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基于信息熵理论的流域地形和土地利用变化及其对径流的影响

作　者: 周晖子
导　师: 毕华兴
学　校: 北京林业大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 信息熵地形信息容量土地利用结构信息熵均衡度敏感性指数
分类号: P333.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以清水河流域和蔡家川流域两个流域为例,根据信息熵理论,基于流域DEM和遥感影像,应用GIS作为技术支撑,建立描述地形信息与土地利用信息的综合指标,分别探讨了影响径流的两个重要因子——地形和土地利用的变化规律；并且结合试验流域的径流数据,引入敏感性指数,判别了试验流域径流对上述两个影响因子的敏感性。由于在两种试验流域尺度下,地形特征基本相似,土地利用变化有较大的差异,进而本文分析了径流对土地利用的敏感性。研究主要结论如下：(1)在10-2km2数量级别下,清水河流域的河流地貌发育的临界支撑面积为0.80km2,蔡家川流域的河流地貌发育的临界支撑面积为0.14km2；(2)清水河流域、蔡家川流域及其以下的嵌套流域具有一定的相似性,处在发展的相同阶段,地形本身的复杂程度十分接近,是处于同一尺度下的两个流域。但在同一比例尺下蔡家川的地形比清水河的地形更破碎一些；(3)在所研究的同一尺度下的两个研究区中,流域的面积与地形信息量无明显相关,造成地形信息量值变化的主要因素是地形本身的复杂程度；(4)在1990年-2009年20年间,清水河流域用地结构总体上向均衡状态发展,蔡家川流域用地结构总体上向非均衡状态发展；(5)蔡家川流域土地利用的有序程度总体上优于清水河流域。(6)总体上说,年径流量对土地利用结构的信息熵有较好的敏感性,并且随着信息熵的增大,敏感性增强。(7)通过研究清水河流域和蔡家川流域两个流域径流对土地利用结构信息熵的敏感性指数得出,在地形复杂度相似的流域中,越大的流域,径流对土地利用结构信息熵的敏感性越低,即地表植被的变化对径流的影响变小,说明流域面积愈大,植被对径流影响的贡献越小。因此大流域造林对径流的调控作用减弱。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1. 引言  8-20
  1.1. 信息熵理论  8-13
    1.1.1. 熵理论的概述  8-11
    1.1.2. 信息熵的基本性质  11-12
    1.1.3. 信息熵的优势  12-13
  1.2. 基于DEM的地形信息的研究现状  13-17
  1.3. 土地利用信息的研究现状  17-18
  1.4. 信息熵在径流中的研究现状  18
  1.5. 研究的目的与意义  18-20
2. 研究区概况  20-25
  2.1. 清水河流域概况  20-22
    2.1.1. 地理位置  20
    2.1.2. 植被  20-21
    2.1.3. 地质、地貌  21
    2.1.4. 气候与水文  21
    2.1.5. 土壤情况  21-22
  2.2. 蔡家川概况  22-25
    2.2.1. 地理位置  22
    2.2.2. 植被  22-23
    2.2.3. 地质、地貌  23-24
    2.2.4. 气候与水文  24
    2.2.5. 土壤情况  24-25
3. 研究内容与研究方法  25-36
  3.1. 项目来源  25
  3.2. 研究内容  25
  3.3. 技术路线  25-26
  3.4. 研究方法  26-36
    3.4.1. 基于信息熵理论的DEM地形信息研究方法  26-33
      3.4.1.1. 基于DEM的流域提取方法  26-29
      3.4.1.2. DEM地形信息容量的分析方法  29-31
      3.4.1.3. DEM地形信息容量的量化指标的提取  31-33
    3.4.2. 基于信息熵理论的土地利用结构变化的研究方法  33-35
    3.4.3. 基于信息熵理论分析径流对各影响因子熵的敏感性研究方法  35-36
4. 基于信息熵理论的清水河流域和蔡家川流域地形信息分析  36-49
  4.1. 地形数据来源  36
  4.2. 基于DEM提取流域的方法  36-42
    4.2.1. DEM的生成  36-37
    4.2.2. 河网的提取  37-42
      4.2.2.1. 不同集水面积阈值的河网提取  37
      4.2.2.2. 临界支撑面积的选择  37-42
    4.2.3. 提取流域DEM  42
  4.3. DEM地形信息容量分析  42-47
  4.4. 小结与讨论  47-49
5. 基于信息熵理论的清水河流域和蔡家川流域土地利用结构分析  49-57
  5.1. 土地利用分类系统的确定  49-51
  5.2. 土地利用数据来源及处理  51-52
  5.3. 清水河和蔡家川流域土地利用结构信息熵的动态变化  52-55
  5.4. 小结与讨论  55-57
6. 径流对土地利用信息熵的敏感性分析  57-60
  6.1. 径流数据来源及处理  57
  6.2. 基于信息熵理论分析径流量对土地利用信息熵的敏感性  57-58
  6.3. 小结与讨论  58-60
7. 结果与讨论  60-63
  7.1. 结果  60-61
  7.2. 讨论  61-63
参考文献  63-67
个人简介  67-68
导师简介  68-69
获得成果目录  69-70
致谢  70

基于信息熵理论的流域地形和土地利用变化及其对径流的影响

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