进行定量分析。通过前人的研究,面积高程积分计算的三种方法几乎一致,其中起伏比法是计算HI值最便捷的方法。文中选取北门江中下游流域3个典型代表河段,利用野外地貌调查和测量成果,运用起伏比法计算3个河段和北门江中下游流域的HI值,划分其所属的地貌发育阶段,同时通过地貌调查现状反推HI值的可靠性。

云南莲峰、昭通—鲁甸断裂带面积—高程积分的构造地貌研究

笔者等基于ASTER GDEM数据,提取莲峰、昭通—鲁甸断裂带集水区,计算该区亚流域盆地的面积—高程积分值,并结合野外剖面特征、历史地震、断裂构造特征及活动特征等,初步探讨了莲峰、昭通—鲁甸断裂带的构造地貌特征及其动力学机制。得到以下几点认识:①研究区除鲁甸盆地外,大部分地区的地貌发育阶段为壮年期;②研究区面积—高程积分值(HI)主要受控于构造活动,岩性的抗侵蚀性和水系侵蚀发挥局部或次要作用;③面积—高程积分值(HI)对研究区不同构造抬升强度地区的响应方式不同:构造强烈抬升区,HI值反映了集水流域受到强烈的构造抬升和侵蚀的共同作用;构造抬升减弱区,HI值反映了缓慢的构造隆升和沉积作用的共同结果。

基于DEM的黄土高原面积高程积分研究

面积高程积分(Hypsometric Integral,HI)是通过统计流域地表的高程组合信息,从而揭示流域地貌形态与发育特征的重要指标。本文以1:10000比例尺5 m分辨率DEM数据分析流域面积高程积分计算时的影响因素,以SRTM数字高程模型数据为基本信息源,研究黄土高原重点水土流失区的面积高程积分空间分异特征。研究工作首先讨论并总结了面积高程积分的地学含义,明确了DEM分辨率以及分析面积对于面积高程积分计算的影响,并分析各地貌对象面积高程积分的相关性;然后,面向黄土高原重点水土流失区,采用面向多尺度分割的方法,基于小流域面积高程积分,实现了黄土高原重点水土流失区地貌分区。研究结果表明,DEM分辨率对于小流域面积高程积分计算影响较小,当小流域面积阈值达到10 km2时,面积高程积分趋于稳定;各地貌对象中,流域面—正地形—沟沿线、山顶点—山脊线—流域边界这两组组内面积高程积分值相关性非常强;基于面积高程积分的地貌分区,与黄土高原地区水土流失分区图和输沙模数分区图具有相当程度的耦合关系,并细化了原有分区结果。

面积高程积分值计算方法的比较

面积高程积分值(Hypsometric index)能够对流域地貌发育阶段进行定量的描述,在地貌学中得到了广泛的应用。关于该值的计算方法较多,然而,在实际应用中,哪种方法才能带来更便捷准确的结果,尚缺乏探讨。文中基于Arcgis9.3及SRTM-DEM数据,以白龙江流域32个子流域为例,分别利用积分曲线法、体积比例法及起伏比法求取了各子流域的HI值。结果表明:三种方法计算的HI值几乎一致,但起伏比法是计算HI值最高效简捷的方法;积分曲线法及体积比例法在流域数目较少时可以使用,但流域数目较多时不推荐使用。该结果可为利用HI值进行地貌研究提供借鉴。

庐山地区面积高程积分提取及其空间特征研究

以庐山为研究区,基于4种不同来源的DEM数据源。首先选取样区,利用空间插值等方法对面积高程积分提取结果进行评价,选取出适宜的数据源。然后,根据最优数据源对庐山地区面积高程积分的空间特征进行探究。结果表明,江西省测绘地理信息局生产的DEM和ASTER GDEM V1适宜作为数据源;庐山地区地貌发育以壮年期为主;断层区域则产生明显的空间分异,体现了断层构造对庐山地区流域地貌发育的深刻影响。本研究对了解庐山地区的流域地貌发育具有重要意义。

格尔木河流域面积-高程积分值的地貌学分析

在SRTM-DEM数据的基础上,运用GIS空间分析技术,系统提取了格尔木河三级流域及部分二级流域地形参数和面积-高程积分值,探讨了面积-高程积分值的面积及空间依赖性,并对面积-高程积分值(HI)对构造活动性、岩性变化、冰川作用强度的指示意义进行了研究。研究表明:HI值具有面积依赖及空间依赖性;东昆南断裂(F4)-西大滩断裂(F3)以昆仑山口为界可以分为东西两部分,各自的活动性都是中间强往两边依次减小,东昆中断裂(F1)的活动性变化不大;岩性对HI影响表现出,侵入岩的抗侵蚀力最大,片岩的抗侵蚀力最小,碳酸盐岩组合的抗侵蚀力居中;冰川作用对地貌发育和侵蚀程度有改造作用,与只有古冰川发育或无古冰川流域比较,有现代冰川发育,古冰川作用遗迹广泛的流域,HI值较大并会出现U型谷。

基于面积-高程积分的他念他翁山玉曲流域地貌学分析

以他念他翁山玉曲流域为研究区,利用ArcGIS中的水文分析工具,将玉曲流域划分为1 030个亚流域盆地,采用高程起伏比法,对亚流域盆地进行面积-高程积分值(HI)计算。结合研究区的构造运动、岩性、地形起伏度、冰川作用等,探讨HI值的分布特征及主要影响因素,并确定研究区的地貌演化阶段。研究结果显示:①玉曲流域所有亚流域盆地的HI值介于0.18~0.70,HI平均值为0.44,整体处于侵蚀循环的壮年和老年阶段。②长毛岭大断层和瓦合大断裂经过玉曲流域,2条断裂的HI平均值分别为0.47和0.42,长毛岭大断层的活动性要高于瓦合大断裂,说明构造因素对HI值存在一定影响。③由于不同亚流域盆地内岩性抗侵蚀能力不同,导致HI值存在着较大差异,花岗岩、闪长岩等侵入岩(平均值0.55)>砾岩、灰岩等沉积岩(平均值0.49)>海相碳酸盐岩(平均值0.47)>夹杂着粉砂岩、页岩和泥岩的长石石英砂岩(平均值0.42)>第四系冲积物和冰碛物(平均值0.35)。④对于玉曲流域而言降水量对HI值的影响较小。

福建沿海地区流域盆地的面积-高程积分特征及其新构造指示意义

基于ASTER GDEM V2数据,提取福建沿海地区主要的水系网络和流域盆地,计算亚流域盆地的面积-高程积分值(HI值),以分析区内流域地貌与新构造运动的响应关系。结果表明,HI值从沿海向内陆呈条带状逐渐递减,与本区NW向主要断裂带的活动特征和小震活动分布特征具有较好的一致性,这也可能是区内向内陆地区方向受到台湾岛动力触角的影响逐渐减弱的原因。同时南海盆地打开的裂谷扩张和太平洋板块向东俯冲过程的博弈结果在福建沿海地区的流域地貌中也得到了比较充分的反映。

基于面积-高程积分的地下水动态分析——以泾惠渠灌区为例

为了研究泾惠渠灌区的地下水动态特征,探讨面积-高程积分在地下水动态分析中的可行性,利用ArcGIS空间分析工具计算了灌区地下水面积-高程积分数据,绘制了不同时期的地下水面积-高程积分曲线,分析了灌区地下水水位与储存量动态特征。结果显示:1978?—?2012年,泾惠渠灌区地下水面积-高程积分值为0.46、0.44、0.38、0.39,表明地下水水位与储存量整体呈下降趋势;1991?—?2012年,410.00?—?446.19 m水位区间面积由1978年的2.54下降为0,342.51?—?360.00 m水位区间面积多年持续增加,中等水位区间存在演化差异性,反映出不同时期地下水开发强度具有空间变异性;以1978年为基准,至2012年地下水储存量减少约7.08×10~8 m^3;降水、地表水引水量、人工开采是影响泾惠渠灌区地下水动态的重要因素,补排失衡是引起灌区地下水储存量下降的主要原因。研究表明:面积-高程积分曲线可以表征地下水水位空间结构特征和储存量的变化情况,利用面积-高程积分值能够近似估算地下水储存量变化量,证明了面积-高程积分在地下水动态研究中具有一定的实用性。

基于面积-高程积分值的泥石流发育阶段分析--以牛孔河流域泥石流为例

云南省绿春县牛孔河南岸和北岸的泥石流发育阶段的差异明显。为研究同一流域存在这种差异的原因,以戴维斯地貌侵蚀理论为基础,探讨了泥石流发育阶段划分标准,将泥石流发育阶段划分为发育期、旺盛期、衰退期和停歇期,并采用面积-高程积分法定量分析了牛孔河流域8条泥石流沟的发育阶段。研究表明:发育在牛孔河北岸的N1~N3泥石流沟处于泥石流发育的衰退期,发育在牛孔河南岸的N4~N8泥石流沟处于泥石流发育的旺盛期;断裂是导致牛孔河流域泥石流发育阶段存在差异的主要原因,牛孔-黄草岭断层走向与牛孔河主河道延伸方向基本平行;现阶段衰退期泥石流位于牛孔-黄草岭断层上盘,而处于旺盛期泥石流位于该断层下盘。