14.6. 地貌

14.6.1. 地貌信息的内涵、地貌系统的特点与分析方法 #

地貌是地壳表层内外营力共同作用到某一发展阶段所形成的三维地表形态，是内、外营力，介质性质和时间的函数， 可表述如下：

其中

• M 表示地貌形态；

• F 表示内外营力对地表的作用；

• x，y，z 为空间坐标；

• \(F_i\) 表示内营力；

• \(F_e\) 表示外营力；

• m 表示构成地貌的介质性质，包括岩性与构造两个方面；

• t 表示作用时间。

内外营力的类型、强度、作用方式、介质性质与作用时间的不同组合，直接影响着地表形态特征。 也就是说，在地貌信息中蕴含着归属于不同内外营力和不同发展阶段的特征地貌信息，以此为信息源， 提取所需各种特征参数进行复合分析，可以得到不同专题的综合评价结果。

地貌系统是一个开放性的动态系统，是由各种地貌形态类型和要素构成的复杂综合体， 它不仅在内部各子系统之间进行着物质、能量和信息流的迁移和转化， 而且在系统与外部环境之间也进行着物质、能量和信息流的交换， 从而形成一个复杂的物质、能量和信息的传递网络。 地貌系统总处于输入——转换——输出的动态过程中，即经常有能量自源区经系统流向耗散区， 使系统出现导致有序化的熵减过程，从而具有一定的结构性和相应的熵位，存贮容量和自调节能力。 地貌的发展、发生和演化，实质上就是在地貌系统外部环境能量流内、外营力作用下， 构成地貌要素的地表物质经历的变形变位（抬升、断错等）分离组合（侵蚀、搬运、堆积等）的复杂物质流传输过程。 由于地貌物质传输过程与热力学传导有相似性，许多地貌演化模型，如斜坡演化模型都是热传导方程的形式：

其中 \(H=H(x,y,t)\) 表示地表高程。

由于实际区域地貌系统的过于复杂与庞大，计量研究中往往不能取得数学意义上的精确解释。 如以上的演化模型往往是针对某一外力过程，限于极为简单、理想的初始条件并且不考虑介质空间差异的情形； 而实际区域内外营力多样化，介质不均一， 甚至连初始高程 \(H_0\) 都无法表达成确定的函数式。 因此只能采用适当的方式离散化，化无限为有限，求得尽量逼近实况的近似解。

具体地说，就是引入有限元素法与有限差分法的思想， 将整个区域地貌体分解成许多“微小”的单元（姑且称之为地貌体，其顶部地表面称之为地貌面）， 如图14-12所示。 在小的区域空间内以平代曲，由单个到总体， 最终建立整个区域上的种种普适性更强的分析模型以求算各种空间地貌参数和研究复杂地貌过程等问题， 可以说离散化是区域地貌信息系统定量分析的前提与特色。

地貌是构造、过程和时间的函数， 现存地貌形态的定量指标及其物质组成等特点集中反映了地貌系统以往内外营力共同作用的总和。 地貌信息系统分析方法就是提取地貌系统各不同侧面的特征参数， 采用系统综合分析方法取得对区域地貌发展规律的总体认识。 地理信息系统方法的发展，使得建立地貌信息系统， 对庞大复杂的地貌空间数据进行定量分析处理和信息复合与综合评价成为可能。

14.6.2. 地貌信息系统 #

地貌信息系统基于GIS工具开发，集成了GIS的通用功能，并包括如下地貌分析模块：

1. 地貌形态分析 用于提取由地表形态反映出来的地貌特征参数，包括 DEM 以及基于 DEM 的各种地貌参数：坡度、坡向、起伏度、河网密度、沟谷参数等等。

2. 地貌信息复合 包括地貌参数复合模型和地貌信息/专题信息复合模型，前者将各个地貌参数复合，发现其间的规律性，得到综合的分析结果；后者考虑到地貌格局还受到外动力地质作用的影响，将地貌信息与地质、水文、气象等信息复合，发现其联系。

3. 地貌区域评价 根据单个或者多个地貌特征的分析，评价地貌环境对农业、建筑、工程、旅游、居住条件的影响以及评价地貌条件对于各种自然灾害发生、发展以及防治的影响

4. 地貌成因分析包括：内动力成因分析模型：内动力是地壳内部能量产生的营力，决定地貌的格局与骨架，可以从几何效应和力学机制两个方面进行分析，有限元方法是研究地貌内动力成因机制的有效方法。外动力成因分析模型：外动力是地球表面受太阳能和重力以及生物活动的营力，主要包括重力作用、风力作用、水利作用、温差作用和生物作用等，影响着地貌的具体形态。

5. 地貌预测 可以采用两种模型进行地貌预测，即理论地貌预测模型和统计地貌预测模型，前者以成因分析为基础，采用数理模型进行宏观和微观的模拟，预测地貌的发展；后者在地貌发展历史数据的基础上，采用“黑箱”或“灰箱”的方法进行统计分析，预测地貌发展趋势。