邱祝禮 邱祝文

【摘? 要】廣西巖溶地貌類型是世界上熱帶、亞熱帶巖溶發(fā)育最完全的地區(qū)之一，該地區(qū)由于石漠化導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，迫切需要研究出適合當(dāng)?shù)氐耐寥狼治g模型，以對當(dāng)?shù)剡M(jìn)行水土流失進(jìn)行治理。通過獲取巖性、降雨量、地貌這三種信息，可以計算得出樂業(yè)巖溶地區(qū)的平均溶蝕量，再結(jié)合研究區(qū)當(dāng)前的DEM數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出研究區(qū)不同時期各點上的流失速率。據(jù)此建立巖溶地貌動態(tài)演化的三維計算機模型。

【關(guān)鍵詞】溶蝕速率;土壤侵蝕模型;地表形態(tài);動態(tài)演化;三維計算機模型

1.研究意義

1.1溶蝕速率定量研究的意義

廣西巖溶地貌類型是世界上熱帶、亞熱帶巖溶發(fā)育最完全的地區(qū)之一（王蕾，2018）。同時石漠化發(fā)展快速，生態(tài)環(huán)境惡化等問題突出（馬芊紅等，2018），迫切需要治理，研究出適合當(dāng)?shù)氐耐寥狼治g模型（王珊，2013）。確定溶蝕速度，有助于喀斯特發(fā)育年代估算，預(yù)測其發(fā)展趨勢，以及對其含水層中的水動力條件的了解（房金福等，1993）。

1.2樂業(yè)_鳳山世界地質(zhì)公園的研究意義

根據(jù)王蕾（2018）對廣西15個地質(zhì)公園的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行綜合評價的結(jié)果，樂業(yè)-鳳山世界地質(zhì)公園可持續(xù)性發(fā)展最大。對其巖溶地貌進(jìn)行研究，有助于向公眾傳遞科普知識，保護地質(zhì)遺跡，增強公眾保護自然環(huán)境的意識。

2.研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)：

2.1巖溶侵蝕、溶蝕研究現(xiàn)狀

盧耀如等（1966）認(rèn)為，喀斯特作用過程中，有時溶蝕作用占主導(dǎo)地位，有時侵蝕作用占主導(dǎo)地位。溶蝕速率還受CO2的量和水-碳酸鹽巖界面特性的控制。（宋林華，2000）

當(dāng)前喀斯特土壤侵蝕預(yù)測模型研究中主要以坡面尺度和流域尺度兩種為主，應(yīng)用最為廣泛的是USLE和RUSLE，基本涵蓋了所有喀斯特地貌類型。（朱大運，2016）

高翔等（2013）選取坡度、雨強、植被覆蓋度及裸巖率為主要土壤侵蝕因子進(jìn)行回歸分析，初步揭示了喀斯特地區(qū)侵蝕模數(shù)與侵蝕因子的相關(guān)關(guān)系。王珊（2013）以珠江工程廣西項目區(qū)為例，選擇主要影響因子進(jìn)行修正，建立了適合巖溶區(qū)的小流域尺度土壤水力侵蝕估算模型。房金福（1993）通過回歸分析，得出溶蝕量值與氣候、碳酸鹽巖性和地貌等環(huán)境因素的相關(guān)性。曹玉清等（1997）運用化學(xué)熱力學(xué)、水文地質(zhì)系統(tǒng)耦合理論和有限單元法，計算確定出各節(jié)點的溶蝕速度。

2.2地貌演化過程研究現(xiàn)狀

喀斯特地貌形成過程的量化描述正處于起步階段（宋林華，2000）。目前已初步能用分形維來描述喀斯特正地形和負(fù)地形的結(jié)構(gòu)與發(fā)育過程（許世遠(yuǎn)等，2000）。肖鴻林等（1997）初步建立了貓?zhí)雍土鶝_河為代表的喀斯特峽谷形成的數(shù)學(xué)模型。

2.3樂業(yè)縣的巖溶區(qū)研究現(xiàn)狀

晚三疊世開始的印支運動，基本奠定了樂業(yè)地區(qū)構(gòu)造形跡的框架;隨后，歷經(jīng)印支、燕山、喜山等多期構(gòu)造運動（廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1985）。中、上新世是“喜山”構(gòu)造運動二次活躍期，影響了包括大石圍天坑在內(nèi)的桂西北峰叢地區(qū)（楊穎瑜，1996）。

韋躍龍等（2010）認(rèn)為樂業(yè)-鳳山世界地質(zhì)公園發(fā)育在“孤島”狀的碳酸鹽巖區(qū)上，并將公園成景過程劃分為峰叢期、地下河和洞穴期、天坑期、現(xiàn)代巖溶作用期4 個時期。鄧亞東等（2012）認(rèn)為公園以高峰叢深洼地、大洞穴、大峽谷、天坑群、天窗群、天生橋、地下河為特色。

3.研究內(nèi)容

（1）樂業(yè)巖溶地區(qū)平均溶蝕量的確定;（2）古地貌反演;（3）地貌演化過程的動態(tài)三維展示。

4.擬采取的研究方法

4.1建立數(shù)學(xué)模型擬合地表演化過程

收集研究區(qū)巖性、降雨量、地貌等數(shù)據(jù)，對侵蝕量做回歸分析，得出函數(shù)關(guān)系。然后利用該函數(shù)計算研究區(qū)當(dāng)前的平均溶蝕速率，將其乘以一個系數(shù)（通過迭代的方式確定該系數(shù)），得出巖溶地貌開始形成至今的平均流失速率。結(jié)合研究區(qū)當(dāng)前的DEM數(shù)據(jù)和巖溶地貌演化時間，推導(dǎo)出研究區(qū)各點（或者小平面單元）上的流失速率V。具體方法為：①應(yīng)用GIS方法，得出研究區(qū)現(xiàn)在的平均地表高程。將各點的高程與研究區(qū)當(dāng)前平均高程相減，得出高程差，可以認(rèn)為該高程差是由于流失速率與平均速率有偏差形成的。②將該高程差除以巖溶地貌演化時間，即為與平均速率的偏差。③將該速率偏差與平均速率相加，即可得到各點（或者小平面單元）的流失速率V。推算巖溶地貌演化期間各時間點的地表形態(tài)，從而可以應(yīng)用計算機模擬，展示其地表動態(tài)演化過程。

4.2建立計算機模型進(jìn)行展示

應(yīng)用VC++開發(fā)語言結(jié)合OpenGL圖形開發(fā)工具編寫軟件，將整個研究區(qū)的不同巖溶地層，賦予不同的顏色，剖分成不同的單元，每個單元賦予其實際流失速率，采用體可視化的形式，進(jìn)行展示。

參考文獻(xiàn)

[1]中國科學(xué)院地質(zhì)研究所巖溶研究組.中國巖溶研究[M]，科學(xué)出版社，1979.

[2]王珊.基于GIS的巖溶區(qū)水力侵蝕模型研究與應(yīng)用[D].北京林業(yè)大學(xué)，2013.

[3]王蕾.廣西地質(zhì)公園空間分布差異及可持續(xù)發(fā)展路徑研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2018：34-52.

[4]西南喀斯特地區(qū)土壤侵蝕模型與量化評價研究[J].朱大運.人民長江. 2016（S2）：23-26.

[5]馬芊紅，張科利.西南喀斯特地區(qū)土壤侵蝕研究進(jìn)展與展望[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2018，33（ 11）： 1130-1141.

[6]房金福，林鈞樞，李鉅章，張耀光.喀斯特區(qū)現(xiàn)代溶蝕強度與環(huán)境的研究—以紅水河流域為例[J].地理學(xué)報，1993，48（02）：122-130.

[7]朱學(xué)穩(wěn)，黃保健，朱德浩，等.廣西樂業(yè)大石圍天坑群發(fā)現(xiàn)、探測、定義與研究[M].南寧：廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[8]鄧亞東，陳偉海，張遠(yuǎn)海，黃保健，羅書文.樂業(yè)-鳳山世界地質(zhì)公園巖溶地貌景觀特征與價值分析[J]. 中國巖溶，2012，31（03）：303-309.

[9]楊穎瑜.廣西喀斯特風(fēng)景地貌區(qū)域開發(fā)與研究[A].全國第11屆旅游地學(xué)年會暨東北地區(qū)旅游資源開發(fā)研討會論文集[C]. 1996：325-330.

[10]宋林華.喀斯特地貌研究進(jìn)展與趨勢[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2000，19（3）：193-201.

[11]盧耀如，趙成梁，劉福燦.初論喀斯特的作用過程及其類型[C]//第一屆全國水文地質(zhì)工程地質(zhì)學(xué)術(shù)會議論文選編，第二輯（喀斯特問題專輯）.北京：中國工業(yè)出版社，1966，1-28.

[12]高翔，蔡雄飛，王濟，胡國鋒.喀斯特地貌不同坡度下土壤侵蝕經(jīng)驗?zāi)Ｐ脱芯縖J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（7）：111-115.

[13]曹玉清，胡寬瑢.巖溶水系統(tǒng)溶蝕速度的多重耦合模型[J].中國巖溶，1997，16（3）：199-208.

[14]許世遠(yuǎn)， 孫以義. 地貌形態(tài)模擬[J].地理學(xué)報，2000，67（3）：266-273.

[15]韋躍龍，陳偉海，黃保健.廣西樂業(yè)國家地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡成景機制及模式.地理學(xué)報，2010，65（5）：580-594.

[16]中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所、武漢地質(zhì)學(xué)院，中國古地理圖集[J].北京：地圖出版社，1985.

[17]肖鴻林，鄒成杰.喀斯特峽谷成因及數(shù)學(xué)模型研究—以貓?zhí)?、六沖河為例[J].中國巖溶， 1997， 16（2）： 105-112.

本文為百色學(xué)院高層次人才科研啟動經(jīng)費DC2000002730資助成果。