当前世界环境

介绍

形态计量学研究首先由Horton, Strahler, Smith, Schumm和Miller进行^{1 - 5}．亚伯拉罕、朗拜、利奥波德和马多克也进行了盆地形态测量的平行研究^{6 - 8}．许多研究人员对河道的线性、空中、地形、坡度和坡度进行了形态计量学分析^9、10．流域形态测量显示了对河流水文和河道的影响。Sapkale用水力几何和河道过程的方法在Tarali河上做了类似的工作^{11 - 13}．本研究的主要目的是利用GIS与遥感相结合的方法对卡德维河流域的形态计量参数进行分析。目前，GIS技术更适用于流域各种形态和地形参数的评估。GIS提供了高精度、工作灵活性以及用户友好的工具。利用DEM数据对卡维河流域进行地形分析。利用DEM数据获取流向、流量累积、坡度图、坡向图、等高线图以及流域起伏度、起伏比、绝对起伏度、流域坡度等形态测量参数。许多研究者还利用地理信息系统和远程技术来评价河流流域的形态^14-22．流域形态计量学研究提供了与流域地形、河流水文特征、流域地貌有关的信息，有助于河流水资源管理、灌溉和水库选址适宜性。森林砍伐、过度开发表层土壤造成的景观侵蚀和土地覆被变化也是人类活动对流域形态特征影响较大的影响。Kadvi河流域也反映了这种类型的人为干扰，这是导致流域形态特征变化的原因。排水密度、坡度、径流量、质地、起伏比等基本水文参数也表达了流域的水文特征，有助于从地质水文方面评价地下水带的潜在位置。形态计量学方面的分析可以为利用遥感和地理信息系统技术研究水文模型提供支持。

研究区域

Kadvi河流域位于北纬16°48' 51.369"至17°3' 5.686"之间，东经73°45' 58.957"至74°05' 35.303"之间。参照SOI地表表47G16、47H13和47L1, Kadvi河流域面积为428.81平方公里。Kadvi河发源于印度马哈拉施特拉邦Kolhapur, Shahuwadi, Amba村附近的西部ghat。卡德维河是瓦尔纳河的主要支流。Kadvi河从西流向东侧，在Thergaon村附近与Warna河汇合²³．Ambardi河、Potphogi河和Shali河是Kadvi河的支流。Kadvi河的长度为48.66公里。卡德维河流域占沙胡瓦迪河流域总面积的近41.50%，因此卡德维河被称为沙胡瓦迪河流域的脊梁。盆地气候一般属温带²⁴．从6月到10月，这个盆地雨量充沛²⁵．

图1:Kadvi河流域位置图和排水网络(来源:基于印度地图调查) 点击此处查看图

材料与方法

没有SOI地形图或卫星图像，河流的形态计量学分析是不可能的。本文采用1:5万比例尺的SOI拓扑表47G16、47H13和47L1。地理参考过程由Erdas Imagin 9.1完成。在arcgis 9.3上编写了数字化过程和计算的说明。形态计量学分析通过线性方面、面方面和浮雕方面传达。在SOI拓扑表的基础上计算了Kadvi河流域流域面积和流域网络(图1)。Kadvi河流域河流排序采用Strahler溪流排序法。流向图、DEM图、坡度图、坡向图和等高线图采用Cartosat DEM图像。

图2:(a) Cartosat图像，(b) Kadvi河流向，(c) Kadvi河DEM， (d) Kadvi河流域坡向图，(e) Kadvi河流域等高线图，(f) Kadvi河流域坡度图 点击此处查看图

结果与讨论

流顺序

流域形态计量学分析的第一步是得到河序。它被定义为计算溪流在溪流和支流层次中的排列²⁶．流排序法最早是由霍顿发明的²⁷1945年，但后来在1952年，斯特拉勒²⁸修改并发布了流排序方法。斯特拉勒法非常简单，因此许多研究者普遍采用该方法进行形态测量。在本研究中，采用Strahler方法对流进行排序。其结果是，卡德维河被1948条小溪与1条相连^圣到7^th流的命令。

流数(Nu)

特定顺序的流段的数量是单独估计的，称为该特定顺序的流数。霍顿²⁷发明了流段的数量。流的数量随着流阶的增加而减少。已检测到流顺序与相应顺序的流编号之间的负相关关系。

卡德维河流域的所有流域都按照斯特拉勒系统进行了划分。Kadvi河流域的Strahler定律表明，第一阶占总数的76.39%，第二阶占总数的17.97%。3^{理查德·道金斯}， 4^th， ５^th6^th7^th流分别占总数的4.26%、0.98%、0.26%、0.10%、0.05%。一阶流的高值表明下游有暴雨后发生严重洪涝的可能²⁹．

图3:流顺序与日志顺序 溪数、卡德维河流域 点击此处查看图

流长(lu)

流长度是指每个特定顺序中的流的总长度被批准为该顺序的流长度。本研究采用霍顿定律计算流长。通常，一阶流段的总长度最大，并随着流阶的增加而减小。这可能是由于来自高海拔的溪流，岩石和土壤类型的变化以及中度陡峭的斜坡和盆地上的隆起所致^30、31日．

可以从表1中测量1的长度^圣据测量，顺序占总流长度的60.61%。2^nd订单流的长度为21.04%。3.^{理查德·道金斯}序约占长度的9.39%。4^th订单长度为3.92%。5^th订单长度为2.12%。6^th和7^th顺序长度分别为1.50%和1.42%。结果表明，一阶流数量多但长度短，基本存在于上游区域。

图4:流顺序和log 长度小溪，Kadvi河 点击此处查看图

流长比(Lurm)

霍顿²⁷确定了平均流长度的概念。Lurm是任意两个连续阶平均流长度之比。从一个阶阶到另一个阶阶的变化，代表了其地貌发育的后期青年阶段。由于坡度和地形条件的差异，盆地相邻河阶之间的河长比存在差异。Kadvi河的流长比在1.48 ~ 2.05之间任意变化。揭示了该地区坚硬地形受岩石构造的切割和控制，低阶河流长度有限。

平均流长(Lum)

是一个维度属性，显示了一个排水系统的组成部分及其贡献的流域面积的特征大小。Kadvi河平均流长值为0.56 ~ 19.42。Kadvi河平均流长为0.56 / 1^圣订单，0.82为2^nd订购，3人1.55美元^{理查德·道金斯}顺序，而4^th,5^th6^th， 7^th顺序分别为2.83、5.81、10.26、19.42。河流的Lum随着阶数的增加而增加，说明Lum与河流阶数呈正相关。Kadvi河的平均流长为1.82。

分岔比(Rb)

Rb是“两个连续顺序中流的数量之比”。Schumm提出了分岔比的概念³²．根据舒姆的说法，分岔率是任意阶流段的数量与下一阶流的数量之比³²．这些不规则性取决于流域的地质和岩性发育过程³²．Kadvi河的分岔比在2 ~ 4.37之间。分岔比越小，表明流域受到的构造扰动越小。在本研究工作中，可以清楚地看到，分叉比值越大表明流域对水系有较强的构造控制，而分叉比值越小表明流域不受构造扰动的影响。

平均分岔比(Rbm)

Kadvi河的平均分岔比为3.52。流域的“Rbm”越高，意味着由于地质构造越复杂，许多河序变化越大³³．

加权平均分叉比(Rbwm)

Strahler(1953)使用了Rbwm，考虑了每对连续顺序的分岔比率和该比率所涉及的流的总数的结果，并取这些值之和的平均值。这样确定的值彼此非常接近。该方法得到的Kadvi河的Rbwm为4.24。

表1:流序、流数、分岔比、流总长度、流长比、怒对数、陆对数

流顺序	流数	分叉率	河流总长度(公里)	平均流长(公里)	流长比	日志ν	陆日志
1	1488	4.25	830.90	0.56	1.48	3.17	2.92
2	350	4.22	288.46	0.82	1.88	2.54	2.46
3.	83	4.37	128.72	1.55	1.83	1.92	2.11
4	19	3.80	53.80	2.83	2.05	1.28	1.73
5	5	２．５０	29.04	5.81	1.77	0.70	1.46
6	2	2.00	20.52	10.26	1.89	0.30	1.31
7	1	---	19.42	19.42	---	0.00	1.29
总计	1948	3.52	1370.85	5.89	1.82

主航道长度(Cl)

这是沿最大水源从出水口到河道边界末端的距离。在本研究中，利用Arc-GIS软件测量了主航道的长度。计算结果为卡德维河48.66公里。

通道指数(ci)及谷指数(vi)

Kadvi河的河道指数是用河道平均长度除以最小面距来计算的。Kadvi河的通道指数(ci)为1.77。河谷指数的估算采用河流的河谷长度与最小面距之比，Kadvi河流域的河谷长度为1.3。

ρ系数

Rho系数参数与流域地质进展的排水密度密切相关，是评价流域系统蓄水能力和流域改善的决定因素²⁷．Kadvi河的Rho系数值为0.52。地质、地貌、气候和生物等因素共同决定了Rho系数的变化。

盆地长度

不同的研究者对盆地长度(lb)的不同含义进行了讨论^32-36．参照Schumm, Kadvi河流域的长度为35.86 km。利用Arc GIS软件对Kadvi河流域长度进行了测量。盆地的长度取决于盆地的形状。长形盆地的特点是盆地长度大。

曲折度指数

显示一条排水线的河道偏离直线的性质是河流的性质。曲度指数对于验证地形特征对河道的影响具有重要意义，反之亦然。1.0为直河道，1.0 ~ 1.5为曲流河道，1.5以上为曲流河道²⁶．Kadvi盆地的值为1.36，表现为曲折的过程。

流域面积

它是形态计量学分析的关键参数^{1 - 5}．流域地区是指雨水聚集并排入河流和其他水体的任何地区。一般来说，地形地形决定了河流的流域面积。Schumm建立了河流流域面积与河流总长度的关系。Kadvi河流域面积428.82平方公里。盆地面积与盆地形态密切相关。较大的流域地区更容易发生洪水。

盆地周长(P)

Kadvi河流域的周长估计为107.8公里，覆盖了Shahuwadi河的大部分地区。利用Arc GIS软件进行估算(表2)。流域周长是流域边界的长度，当流域周长与流域面积相关联时，流域边界的长度包围着流域区域。可以计算出盆地离真圆的距离。同样，当与起伏联系在一起时，它给出了盆地的总体陡峭度。

长度面积关系(Lar)

1957年，哈克提出了长度面积关系的概念。长度-面积关系值按下式计算^37-43．

Lar = 1.4 * A^0.6

Kadvi河流域的Lar值为53.15。

双纽线的(K)

为了得到盆地的坡度，Chorley提出了lemniscates值^35、36．Kadvi河流域K值为3。公式表示为

K =磅²/ 4 *。

这里，Lb =盆地长度，A=盆地面积。

形成的因素

霍顿²⁷描述了外形尺寸概念。形状因子表示河流流域与流域长度的平方之比。如果盆的形状因子接近于零，则表示高度拉长的形状，接近于1点的圆形形状。当Rf值为0.25时，表示较低的值，另一方面表示较长的形状;当Rf值为0.78时，表示较高的值，表示较好的圆形盆形。Kadvi河的形态因子为0.33。这意味着卡德维河流域具有细长的形状。在狭长型盆地中，水流比圆形盆地更容易散开。

延伸率

延伸率^{1 - 5}指与流域相同面积的圆周直径与流域最大长度之比。再，用下面的公式表示-

Re = 2 / Lb * (A / π)^0.5

Re值分为5类，分别为0.9 ~ 0.10为圆形，0.8 ~ 0.9为椭圆形，0.7 ~ 0.8为较不拉长，0.5 ~ 0.7为拉长，0.5以下为较拉长。值接近1.0的区域具有非常低的起伏。卡德维河延伸率为0.65，为低起伏，呈细长状。

纹理比(Rt)

结构比例^{1 - 8}在流域形态分析中是一个突出的组成部分，它被定义为一级河流与盆地周长的比值。本研究表明，流域的纹理比为13.8，属于中等性质。它取决于气候、降雨、植被、岩土类型、入渗能力和发育阶段等多种自然因素。

循环率

米勒在1953年提出了圆度比的概念。根据米勒的说法，圆度比是指盆地的面积与同一盆地的周长之比³⁷．盆地Rc用下式表示

Rc = 4 π* (A /P)²）

Miller描述说，圆度比为0.4 ~ 0.5的盆地表明了高度拉长和均匀的地质构造。圆度比的值在0(直线)到1(圆)之间。由于地形起伏和盆地坡度的变化，发现了圆度比的变化。圆度比值小表明河流处于青年期，值中高表明河流处于成熟期和老年期。Kadvi河流域处于发育成熟期，Rc值为0.46。根据米勒定律，Kadvi河流域具有高度细长的形状³⁷．

排水结构

霍顿²⁷发明水系纹理概念，将水系纹理定义为一个盆地每周长内所有顺序的水系数的总和。史密斯³⁸将排水质地分为5级，即2以下为极粗，2至4为粗，4至6为中等，6至8为细，8以上为极细³⁸．流域的流域结构取决于流域的降雨、植被覆盖、气候条件、土壤类型、岩层和地形。在本研究中，由于多种地貌和地质作用的共同作用，Kadvi河流域显示出非常精细的排水结构，其排水结构值较大，为18.07。

密实系数(Cc)

根据重力定律⁴⁴流域的紧凑系数是指流域的周长与圆形面积的周长之比，它等于坡度，而不是流域的大小。根据公式计算了密实度系数。

Cc = 0.2841 * P /A^0.5

Kadvi流域的紧密系数为1.48。对于一个完美的圆，紧凑系数的测量是统一的，并与盆的长度成正比。这与盆地的伸长性有直接关系。

适合度比(Rf)

根据梅尔顿的说法⁴⁷，适应度比值表示为主河道长度与流域周长的比值。许多著名的作者对健身定量进行了各种研究^45-51．它是地形适合度比的度量，对于Kadvi河流域，它是0.45。

徘徊比(Rw)

Smart and Surkan⁴⁸定义了主流长度与河谷长度的徘徊比。盆地出口与山脊极值点之间的实际距离就是山谷的长度。Kadvi河流域的徘徊比为1.36。

流频率(Fs)

1932年，霍顿^{1 - 8}发明了流频的概念。根据他的观点，河流频率是盆地所有阶的河流总数除以盆地总面积的比率。水流频率与排水密度密切相关，水流频率增加，排水密度也相应增加(表2)。陡坡、不透水的土壤和松散的岩石结构是造成高水流频率的原因^{1 - 8}．此外，河流的频率还取决于降雨和流域的地质情况。卡德维河流域多为丘陵地带，河流频次适中，为4.54。

排水密度(Dd)

Horton首先介绍了排水密度，后来又有许多研究者介绍了排水密度^{1 - 8}计算了流域的排水密度。流域密度是流域总河流长度除以流域总面积的比值。Dd的单位是mi/sq。Mi或km/sq。公里。排水密度小，排水纹理粗，排水密度高，排水纹理细^{1 - 8}．排水密度分为五类³⁹2以下为极粗，2 ~ 4为粗，4 ~ 6为中等，6 ~ 8为细，8以上为极细。Kadvi河的排水密度为3.2 km/sq。公里。建议排水密度较粗。高排水密度分布在盆地西南、南两个方向的丘陵地带⁴⁰．Dd是一个非常敏感的参数，与降雨、植被、土壤结构、地质、岩层、土地利用和土地覆盖等形态计量参数密切相关。排水密度与水流频率呈正相关。这种排水密度与水流频率的正相关关系决定了流域的排水能力。

持续通道维护

舒姆(Schumm)在1956年给出了排水密度的反比或河道维护常数作为地形属性。河道保持常数反映了流域内地貌单元的相对大小，具有特定的成因内涵^{1 - 8}．它由长度的尺度组成，因此与地貌单元的尺度成正比关系。常数“C”提供了维持一英尺水流所需的流域表面平方英尺数的必要数据^{1-8 19 33 49。}沟渠维修常数是土壤渗透性的函数。冲积区和山前区盆地的恒定河道维持率较高。Kadvi盆地的河道维持量为0.31 km²．恒定通道值越大，岩性控制作用越强，渗透率越高⁸．除了渗透性外，改变维持常数的因素还有岩石类型、地形、植被和降雨持续时间。

排水强度

排水强度由Faniran表示⁴⁵，即它是水流频率与排水密度之比。该研究反映了Kadvi流域的低排水密度为1.42。排水密度与排水强度呈负相关关系。排水密度越大，排水强度越低，排水密度越低，排水强度越高。低排水强度证明了在剥蚀过程中，排水密度和水流频率对盆地表面的影响很小^45-51．低地表径流量是低排水密度、低水流频率和低排水强度的关键特征，并产生洪涝灾害、土地滑坡和湿地效应。

渗透数

排水密度(Dd)与排水频率(fs)的乘积称为入渗数。Kadvi河流域为中等入渗数，为14.53。入渗数越高，入渗越少，径流量越大，导致施工排水密度越高。这也揭示了盆地的不渗透岩性和较高的起伏度⁴⁹．

缓解率

Schumm³²界定了缓释比的概念。他认为，起伏比是同一盆地的总起伏与盆地长度之比。卡德维河流域起伏比为0.013，为中度起伏盆地，坡度适中。

绝对宽幅(Ra)

绝对地形是指某一地点与海平面之间的高度差。据估计，整个卡德维河的绝对坡度为1027米。

相对宽幅(Rhp)

相对起伏称为总起伏(H)除以流域的周长(P)。由表达式Rhp = H/P给出。但梅尔顿⁴⁷通过使用;Rhp = (H*100)/P。Kadvi河的相对比值为0.44。地势起伏比低意味着地势平缓，地势起伏比高意味着坡度陡。

解剖指数(Dis)

解剖指数由盆地总起伏度除以绝对起伏度计算，公式如下:

Dis = H / Ra

Dis值通常在0(完全缺乏解剖)到1.0(海平面垂直悬崖)之间变化。kadvi河流域的实测Dis值为0.46。表明卡德维盆地与陡坡丘陵区相结合。

梯度比(Rg)

坡度比是盆地总起伏度除以盆地长度的比值。它类似于浮雕比。Sreedevi⁵⁰说明了坡度比作为河道坡度的一个指标，它可以评估径流量。研究区kadvi河流域的梯度比计算值为0.013。

坚固度(Rn)

斯特拉勒说^{1 - 8}当最大流域起伏与排水密度相乘时，结果为崎岖度数。基于此，估计全kadvi的坚固度为1.53。

梅尔顿坚固度(MRn)

根据Melton的说法，MRn是一个坡度指数，它提供了流域内地形崎岖度的专门表示⁴⁷．kadvi河流域的MRn为23.03。

结论

本文尝试利用遥感和GIS技术对卡德维河流域进行地貌测量研究。这种现代技术为研究流域的形态特征提供了更精确的方法。Kadvi River有1个^圣到7^th但低阶流主要控制盆地(表1)。形状因子、延伸率和圆度比表明，卡德维河流域呈狭长型，径流适中。溪流频率和排水密度与径流、入渗、沉积物等水文参数有关，是流域形态计量学的关键参数。卡德维河流域排水密度较大，为3.2 km/km²．盆地主要发育人字形、树突状、矩形和放射状水系。本研究对卡德维河流域的开发具有重要的流域管理意义。根据估算的流域形态计量数据，可以对灌溉设施和农业生产过程进行科学的尝试和控制。

鸣谢

本文作者衷心感谢st - fist和Shivaji University, Kolhapur为本文提供遥感数据和计算机实验室设施。

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