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丹霞地貌定量研究方法—龙虎山案例 版权信息
- ISBN：9787030642974
- 条形码：9787030642974 ; 978-7-03-064297-4
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
丹霞地貌定量研究方法—龙虎山案例 内容简介
本书通过笔者大量的野外工作、结合遥感图像与流域范围的地貌参数分析，揭示了丹霞地貌的地貌演化控制因素与规律。并首次从定量分析上揭示了断层、节理和层理方向对丹霞地貌形成的作用，发现了丹霞峡谷发育的方向遵循区域的断裂模式，证明了地质构造作用在丹霞地貌景观形成的主导作用，以及大地构造对当地地貌格局的影响。
丹霞地貌定量研究方法—龙虎山案例 目录
目录
序
Foreword
前言
Preface
第1章 丹霞地貌定义和龙虎山丹霞地貌简介 1
1.1 丹霞地貌名称由来与特点 1
1.1.1 丹霞地貌名称由来 1
1.1.2 丹霞地貌主要形态分类与特点 4
1.2 龙虎山区域概况 5
1.2.1 地理位置 5
1.2.2 区域构造背景 9
1.2.3 信江盆地地层特征及丹霞地貌成景地层 15
第2章 研究方法的创新与数据基本情况 23
2.1 戴维斯侵蚀循环理论及以往研究的局限性 23
2.2 推断假设与验证内容 25
2.3 应用的资料和数据 26
2.3.1 基础地质图件 26
2.3.2 遥感数据 26
2.3.3 一般方法 32
2.3.4 遥感和地理信息系统在地貌学中的应用 33
2.3.5 线性构造分析与构造地貌 34
2.4 基于数字高程模型的地貌形态学分析 35
2.4.1 用以评价丹霞地貌成因的地貌形态指数 36
2.4.2 面积-高程分析 37
2.4.3 标准化河长坡降指标（SLK）和Hack剖面 40
2.5 多源数据的预处理和集成 42
2.6 遥感图像预处理 43
2.7 基于数字高程模型（DEM）和地理信息系统（GIS）的丹霞地貌形态分析 43
2.8 野外地质调查 45
第3章 龙虎山丹霞地貌与构造控制因素 47
3.1 丹霞地貌与构造的关系 47
3.2 龙虎山地区的构造背景 50
3.3 评价方法 54
3.4 基于数字高程模型与地理信息系统的线性构造的提取 55
3.5 野外地质调查 60
3.6 分析与讨论 60
3.6.1 构造对地貌的控制 62
3.6.2 控制龙虎山丹霞地貌发育的构造动力模型解释 64
3.6.3 线性构造和裂隙分布特征 65
3.7 丹霞地貌构造控制的野外露头观测 67
3.8 线性构造特征与区域地质构造对比 70
3.9 野外剖面观测的断层运动学指标 71
3.10 结论 74
第4章 基于DEM和地貌形态指数的丹霞地貌成因分析 76
4.1 地貌形态指数在地貌学研究的作用 76
4.2 背景 77
4.3 研究资料和方法 79
4.4 基于DEM的流域盆地与水系的提取及参数 79
4.4.1 典型地貌形态特征分析 79
4.4.2 水文分析 81
4.4.3 河流纵剖面分析 90
4.4.4 岩性对标准化河长坡降指标（SLK）值的影响 100
4.4.5 断层构造对标准化河长坡降指标（SLK）值的影响 101
4.4.6 面积-高程积分曲线及面积-高程积分值 103
4.4.7 子流域面积-高程积分值分布的控制因素分析 106
4.4.8 小结 108
第5章 丹霞地貌的定量研究方法总结及相关国际比较 112
5.1 丹霞地貌定量研究方法总结及其现实意义 112
5.2 美国西部红层地貌及与中国东南部丹霞地貌的对比 114
5.2.1 美国西部红层的分布和形成年代 114
5.2.2 美国西部红层形成的地质背景 115
5.2.3 美国西部红层的岩性特征 117
5.2.4 美国西部红层地貌特征 119
5.2.5 与中国东南部丹霞地貌的对比 122
5.3 小结 124
参考文献 126
附录
Content
Chapter 1 Definition of Danxia landform and brief introduction of Danxia Landform in Longhu Mountain 1
1.1 Origin and characteristics of the term of Danxia landform 1
1.1.1 Origin of the term of Danxia landform 1
1.1.2 Morphological classification and features of Danxia landform 4
1.2 Overview of Longhushan 5
1.2.1 Geographical location 5
1.2.2 Regional tectonic setting 9
1.2.3 Stratigraphic characteristics of Xinjiang Basin and landform-forming strata of Danxia landform 15
Chapter 2 Innovation of research methods and data 23
2.1 The theory of erosion cycle by W.M.Davis and limitations of previous studies 23
2.2 Inference hypothesis and verification content 25
2.3 Application Information and data 26
2.3.1 Geological map 26
2.3.2 Remote sensing data 26
2.3.3 General method 32
2.3.4 Application of remote sensing and GIS in geomorphology 33
2.3.5 linear structure analysis and tectonic geomorphology 34
2.4 Landform morphology analysis based on Digital Elevation Models 35
2.4.1 Geomorphological index for evaluating the surface process of Danxia landform 36
2.4.2 Area-Elevation Analysis 37
2.4.3 SLK and hack profile 40
2.5 Preprocessing and integration of multi-source data 42
2.6 Remote sensing image preprocessing 43
2.7 Morphological analysis of Danxia landform based on Digital Elevation Models and Geographic Information System（GIS） 43
2.8 Field geological survey 45
Chapter 3 Danxia landform and tectonic control factors of Longhushan 47
3.1 Relationship between Danxia landform and tectonic structure 47
3.2 Tectonic setting of Longhushan area 50
3.3 Evaluation method 54
3.4 Extraction of linear structure based on DEMs and GIS 55
3.5 Field geological survey 60
3.6 Analysis and discussion 60
3.6.1 Control of tectonic on landform 62
3.6.2 Interpretation of tectonic dynamic model controlling the development of Danxia Landform in Longhushan area 64
3.6.3 Linear elements and fracture distribution characteristics 65
3.7 Field outcrop observation controlled by Danxia landform structure 67
3.8 Linear element characteristics and regional geological structure correlation 70
3.9 Fault kinematic index of field observed outcrop profiles 71
3.10 Conclusion 74
Chapter 4 Genesis Analysis on Danxia landform based on DEMs and geomorphic morphology index 76
4.1 The role of geomorphic morphology index in Geomorphology Research 76
4.2 Background 77
4.3 Research materials and methods 79
4.4 Extraction and parameters of basin and water system based on DEM 79
4.4.1 Analysis on morphological characteristics of Typical Landforms 79
4.4.2 Hydrological analysis 81
4.4.3 Analysis on characteristics of river longitudinal section and bedrock erosion model 90
4.4.4 Influence of lithology on SLK 100
4.4.5 Influence of fault structure on SLK value 101
4.4.6 Strahler curve and hypometric integral（HI） 103
4.4.7 Analysis of control factors of area elevation integral value distibution in sub watershed 106
4.4.8 Summary 108
Chapter 5 Summary of quantitative research methods and Danxia-like landforms in the United States 112
5.1 Summary of quantitative research methods of Danxia landform and its practical significance 112
5.2 Development of Red Beds landforms in western United States and comparison with Danxia Landforms in southeastern China 114
5.2.1 Distribution and forma
序
Foreword
前言
Preface
第1章 丹霞地貌定义和龙虎山丹霞地貌简介 1
1.1 丹霞地貌名称由来与特点 1
1.1.1 丹霞地貌名称由来 1
1.1.2 丹霞地貌主要形态分类与特点 4
1.2 龙虎山区域概况 5
1.2.1 地理位置 5
1.2.2 区域构造背景 9
1.2.3 信江盆地地层特征及丹霞地貌成景地层 15
第2章 研究方法的创新与数据基本情况 23
2.1 戴维斯侵蚀循环理论及以往研究的局限性 23
2.2 推断假设与验证内容 25
2.3 应用的资料和数据 26
2.3.1 基础地质图件 26
2.3.2 遥感数据 26
2.3.3 一般方法 32
2.3.4 遥感和地理信息系统在地貌学中的应用 33
2.3.5 线性构造分析与构造地貌 34
2.4 基于数字高程模型的地貌形态学分析 35
2.4.1 用以评价丹霞地貌成因的地貌形态指数 36
2.4.2 面积-高程分析 37
2.4.3 标准化河长坡降指标（SLK）和Hack剖面 40
2.5 多源数据的预处理和集成 42
2.6 遥感图像预处理 43
2.7 基于数字高程模型（DEM）和地理信息系统（GIS）的丹霞地貌形态分析 43
2.8 野外地质调查 45
第3章 龙虎山丹霞地貌与构造控制因素 47
3.1 丹霞地貌与构造的关系 47
3.2 龙虎山地区的构造背景 50
3.3 评价方法 54
3.4 基于数字高程模型与地理信息系统的线性构造的提取 55
3.5 野外地质调查 60
3.6 分析与讨论 60
3.6.1 构造对地貌的控制 62
3.6.2 控制龙虎山丹霞地貌发育的构造动力模型解释 64
3.6.3 线性构造和裂隙分布特征 65
3.7 丹霞地貌构造控制的野外露头观测 67
3.8 线性构造特征与区域地质构造对比 70
3.9 野外剖面观测的断层运动学指标 71
3.10 结论 74
第4章 基于DEM和地貌形态指数的丹霞地貌成因分析 76
4.1 地貌形态指数在地貌学研究的作用 76
4.2 背景 77
4.3 研究资料和方法 79
4.4 基于DEM的流域盆地与水系的提取及参数 79
4.4.1 典型地貌形态特征分析 79
4.4.2 水文分析 81
4.4.3 河流纵剖面分析 90
4.4.4 岩性对标准化河长坡降指标（SLK）值的影响 100
4.4.5 断层构造对标准化河长坡降指标（SLK）值的影响 101
4.4.6 面积-高程积分曲线及面积-高程积分值 103
4.4.7 子流域面积-高程积分值分布的控制因素分析 106
4.4.8 小结 108
第5章 丹霞地貌的定量研究方法总结及相关国际比较 112
5.1 丹霞地貌定量研究方法总结及其现实意义 112
5.2 美国西部红层地貌及与中国东南部丹霞地貌的对比 114
5.2.1 美国西部红层的分布和形成年代 114
5.2.2 美国西部红层形成的地质背景 115
5.2.3 美国西部红层的岩性特征 117
5.2.4 美国西部红层地貌特征 119
5.2.5 与中国东南部丹霞地貌的对比 122
5.3 小结 124
参考文献 126
附录
Content
Chapter 1 Definition of Danxia landform and brief introduction of Danxia Landform in Longhu Mountain 1
1.1 Origin and characteristics of the term of Danxia landform 1
1.1.1 Origin of the term of Danxia landform 1
1.1.2 Morphological classification and features of Danxia landform 4
1.2 Overview of Longhushan 5
1.2.1 Geographical location 5
1.2.2 Regional tectonic setting 9
1.2.3 Stratigraphic characteristics of Xinjiang Basin and landform-forming strata of Danxia landform 15
Chapter 2 Innovation of research methods and data 23
2.1 The theory of erosion cycle by W.M.Davis and limitations of previous studies 23
2.2 Inference hypothesis and verification content 25
2.3 Application Information and data 26
2.3.1 Geological map 26
2.3.2 Remote sensing data 26
2.3.3 General method 32
2.3.4 Application of remote sensing and GIS in geomorphology 33
2.3.5 linear structure analysis and tectonic geomorphology 34
2.4 Landform morphology analysis based on Digital Elevation Models 35
2.4.1 Geomorphological index for evaluating the surface process of Danxia landform 36
2.4.2 Area-Elevation Analysis 37
2.4.3 SLK and hack profile 40
2.5 Preprocessing and integration of multi-source data 42
2.6 Remote sensing image preprocessing 43
2.7 Morphological analysis of Danxia landform based on Digital Elevation Models and Geographic Information System（GIS） 43
2.8 Field geological survey 45
Chapter 3 Danxia landform and tectonic control factors of Longhushan 47
3.1 Relationship between Danxia landform and tectonic structure 47
3.2 Tectonic setting of Longhushan area 50
3.3 Evaluation method 54
3.4 Extraction of linear structure based on DEMs and GIS 55
3.5 Field geological survey 60
3.6 Analysis and discussion 60
3.6.1 Control of tectonic on landform 62
3.6.2 Interpretation of tectonic dynamic model controlling the development of Danxia Landform in Longhushan area 64
3.6.3 Linear elements and fracture distribution characteristics 65
3.7 Field outcrop observation controlled by Danxia landform structure 67
3.8 Linear element characteristics and regional geological structure correlation 70
3.9 Fault kinematic index of field observed outcrop profiles 71
3.10 Conclusion 74
Chapter 4 Genesis Analysis on Danxia landform based on DEMs and geomorphic morphology index 76
4.1 The role of geomorphic morphology index in Geomorphology Research 76
4.2 Background 77
4.3 Research materials and methods 79
4.4 Extraction and parameters of basin and water system based on DEM 79
4.4.1 Analysis on morphological characteristics of Typical Landforms 79
4.4.2 Hydrological analysis 81
4.4.3 Analysis on characteristics of river longitudinal section and bedrock erosion model 90
4.4.4 Influence of lithology on SLK 100
4.4.5 Influence of fault structure on SLK value 101
4.4.6 Strahler curve and hypometric integral（HI） 103
4.4.7 Analysis of control factors of area elevation integral value distibution in sub watershed 106
4.4.8 Summary 108
Chapter 5 Summary of quantitative research methods and Danxia-like landforms in the United States 112
5.1 Summary of quantitative research methods of Danxia landform and its practical significance 112
5.2 Development of Red Beds landforms in western United States and comparison with Danxia Landforms in southeastern China 114
5.2.1 Distribution and forma
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丹霞地貌定量研究方法—龙虎山案例 节选
第1章 丹霞地貌定义和龙虎山丹霞地貌简介 1.1 丹霞地貌名称由来与特点 1.1.1 丹霞地貌名称由来 丹霞地貌是我国地质地貌学家在20世纪30年代命名的一种红层地貌类型，是一种形成于陆内拗陷或断陷盆地巨厚沉积岩上的地貌景观，主要由厚层红色砂岩和砾岩组成，反映了干热气候条件下的氧化陆相河湖沉积环境。这些沉积层经历了区域地壳抬升、剧烈的断裂、流水的深度切割侵蚀、块体运动、风化和溶蚀作用，塑造了崖壁、石峰、洞穴等有着极大观赏价值的绝妙景观。丹霞地貌形态绮丽、成因有特色、在中国广布，这使其不管从科研而言还是从形成有国家代表性的地质景观而言都殊为重要。2010年，“中国丹霞” 被列为世界自然遗产，随着中国丹霞申遗的成功和旅游的发展，“丹霞”一词逐渐被全世界所了解，吸引着越来越多的学者加入对中国丹霞研究的队伍中来。 丹霞地貌，通常是指是从陆相的沉积碎屑岩发育而来的一种地貌类型，典型地貌特征有陡峭的悬崖，类似喀斯特地貌特征的塔状山峰（图1-1）和洞穴等微地貌。因此，在一些文献中称其为“假喀斯特”（Wray，1997）。与喀斯特地貌、冰川地貌等其他地貌类型不同，丹霞地貌发育的控制因素尚未完全清楚。 丹霞地貌研究始于1928年，当时中国地质学家冯景兰在广州东北部丹霞山首次用“丹霞层”描述了一套由砂砾岩组成的红层。1938年陈国达首次提出“丹霞山地形”的概念。1939年陈国达正式使用“丹霞地形”这一分类学名词，来描述丹霞山类似的红层地貌，之后丹霞层、丹霞地形的概念便被沿用下来。20世纪40年代，丹霞地貌研究引起了人们的广泛关注。对丹霞红层的地层分布、岩性和构造环境进行了一系列研究，并对丹霞红层的地貌演化进行了讨论（徐瑞麟，1937；陈国达和刘浑泗，1939；曾昭璇，1943；吴尚时和曾昭璇，1946）。受当时交通、经济发展和对外交流的限制，这些研究和交流只限于中国国内。 曾昭璇（1960）提出把丹霞地貌作为一种独*的红层地貌类型。曾昭璇和黄少敏（1980）总结了丹霞地貌的分布、岩性、地貌特征和发育过程。李见贤和黄进（1961）注意到其丰富的垂直节理有利于水的渗透性，提出丹霞地貌的陡崖或台地的形成是由流水的下切侵蚀和“重力崩塌”形成的。曾昭璇和黄少敏（1978）注意到中国东南部丹霞地貌发育的沉积物主要由早白垩世或侏罗纪形成的陆相碎屑组成。黄进（1982）将典型丹霞地貌的组成部分阐述为平顶、陡崖、缓坡。黄奇帆将丹霞地貌的控制因素描述为由水平岩层控制的平顶、由节理控制的垂直峭壁斜坡、由摩擦角控制的缓坡崩积层斜坡。黄进（1999）提出丹霞地貌的定义包括红色陡崖，它是由中新生代山间盆地中形成的陆相红层发育而成。此外，他认为红色陡崖形态可能与多种地貌类型有关，包括台地、塔状山峰、崩塌块体、垂直岩崖壁或冲沟。他调查了中国丹霞地貌的分布范围，得出结论：丹霞地貌广泛分布于中国的湿润地带、干旱地区和高海拔地区。黄进（1991，1999）注意到岩性变化引起的差异风化：沿细粒软弱层的优先风化的作用。因此，黄进提出了岩性变化部分控制丹霞地貌形态（即陡崖与斜坡发育）的观点（黄进，1991，1999；彭华，2002）。为了量化丹霞地貌定义中的“陡崖”，罗成德（1996）提出，崖壁垂直高度应超过10m，距角必须大于60°。受戴维斯（Davis，1899）的“侵蚀循环理论”的启发，黄进（1982）和彭华（2009）建议将丹霞地貌划分为三个地貌发展阶段（青年期、壮年期和老年期）。根据这个框架，“中国丹霞”系列世界自然遗产地的六处丹霞地貌，分别代表了丹霞地貌发育阶段的青年期（贵州赤水与福建泰宁），壮年期（湖南崀山与广东丹霞山）和老年期（江西龙虎山与浙江江郎山）详情见表1-1。而本书研究案例龙虎山，是丹霞地貌发育的老年早期地貌代表，具有典型性和代表性。我们首次以江西龙虎山为例，对丹霞地貌发育侵蚀过程控制因素、侵蚀量（阶段）进行了量化研究，并且书中所介绍和使用的参数都是无量纲的，在全球其他丹霞地貌区的研究也可以借鉴应用，可以作为今后全球不同区域进行定量对比研究的“标尺”。江西龙虎山的丹霞地貌典型，相关研究基础扎实，以地质公园方式进行了多年管理，在国外有较高知名度，以其为代表研究丹霞地貌成因，从学术角度和学术界公认角度显然既有力也有利。 根据估计的侵蚀量与主要地貌形态特征，龙虎山地区的丹霞地貌是中国亚热带湿润区丹霞单体与群体的重要形态类型，峰林、峰丛、孤峰、残丘都能在龙虎山地区被发现，形态类型的多样性造就了丹霞峰林地貌组合和象形丹霞景观的独*性。龙虎山丹霞群体形态类型以侵蚀残余的平顶型和圆顶型峰丛为主，是宽谷疏散型丹霞峰林地貌的模式地。龙虎山为典型的老年早期丹霞地貌模式地，是中国丹霞系列遗产地的不可或缺的部分。 丹霞地貌是经过长期的侵蚀过程发育而成的一种侵蚀地貌（Zhang et al.，2011），早期的研究主要集中在它的定性观测特征上，如陡崖的形态、缓坡、平顶等（黄进，1991，1999；彭华，2002）。有的研究探讨了丹霞地貌的分布，认为丹霞地貌广泛分布于中国西南部、西北部和东南部，分布于除南极洲以外的所有其他大陆（黄进，1999；彭华和吴志才，2003）。陡崖是丹霞地貌的主要特征，然而由于缺乏定量研究，丹霞地貌的成因一直是一个争论的问题。以往的研究表明，节理的存在与丹霞河谷的形成有一定的关系，但仍缺乏定量分析（姜勇彪等，2010）。 以目前的研究成果来看，在丹霞地貌发育过程的定量研究上，尚为薄弱，对于丹霞地貌形成机理和地貌发育过程模式的研究不足，造成了对丹霞地貌定义上的模糊，尤其是丹霞地貌与彩丘、丹霞地貌与砂岩地貌的区别，一直成为阻碍丹霞地貌研究被国际学术界同行广泛接受的瓶颈。本书结合遥感（remote sensing，RS）、地理信息系统等技术，以及传统的地学研究方法，通过一些相关的地貌形态指数来研究构造、水系以及地形地貌的发育，以此来探讨丹霞地貌与构造、岩性等的控制关系与成因，为丹霞地貌的定量化研究提供依据。 包括龙虎山地区在内，我国东南部丹霞地貌区域广泛分布于华南褶皱带（South China Folded Belt，SCFB）所处的湿润气候带，为一处较复杂的地质区域。彭华（2009）提出了6个丹霞地貌典型代表地，分别代表了丹霞地貌侵蚀旋回中地貌发育的不同阶段。丹霞地貌发育的侵蚀循环理论是受戴维斯侵蚀循环理论的启发，基于侵蚀量百分比的经验估判基础上提出的（彭华，2009，2012），然而，目前还没有定量数据来验证这一结论。戴维斯认为，地块开始上升且被逐渐剥蚀夷平，并降低到起伏不大的地面或接近基面的准平原之间，存在着连续的剥蚀过程和地表形态。地貌旋回理论的基础建立在一个假设之上，即每个区域都向侵蚀基准面侵蚀，并导致河流分级，地貌受长期侵蚀作用，经历青年期、壮年期、老年期的连续地貌发育阶段，称为一个侵蚀旋回。再一次的地壳运动后，准平原再度被抬升，地貌又进入一个新的侵蚀旋回，称侵蚀回春（Davis，1899）。 1.1.2 丹霞地貌主要形态分类与特点 按照其形态特征，2010年向联合国教科文组织申报“中国丹霞”自然遗产时，彭华等学者根据之前的研究，从形态上，将丹霞地貌归纳为正地貌、负地貌（含丹霞洞穴）两大类（表1-2，表1-3），再根据其具体形态进一步划分为若干地貌类型，具体划分如下（根据“中国丹霞”世界自然遗产申报书，2010年）。 1.正地貌 丹霞的主要正地貌形态分类见表1-2。 2. 负地貌 丹霞的主要负地貌形态分类见表1-3。 1.2 龙虎山区域概况 1.2.1 地理位置 本书所提及的龙虎山的范围是以龙虎山世界地质公园为中心的大范围空间（以下简称龙虎山，包括龙虎山、象山、龟峰丹霞地貌区域），行政区划属于鹰潭市和上饶市。地理坐标范围：116°49′10″E～117°32′20″E，27°58′54″N～28°24′19″N。东西长约70.5km，南北宽约46.9km，总面积约3310km2。龙虎山位于江西省东北部，信江盆地西南缘，属武夷山脉北段的余脉，在地理位置上位于信江盆地的中段南缘，总体地势南高北低，属丘陵地貌区，区域海拔在20～1310m之间，丹霞地貌海拔多在240～300m之间，龙虎山区域内地势总体东南高，西北低。与此相对应，其地貌类型由东南向西北依次为山地、丘陵、河湖平原。龙虎山地区东南部基底为白垩纪火山岩，属中山地形，地形险峻挺拔。*高峰急剧上升至1310m。组成山体的地层岩性主要为早白垩世陆相中酸性火山岩系。火山喷出的岩浆在冷凝、固结过程中形成了较多的柱状节理和裂隙，经构造变动、长期风化和流水冲刷侵蚀，形成了峰峦叠嶂、峭壁陡崖的火山岩地貌景观，流水飞流直泻，气势磅礴，颇为壮观。在晚白垩世时期，火山岩区是信江盆地的重要沉积物质来源区，如龙虎山丹霞山体的物质成分中含有大量的火山岩碎屑。丹霞地貌主要分布在低山、丘陵地带，山势陡峭，山谷切割深，其中，丹霞地貌主要集中分布在图1-2所示中的三个白色圆圈的范围内，从西到东分别对应着龙虎山园区（A）、象山园区（B）、龟峰园区（C）。这三个丹霞地貌区的总面积有400多平方千米，它们被认为是信江盆地南缘晚白垩世三个大冲积（洪积）扇的主体（姜勇彪，2010），都分布于东西向流动的大鄱阳湖流域的支流信江的南岸。信江河流域面积约6168km2，自西向东流经龙虎山地区。龙虎山丹霞地貌区有多条常年性河流流过。该地区
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