基于无人机倾斜摄影测量的大同土林地貌形态特征及发育模式研究

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2026.00072

摘要/Abstract

摘要：

土林是一种独特的流水侵蚀地貌，由于其分布区域有限，对其发育模式研究仍有待加强。本研究采用无人机倾斜摄影测量技术，对大同盆地土林地貌单体进行形态分类，并结合水文分析方法，探讨了沟谷形态参数随沟谷等级的变化规律，进而提出了土林地貌的发育模式。结果表明：（1）研究区土林单体形态可分为柱状、塔状、锥状、墙状、残柱、残丘等六类。（2）沟谷的长度、宽度与深度随等级升高显著增大，而纵比降则呈递减趋势。自沟头至沟口，沟谷横剖面呈现由浅“V”形向宽“U”形转变的趋势，而纵剖面则表现为加深和溯源伸长的趋势。（3）大同盆地土林地貌的发育模式划分为幼年期、青年期、壮年期与老年期4个阶段。目前，大同土林整体仍处于壮年期发育阶段，景观最为壮观。本研究通过对土林形态特征及发育过程的分析，建立了大同土林的发育模型，可为该地区土林地貌的保护与旅游资源开发提供理论依据及技术支撑。

关键词: 大同盆地, 土林, 形态特征, 发育模式, 流水侵蚀

Abstract:

The earth forest landform is a unique landscape formed through fluvial erosion of semi-consolidated or unconsolidated fluvial-lacustrine sediments， is primarily distributed in arid and semi-arid regions. The present study focuses on the formation mechanisms and evolutionary processes of the Datong earth forest， aiming to systematically elucidate the intrinsic relationships among its morphological characteristics， evolution stages， and variations in gully parameters. Based on high-resolution imagery data acquired by UAV-based oblique photogrammetry， combined with morphological classification and hydrological analysis， this research investigates the patterns of gully system parameters （length， width， depth， and longitudinal gradient） across different gully orders and their roles in shaping the earth forest landscape. The results indicate that：（1） The earth forest in the study area can be classified into six types， i.e. columnar， tower-like， conical， wall-like， residual pillars， and remnant mounds；（2） The length， width， and depth of gullies increase significantly with gully orders， while the longitudinal gradient shows a systematic decreasing trend. The characteristics of cross-sections and longitudinal profiles suggest a shift in dominant fluvial erosion processes from vertical incision and headward erosion to lateral erosion；（3） Accordingly， a four-stage evolutionary pattern is proposed for Datong earth forest， encompassing juvenile， youthful， mature， and old stages. Each stage is characterized by distinct dominant erosion processes， morphological features， and spatial structures. The Datong earth forest is currently still in its mature stage of evolution， presenting the most spectacular landscapes. Through the analysis of morphological characteristics and evolution processes of the earth forest， this study establishes an evolutionary model for the Datong earth forest， which can provide a theoretical basis and technical support for the conservation and sustainable tourism development of this landform in the region.

Key words: Datong Basin, earth forest, morphological characteristics, development model, fluvial erosion

中图分类号:

P931.3

苏博宇, 张坪, 李豪, 梁晓磊, 李继彦. 基于无人机倾斜摄影测量的大同土林地貌形态特征及发育模式研究[J]. 中国沙漠, 2026, 46(4): 228-237.

Boyu Su, Ping Zhang, Hao Li, Xiaolei Liang, Jiyan Li. Morphological characteristics and evolution pattern of the Datong earth forest based on UAV oblique photogrammetry[J]. Journal of Desert Research, 2026, 46(4): 228-237.

图/表 7

参考文献 49

[1]	罗鹏辉，张世涛，田宜敏，等.土林地貌分类研究［J］.地球学报，2020，41（4）：575-582.
[2]	Nadal-Romero E， Martinez-Murillo J F， Kuhn N J，et al.Badlands Dynamics in a Context of Global Change［M］.Amsterdam，Netherlands：Elsevier，2019.
[3]	朱能.世界十大地理奇观［J］.人才资源开发，2017（3）：68.
[4]	Howard A D， Kerby G.Channel changes in badlands［J］.Geological Society of America Bulletin，1983，94（6）：739-752.
[5]	Yilmaz H M， Yakar M， Mutluoglu O，et al.Monitoring of soil erosion in Cappadocia region （Selime-Aksaray-Turkey）［J］.Environmental Earth Sciences，2012，66（1）：75-81.
[6]	邱开国，伯慧，饶玉彬，等.北美阿尔伯塔盆地的构造演化以及层序地层特征［J］.民营科技，2014（11）：61.
[7]	侯利锋，刘建兵.西藏札达土林地貌形成条件及演化过程［J］.西部探矿工程，2017，29（2）：65-68.
[8]	蔡莹莹，李继彦，屈欣，等.大同土林地貌沉积物粒度特征分析［J］.干旱区研究，2021，38（3）：892-900.
[9]	晏清洪，原翠萍，雷廷武，等.黄土丘陵沟壑区吕二沟流域水沙关系变化分析［J］.中国水土保持科学，2013，11（5）：1-8.
[10]	钱方，凌小惠.元谋土林成因及类型的初步研究［J］.中国科学，1989（4）：412-418.
[11]	谢洪忠，杨世瑜.林柱状地质景观的类型与分布［J］.地质与资源，2006（1）：78-80.
[12]	陈安泽.论砂（砾）岩地貌类型划分及其在旅游业中的地位和作用［J］.国土资源导刊，2004（1）：11-16.
[13]	杨文礼，孙林龙，张卫锋，等.云南元谋土林地貌景观初步研究［J］.云南地质，2023，42（2）：131-137.
[14]	刘志明，张世涛.元谋土林地貌特征及其形成演化分析［J］.中国水运，2022，22（2）：127-128.
[15]	何彩帆，沙云美，曹睿婕.元谋土林地貌的形成机制［J］.炎黄地理，2025（5）：176-178.
[16]	谢洪忠，杨世瑜，王守军.元谋土林地质景观特征及其旅游开发与保护［J］.南方国土资源，2005（9）：21-23.
[17]	李寅，刘朝万.西藏札达土林地质史诗［J］.资源与人居环境，2018（10）：24-35.
[18]	朱仁鹏，石晨霞.对西藏札达土林国家地质公园旅游业发展的思考［J］.安徽农业科学，2011，39（13）：7900-7901.
[19]	张慧.大同土林风景区晚更新世以来气候变化初步研究［D］.太原：山西大学，2014.
[20]	赵艺学.大同土林景区主要自然景物——土林形成发展过程及安全保护［J］.干旱区资源与环境，2012，26（7）：195-200.
[21]	周玲，刘敏，柳文龙，等.土林旅游游客满意度评价及提升策略研究：以大同土林旅游为例［J］.太原师范学院学报（自然科学版），2019，18（1）：70-75.
[22]	任勇.保护大同土林势在必行［J］.文化产业，2020（25）：43-46.
[23]	葛勤，张俊朋，汪洋，等.大同盆地地下水硝酸盐分布特征及来源解析［J］.中国环境科学，2025，45（2）：1004-1015.
[24]	郭晓宇，郑吉林，吕凯宁，等.大同盆地土壤盐碱化特征及地质成因研究［J］.地质论评，2024，70（S1）：29-30.
[25]	张莉秋，张红，李皎，等.晋北沙漠化地区1980—2014年的气候变化［J］.中国沙漠，2016，36（4）：1116-1125.
[26]	柳苗苗，苏志珠，孔梦园，等.220ka BP来大同盆地常量元素记录的气候变化［J］.中国沙漠，2018，38（2）：278-285.
[27]	李铁锋，任明达.大同盆地晚新生代环境演化特征［J］.北京大学学报（自然科学版），1993，29（4）：476-483.
[28]	刘辉辉，马乐军，李文峰，等.Strahler河流分级方法的算法实现与实证分析［J］.金陵科技学院学报，2022，38（4）：10-17.
[29]	Castillo C， Pérez R， James R M，et al.Comparing the accuracy of several field methods for measuring gully erosion［J］.Soil Science Society of America Journal，2012，76（4）：1319-1332.
[30]	Eltner A， Baumgart P， Maas H，et al.Multi-temporal UAV data for automatic measurement of rill and interrill erosion on loess soil［J］.Earth Surface Processes and Landforms，2015，40（6）：741-755.
[31]	何雨，贾铁飞，李容全.黄土丘陵区沟谷发育及其稳定性评价［J］.干旱区地理，1999，22（2）：64-70.
[32]	Liang W， Xu X， Zheng F.Step-pool morphology in ephemeral gullies on steep slopes of the Loess Plateau：comparisons with other linear erosion features［J］.Geomorphology，2025，489：110007.
[33]	Hu J， He Y， Huang K，et al.Spatio-temporal characteristics of the morphological development of gully erosion on the Chinese Loess Plateau［J］.Remote Sensing，2025，17（15）：2710.
[34]	Deng Q， Qin F， Zhang B，et al.Characterizing the morphology of gully cross-sections based on PCA：a case of Yuanmou dry-hot valley［J］.Geomorphology，2015，228：703-713.
[35]	那嘉明，杨昕，李敏，等.黄土高原切沟地貌学研究述评［J］.地理与地理信息科学，2016，32（4）：68-75.
[36]	Li Z， Zhang Y， Zhu Q，et al.A gully erosion assessment model for the Chinese Loess Plateau based on changes in gully length and area［J］.Catena，2017，148：195-203.
[37]	李晨瑞，李发源，马锦，等.黄河中游流域地貌形态特征研究［J］.地理与地理信息科学，2017，33（4）：107-112.
[38]	周毅，王泽涛，杨锋.基于DEM的黄土沟谷横剖面形态特征研究：以宜君、延安、绥德为例［J］.地理科学，2020，40（3）：455-465.
[39]	Yang F， Zhou Y.Quantifying spatial scale of positive and negative terrains pattern at watershed-scale：case in soil and water conservation region on Loess Plateau［J］.Journal of Mountain Science，2017，14（8）：1642-1654.
[40]	陆中臣，周金星，陈浩.黄河下游河床纵剖面形态及其地文学意义［J］.地理研究，2003，22（1）：30-38.
[41]	王世龙，李金阳，刘静，等.澜沧江裂点带支流河谷纵剖面和下切量空间分布特征及其演化趋势分析［J］.地质通报，2025，44（8）：1535-1549.
[42]	盛贺伟，孙莉英，蔡强国.黄土坡面细沟发育形态对侵蚀特征的影响［J］.应用基础与工程科学学报，2017，25（4）：679-688.
[43]	Liu L， Li F， Yang X，et al.Morphological characteristics and evolution model of slope units along loess gully cross section［J］.Frontiers of Earth Science，2023，18（1）：17-29.
[44]	Feng Y， Mu H， Qin F，et al.Modeling the morphology of gully cross sections in the Yuanmou dry-hot valley［J］.Physical Geography，2017，38（5）：448-469.
[45]	杨昕，汤国安，袁宝印，等.黄土高原勺状沟壑特征及发育过程［J］.地理研究，2021，40（7）：1870-1886.
[46]	Jin Z， Peng J， Zhuang J，et al.Gully erosion and expansion mechanisms in loess tablelands and the scientific basis of gully consolidation and tableland protection［J］.Science China Earth Sciences，2023，66（4）：821-839.
[47]	Schumm S A， Lichty R W.Time，space，and causality in geomorphology［J］.American Journal of Science，1965，263：110-119.
[48]	Dong Z， Lv P， Lu J，et al.Geomorphology and origin of yardangs in the Kumtagh Desert，Northwest China［J］.Geomorphology，2012，139-140：145-154.
[49]	彭华，潘志新，闫罗彬，等.国内外红层与丹霞地貌研究评述［J］.地理学报，2013，68（9）：1170-1181.

类型	高/m	顶面面积/m²	底面面积/m²	顶面、底面面积比	体积/m³
柱状	4.24~6.53	3.45~10.51	3.93~12.56	0.74~0.89	15.80~68.68
塔状	4.95~6.33	0.56~2.63	3.63~9.87	0.15~0.27	10.63~26.52
锥状	3.67~4.69	0.23~0.56	3.20~6.24	0.06~0.09	3.73~18.89
墙状	4.50~7.36	47.21~220.39	52.21~245.89	0.82~0.93	229.03~1 796.40
残柱	1.90~3.24	0.56~1.89	2.12~3.69	0.29~0.54	3.49~9.48
残丘	1.12~1.73	/	2.56~3.79	/	2.24~3.43

类型	高/m	顶面面积/m²	底面面积/m²	顶面、底面面积比	体积/m³
柱状	4.24~6.53	3.45~10.51	3.93~12.56	0.74~0.89	15.80~68.68
塔状	4.95~6.33	0.56~2.63	3.63~9.87	0.15~0.27	10.63~26.52
锥状	3.67~4.69	0.23~0.56	3.20~6.24	0.06~0.09	3.73~18.89
墙状	4.50~7.36	47.21~220.39	52.21~245.89	0.82~0.93	229.03~1 796.40
残柱	1.90~3.24	0.56~1.89	2.12~3.69	0.29~0.54	3.49~9.48
残丘	1.12~1.73	/	2.56~3.79	/	2.24~3.43

沟谷等级	形态参数	最大值	最小值	平均值
1	长度/m	78.91	4.53	25.92
	深度/m	5.89	0.62	4.05
	宽度/m	8.62	2.29	5.91
	纵比降/%	32.36	10.30	18.36
2	长度/m	105.20	11.00	44.08
	深度/m	7.09	1.25	4.76
	宽度/m	15.69	2.72	8.08
	纵比降/%	24.94	8.13	13.05
3	长度/m	144.70	15.55	71.97
	深度/m	9.19	2.35	5.23
	宽度/m	24.08	6.24	13.67
	纵比降/%	18.11	3.37	9.03
4	长度/m	387.95	76.91	182.61
	深度/m	9.47	3.94	6.32
	宽度/m	41.30	7.64	24.64
	纵比降/%	7.15	1.41	3.86

沟谷等级	形态参数	最大值	最小值	平均值
1	长度/m	78.91	4.53	25.92
	深度/m	5.89	0.62	4.05
	宽度/m	8.62	2.29	5.91
	纵比降/%	32.36	10.30	18.36
2	长度/m	105.20	11.00	44.08
	深度/m	7.09	1.25	4.76
	宽度/m	15.69	2.72	8.08
	纵比降/%	24.94	8.13	13.05
3	长度/m	144.70	15.55	71.97
	深度/m	9.19	2.35	5.23
	宽度/m	24.08	6.24	13.67
	纵比降/%	18.11	3.37	9.03
4	长度/m	387.95	76.91	182.61
	深度/m	9.47	3.94	6.32
	宽度/m	41.30	7.64	24.64
	纵比降/%	7.15	1.41	3.86