海兰河流域水系特征提取与分析

海兰河流域水系特征提取与分析

1海兰河流域地质概况海兰河位于吉林省东部延边朝鲜族自治省。它起源于古代焦峰山脉老峰岭东南部。河流海拔1395m，向东流入和龙、龙井。沿途有凤米河、长仁河、福东河、六经河、东海河、延吉市以东的河龙村附近，汇入布汉田河。海兰河富裕地区两岸地势较高，流速快，河沟狭窄深。河床由砾石和卵石组成。富兴市以下的地势逐渐平缓。河龙市土山子地区形成山谷盆地。河流两岸为河谷平原，土壤肥沃。是著名的内陆水域。地质构造经历了古代马鞍山运动。古生代末，受华力西运动的影响，岩浆活动激烈，主要是由中酸性花岗岩引起的。在中生代初期，受燕山运动的影响，构造岩浆再次活跃，大规模酸性花岗岩上升，形成现在土地的基本轮廓。2海兰河干流分级流域水系的分析方法可分为定性和定量分析.根据Strahler的方法,首先判定河流的级数,然后再根据河流级数判断其几何特征.在地形图上以源头最小的河流开始,成为1级河流,以后2条1级河流汇合后的河段成为2级河流,依次类推到更高级别的河流(图1).这种分级方法虽然与我国常用的分级方法不同,但在GIS平台上较为常用.海兰河流域河流众多,根据Strahler的方法利用1∶50000矢量化的水系图为底图,在GIS平台上可把海兰河分为6个等级(图1),各级支流的数据统计如表1.海兰河干流南侧支流(396条)比北侧(206条)大概多1倍,各级河流河道的总长度也比北侧(524.65km)长约352km,而流域面积只是稍多一些.这主要是因为南侧比北侧地势高,山地多,所以1,2级支流发育得比较好;而北侧地势较平坦,1,2级支流相对较少.2.1树枝状水系特征河流主支流间呈近似锐角相交排列,如树枝状的水系称树枝状水系.一般来说树枝状水系分支不规则,各级河流大多以近似的锐角汇合,多发育于原始地形平坦、岩性均一的地区.树枝状水系是花岗岩地区典型的水系之一.当花岗岩的岩石颗粒结构均一时,形成典型的树枝状水系;当花岗岩的矿物颗粒由粗变细时,则树枝状水系密度由稀疏变为密集.海兰河流域水系的空间分布呈树枝状.从海兰河发源地至和龙段的水系就是比较典型的树枝状水系(图2-A).该流域还分布着梳状—树枝状水系(平行状水系),如在南阳-崇明-龙岩河段左侧的1级河流基本互相平行,并大致呈直角汇入主流(3级支流),如图2-B.这类水系主要在第三纪玄武岩地区特别明显,水系密度小至中等,冲沟不发育、支流长而少、冲沟似刀切状.这种明显的梳状—树枝状水系是本地区第三纪玄武岩的特征标志.在图1,2中可以看出,平行状水系发达的地方干流的两翼发育不均匀,而且这些支流大多与主流直角相交.海兰河的1级支流中梳状—树枝状水系比树枝状水系多.梳子状水系多是因为断裂构造多而形成的.地质资料查核证明该地带正是线性断裂构造的活动频繁区.线性构造的定向排列和具有一定的延续性是显示断裂构造的主要标志.2.2海兰河流域盆地形状计算流域盆地形状对流量有直接影响.因此功能性河流地形学很重视对河流形状的客观了解.对于盆地形状的了解有定性和定量两种分析法.定量分析法学者有Horton、Miller、Schumm等.这里采用了应用最广泛的Schumm分析法分析该流域盆地的形状特性.此方法以与流域面积相同的圆直径跟流域盆地长直径的比值来判断,其计算公式如下:E=2·(A/π)1/2/L式中,A:流域面积/km2,L:流域盆地的长直径/km.海兰河流域的面积约2934km2,该流域盆地的长直径是97.9km.根据公式得出E=0.624.E值越接近于零,说明流域盆地形状越呈长行;E值越接近1,说明流域盆地的形状越接近圆.该流域的E值近似等于0.624,说明该流域的盆地形状近似椭圆(图1).一般流域圆度较小,长度较长,此种形态的流域洪水回流时间较短,形成的洪峰较大,因此输沙能力也较强,促使下游河床逐年增高.2.3基岩特性是基岩网的一种重要岩河网密度衡量河网发育程度,对流量和搬运物质的量有很大的影响,因此在河流研究中与河网体系的分析同样受到重视.即使是两个区域水系空间的分布形态相同,河网密度也有可能不同.河网密度随地形、气候、岩石、土壤及植被的不同而不同.其中以基岩的特性最为重要,一般在透水层或抗侵蚀的岩石分布区或者起伏小、植被茂密的湿润气候区河网密度较低;反之,则河网密度较高.其公式如下:河网密度=各级河道长度总和(km)/流域面积(km2)海兰河的河道长度总和L=1401km,流域面积A=2934km2.利用公式求得该流域的河网密度是0.48.该值越大,说明单位面积内河流数量越多.海兰河流域位于延边中东部半湿润气候区,年平均降水量为517.6mm,降水量不多,且河流中下游富兴以下地势渐缓,至和龙镇土山子一带构成河谷盆地,八家子以下沿河的两侧为河谷平原区,因此海兰河的河网密度属于中等.2.4明率、精密度、双程度的研究区域的划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,之后主要用定量体系来分析.对定量分析有贡献的学者有Horton,Shrevr,Strahler和Smart等.特别是Strahler,Horton的研究在此领域影响甚大.本文采用Horton最初试用,经Strahler修改发展的方法来分析河网.此方法既简明又准确,而且通过离回归线的程度可以判断研究区域的地形特征.河流的分歧率是指一定等级河流的条数与上一级河流条数的比值.河网的特点通过河流的分歧率来判断,其计算公式如下:Rb=Nu/Nu+1式中,Nu:U级河流的条数,Nu+1:U+1级河流的条数.根据Strahler的方法,受地质构造影响较小的河流的分歧率一般在3.0～5.0之间(平均值=4.0).一般认为,如果干流比支流的发育微弱,说明受地壳运动或者岩石及地质构造的影响较强.该流域河流的分歧率是3.32(表2),说明受地质构造影响不明显.2.5河流直线长度的弯曲分析河流的弯曲系数是指某河段的实际长度与该河段直线长度的比值.弯曲系数越大,表明河段越弯曲,对航运和排洪不利,其计算公式如下:K=L/A式中,K:弯曲系数,L:河流实际长度,A:河流直线长度.各种不同的弯曲形状具有不同的弯曲系数,微弯曲的河流,其弯曲系数接近于1(小于1.2);具有钝角形弯曲的河段成为弯曲不大的河段,其弯曲系数为1.2～1.4;具有半圆形弯曲的弯曲河段,其弯曲系数为1.5左右;大多数具有套形、菌形和复杂弯曲的河段成为弯曲极大的河段,变曲系数大大超过1.5.海兰河的实际河道长度约为145km,直线长度约为90km.其弯曲系数为1.6,属于接近于半圆形的弯曲河流.在和龙以上河段和下游龙井以下河段相对比较弯曲,特别是八家子以下河段由于沿河的两侧为河谷平原区,所以该河段比较弯曲.3地质构造影响1)利用GIS技术对水系特征进行分析得出,海兰河流域水系的平面形状以树枝状水系为主,并伴有梳状—树枝状水系等;E值是0.624,说明流域盆地形状大概是椭圆;河网密度为0.46,说明密度中等;平均分歧率为3.32,说明该流域受地质构造影响不明显;干流弯曲系数为1.6,说明属于弯曲河流.2)通过分析发现,水系的发育程度和组合类型主要受岩性、岩石的结构构造、区域性构造环境影响.区域岩性对水系的影响主要表现在水系类型、形态和密度上,所以用水系类型可粗略划分岩性界限.这对于通过河流地貌研究构造活动有重要意义,同时对河流演化、水土保持的研究也有积极