基于地貌几何数学模型的沟道分级——以延河流域为例开题报告

1. 研究目的与意义

黄土高原是中国四大高原之一，是中国乃至世界上最大的黄土沉积区域，高原上覆盖着深厚的黄土层，黄土土质疏松，水土流失严重。水土流失是由于自然因素和人为不合理活动导致的环境灾害问题，黄土高原是中国乃至世界上水土流失最为严重的区域，所以长时间以来以典型小流域作为研究对象，研究区域的水文过程和侵蚀模型成为研究的重点。基于流域的DEM，应用Arcgis内相关工具提取流域内的水文信息，在此基础上进行基于地貌几何数学模型的沟道分级，计算大小流域的发育参数，并以此参数来判断流域地貌发育阶段是我本次研究的目的。本次课题研究对进行地貌几何定量研究具有普遍的理论意义和实用价值，对于小流域水土流失规律的研究和水土保持措施的规划，对于经济社会建设和提高灾害预防能力都具有重要的实践意义。

2. 国内外研究现状分析

我国划分沟道级别的惯例，是以序列原则进行分级。这种分级方法看起来清晰，但对于一个同级沟，则很难进行比较，更不能满足流域内水系等级定量划分，形成在大小不同的2个流域内，同一级别的水道可能相差很大，造成可比性差,又用集水面积的大小进行分析比较，却很难说明其侵蚀规律，无法弄清楚地貌形成过程的物理本质。所以，长期以来我国地貌学处于定性描述范畴，严重影响了小流域的研究和治理。

在美国，随着科学的进步，地貌学也正在朝着定量化的方向发展。近年来，关于研究河流地貌的方法发展很快，从使用简单的物理模式，转变到使用数理统计、数理逻辑等进行分析。如美国地貌学家r.e.horton和a.n.strahler提出的地貌几何定量数学模型分级方法，对于流域沟道分级具有较高的科学性，使沟道分级定量化，特别是使同级沟道有了可比性。

对于地貌发育理论的研究，不得不追述到19世纪末，美国著名地貌w.m.davis根据达尔文进化论思想，提出侵蚀循环学说，认为地貌的发育是内外营力和时间的函数，根据三者变量的不同组合，以此来划分地貌发育的不同阶段，即:幼年期、壮年期和老年期。地貌发育从最开始的定性描述跨越到解释性理论，地貌学经历了第一次跨越。随后的学者在w.m.davis理论的基础上提出了不同的观点，其中著名的有:德国地貌学家w.penck山前梯地学说，前苏联地貌学家马尔科夫四级地貌水准面学说，莱斯特.金的坡面的平行后退发育模式，约翰逊提出的海蚀区循环理论，派耳梯尔冰缘区侵蚀循环理论，罗来兴、景才瑞、尹国康、涂汉明结合前人研究提出自己独特的理论。

3. 研究的基本内容与计划

主要研究内容

基于dem模型利用arcgis对延河流域的水文信息如沟道，坡度，坡向，大小流域面积，沟道纵降比等进行提取，基于地貌几何数学模型进行沟道分级，通过面积高程积分计算大小流域发育参数，判断流域各地貌发育阶段，应用于流域水土保持，沟道侵蚀防护中。

工作进度安排

4. 研究创新点

分析比较不同水文信息的提取方法，找出适合自己的处理数据，进行沟道分级，计算不同的地貌参数，从不同角度判断地貌发育阶段