海蘭河流域水系特征提取與分析

海蘭河流域水系特征提取與分析

1海蘭河流域地質(zhì)概況海蘭河位于吉林省東部延邊朝鮮族自治省。它起源于古代焦峰山脈老峰嶺東南部。河流海拔1395m，向東流入和龍、龍井。沿途有鳳米河、長(zhǎng)仁河、福東河、六經(jīng)河、東海河、延吉市以東的河龍村附近，匯入布漢田河。海蘭河富裕地區(qū)兩岸地勢(shì)較高，流速快，河溝狹窄深。河床由礫石和卵石組成。富興市以下的地勢(shì)逐漸平緩。河龍市土山子地區(qū)形成山谷盆地。河流兩岸為河谷平原，土壤肥沃。是著名的內(nèi)陸水域。地質(zhì)構(gòu)造經(jīng)歷了古代馬鞍山運(yùn)動(dòng)。古生代末，受華力西運(yùn)動(dòng)的影響，巖漿活動(dòng)激烈，主要是由中酸性花崗巖引起的。在中生代初期，受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，構(gòu)造巖漿再次活躍，大規(guī)模酸性花崗巖上升，形成現(xiàn)在土地的基本輪廓。2海蘭河干流分級(jí)流域水系的分析方法可分為定性和定量分析.根據(jù)Strahler的方法,首先判定河流的級(jí)數(shù),然后再根據(jù)河流級(jí)數(shù)判斷其幾何特征.在地形圖上以源頭最小的河流開(kāi)始,成為1級(jí)河流,以后2條1級(jí)河流匯合后的河段成為2級(jí)河流,依次類(lèi)推到更高級(jí)別的河流(圖1).這種分級(jí)方法雖然與我國(guó)常用的分級(jí)方法不同,但在GIS平臺(tái)上較為常用.海蘭河流域河流眾多,根據(jù)Strahler的方法利用1∶50000矢量化的水系圖為底圖,在GIS平臺(tái)上可把海蘭河分為6個(gè)等級(jí)(圖1),各級(jí)支流的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1.海蘭河干流南側(cè)支流(396條)比北側(cè)(206條)大概多1倍,各級(jí)河流河道的總長(zhǎng)度也比北側(cè)(524.65km)長(zhǎng)約352km,而流域面積只是稍多一些.這主要是因?yàn)槟蟼?cè)比北側(cè)地勢(shì)高,山地多,所以1,2級(jí)支流發(fā)育得比較好;而北側(cè)地勢(shì)較平坦,1,2級(jí)支流相對(duì)較少.2.1樹(shù)枝狀水系特征河流主支流間呈近似銳角相交排列,如樹(shù)枝狀的水系稱(chēng)樹(shù)枝狀水系.一般來(lái)說(shuō)樹(shù)枝狀水系分支不規(guī)則,各級(jí)河流大多以近似的銳角匯合,多發(fā)育于原始地形平坦、巖性均一的地區(qū).樹(shù)枝狀水系是花崗巖地區(qū)典型的水系之一.當(dāng)花崗巖的巖石顆粒結(jié)構(gòu)均一時(shí),形成典型的樹(shù)枝狀水系;當(dāng)花崗巖的礦物顆粒由粗變細(xì)時(shí),則樹(shù)枝狀水系密度由稀疏變?yōu)槊芗?海蘭河流域水系的空間分布呈樹(shù)枝狀.從海蘭河發(fā)源地至和龍段的水系就是比較典型的樹(shù)枝狀水系(圖2-A).該流域還分布著梳狀—樹(shù)枝狀水系(平行狀水系),如在南陽(yáng)-崇明-龍巖河段左側(cè)的1級(jí)河流基本互相平行,并大致呈直角匯入主流(3級(jí)支流),如圖2-B.這類(lèi)水系主要在第三紀(jì)玄武巖地區(qū)特別明顯,水系密度小至中等,沖溝不發(fā)育、支流長(zhǎng)而少、沖溝似刀切狀.這種明顯的梳狀—樹(shù)枝狀水系是本地區(qū)第三紀(jì)玄武巖的特征標(biāo)志.在圖1,2中可以看出,平行狀水系發(fā)達(dá)的地方干流的兩翼發(fā)育不均勻,而且這些支流大多與主流直角相交.海蘭河的1級(jí)支流中梳狀—樹(shù)枝狀水系比樹(shù)枝狀水系多.梳子狀水系多是因?yàn)閿嗔褬?gòu)造多而形成的.地質(zhì)資料查核證明該地帶正是線性斷裂構(gòu)造的活動(dòng)頻繁區(qū).線性構(gòu)造的定向排列和具有一定的延續(xù)性是顯示斷裂構(gòu)造的主要標(biāo)志.2.2海蘭河流域盆地形狀計(jì)算流域盆地形狀對(duì)流量有直接影響.因此功能性河流地形學(xué)很重視對(duì)河流形狀的客觀了解.對(duì)于盆地形狀的了解有定性和定量?jī)煞N分析法.定量分析法學(xué)者有Horton、Miller、Schumm等.這里采用了應(yīng)用最廣泛的Schumm分析法分析該流域盆地的形狀特性.此方法以與流域面積相同的圓直徑跟流域盆地長(zhǎng)直徑的比值來(lái)判斷,其計(jì)算公式如下:E=2·(A/π)1/2/L式中,A:流域面積/km2,L:流域盆地的長(zhǎng)直徑/km.海蘭河流域的面積約2934km2,該流域盆地的長(zhǎng)直徑是97.9km.根據(jù)公式得出E=0.624.E值越接近于零,說(shuō)明流域盆地形狀越呈長(zhǎng)行;E值越接近1,說(shuō)明流域盆地的形狀越接近圓.該流域的E值近似等于0.624,說(shuō)明該流域的盆地形狀近似橢圓(圖1).一般流域圓度較小,長(zhǎng)度較長(zhǎng),此種形態(tài)的流域洪水回流時(shí)間較短,形成的洪峰較大,因此輸沙能力也較強(qiáng),促使下游河床逐年增高.2.3基巖特性是基巖網(wǎng)的一種重要巖河網(wǎng)密度衡量河網(wǎng)發(fā)育程度,對(duì)流量和搬運(yùn)物質(zhì)的量有很大的影響,因此在河流研究中與河網(wǎng)體系的分析同樣受到重視.即使是兩個(gè)區(qū)域水系空間的分布形態(tài)相同,河網(wǎng)密度也有可能不同.河網(wǎng)密度隨地形、氣候、巖石、土壤及植被的不同而不同.其中以基巖的特性最為重要,一般在透水層或抗侵蝕的巖石分布區(qū)或者起伏小、植被茂密的濕潤(rùn)氣候區(qū)河網(wǎng)密度較低;反之,則河網(wǎng)密度較高.其公式如下:河網(wǎng)密度=各級(jí)河道長(zhǎng)度總和(km)/流域面積(km2)海蘭河的河道長(zhǎng)度總和L=1401km,流域面積A=2934km2.利用公式求得該流域的河網(wǎng)密度是0.48.該值越大,說(shuō)明單位面積內(nèi)河流數(shù)量越多.海蘭河流域位于延邊中東部半濕潤(rùn)氣候區(qū),年平均降水量為517.6mm,降水量不多,且河流中下游富興以下地勢(shì)漸緩,至和龍鎮(zhèn)土山子一帶構(gòu)成河谷盆地,八家子以下沿河的兩側(cè)為河谷平原區(qū),因此海蘭河的河網(wǎng)密度屬于中等.2.4明率、精密度、雙程度的研究區(qū)域的劃分河流分歧率的分析方法有定性和定量分析法.50年代前采用定性分析法,之后主要用定量體系來(lái)分析.對(duì)定量分析有貢獻(xiàn)的學(xué)者有Horton,Shrevr,Strahler和Smart等.特別是Strahler,Horton的研究在此領(lǐng)域影響甚大.本文采用Horton最初試用,經(jīng)Strahler修改發(fā)展的方法來(lái)分析河網(wǎng).此方法既簡(jiǎn)明又準(zhǔn)確,而且通過(guò)離回歸線的程度可以判斷研究區(qū)域的地形特征.河流的分歧率是指一定等級(jí)河流的條數(shù)與上一級(jí)河流條數(shù)的比值.河網(wǎng)的特點(diǎn)通過(guò)河流的分歧率來(lái)判斷,其計(jì)算公式如下:Rb=Nu/Nu+1式中,Nu:U級(jí)河流的條數(shù),Nu+1:U+1級(jí)河流的條數(shù).根據(jù)Strahler的方法,受地質(zhì)構(gòu)造影響較小的河流的分歧率一般在3.0～5.0之間(平均值=4.0).一般認(rèn)為,如果干流比支流的發(fā)育微弱,說(shuō)明受地殼運(yùn)動(dòng)或者巖石及地質(zhì)構(gòu)造的影響較強(qiáng).該流域河流的分歧率是3.32(表2),說(shuō)明受地質(zhì)構(gòu)造影響不明顯.2.5河流直線長(zhǎng)度的彎曲分析河流的彎曲系數(shù)是指某河段的實(shí)際長(zhǎng)度與該河段直線長(zhǎng)度的比值.彎曲系數(shù)越大,表明河段越彎曲,對(duì)航運(yùn)和排洪不利,其計(jì)算公式如下:K=L/A式中,K:彎曲系數(shù),L:河流實(shí)際長(zhǎng)度,A:河流直線長(zhǎng)度.各種不同的彎曲形狀具有不同的彎曲系數(shù),微彎曲的河流,其彎曲系數(shù)接近于1(小于1.2);具有鈍角形彎曲的河段成為彎曲不大的河段,其彎曲系數(shù)為1.2～1.4;具有半圓形彎曲的彎曲河段,其彎曲系數(shù)為1.5左右;大多數(shù)具有套形、菌形和復(fù)雜彎曲的河段成為彎曲極大的河段,變曲系數(shù)大大超過(guò)1.5.海蘭河的實(shí)際河道長(zhǎng)度約為145km,直線長(zhǎng)度約為90km.其彎曲系數(shù)為1.6,屬于接近于半圓形的彎曲河流.在和龍以上河段和下游龍井以下河段相對(duì)比較彎曲,特別是八家子以下河段由于沿河的兩側(cè)為河谷平原區(qū),所以該河段比較彎曲.3地質(zhì)構(gòu)造影響1)利用GIS技術(shù)對(duì)水系特征進(jìn)行分析得出,海蘭河流域水系的平面形狀以樹(shù)枝狀水系為主,并伴有梳狀—樹(shù)枝狀水系等;E值是0.624,說(shuō)明流域盆地形狀大概是橢圓;河網(wǎng)密度為0.46,說(shuō)明密度中等;平均分歧率為3.32,說(shuō)明該流域受地質(zhì)構(gòu)造影響不明顯;干流彎曲系數(shù)為1.6,說(shuō)明屬于彎曲河流.2)通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),水系的發(fā)育程度和組合類(lèi)型主要受巖性、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、區(qū)域性構(gòu)造環(huán)境影響.區(qū)域巖性對(duì)水系的影響主要表現(xiàn)在水系類(lèi)型、形態(tài)和密度上,所以用水系類(lèi)型可粗略劃分巖性界限.這對(duì)于通過(guò)河流地貌研究構(gòu)造活動(dòng)有重要意義,同時(shí)對(duì)河流演化、水土保持的研究也有積極