基于不同分辨率DEM的南江县坡度提取分析

2016-09-07杨晓黎武贺春明

安徽农学通报 2016年14期

杨晓黎武贺春明

摘要：坡度是影响土壤侵蚀的一个重要因子。该文以ASTER GDEM_30m为基础数据，结合全国1∶400万矢量数据，进行重采样获取分辨率为40m、50m、60m、70m、80m的DEM数据，通过坡度提取与重分类获取数据来对比不同分辨率下南江县坡度的变化趋势。结果显示：南江县北部坡度大，南部坡度小，与其北高南低的地势相吻合，坡度主要集中在8～35°；分辨率越低，对地形的概括程度越高，坡度不断变缓，向中等分级集中；南江县超过30%的坡度高于临界坡度，加之其复杂的地质环境，土壤结构疏松，水土流失严重。基于DEM对南江县坡度进行提取对比分析，以期为该区水土流失的研究提供有效的依据。

关键词：DEM；坡度；南江县

中图分类号 P208 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）14-0081-04

Abstract：Slope is one of the key factors for soil erosion.Based on ASTER GDEM_30m data with high spatial resolution and 1∶4 million vector data of national，the different resolution DEM of 40m，50m，60m，70m，80m were extracted with the tool of resampling，then extract slope and reclassify to show the trends of Nanjiang's slopes under different resolution DEM.The results show that，the north of Nanjiang County are steep slopes，and the south of Nanjiang County are small slopes，this is consistent with the terrain of Nanjiang County. These slopes mainly concentrate in a scope between 8° and 35°，the lower resolution DEM，the higher summarize of terrain，and the slower of slope，then the slopes tend to the classify of moderate.More than 30% of Nanjiang's slopes are higher than critical slope，in addition，the complex geological environment and loose soil structure，the loss of water and soil is serious. The study of the slope-extraction analysis of Nanjiang County from different resolution DEM is looking forward to provide basis for research of water and soil conservation.

Key words：DEM；Slope；Nanjiang County

坡度是指坡面垂直高度和水平距离的比值[1]，是地学分析模型的基础数据[2]。坡度影响地表径流的发生和土壤侵蚀的强度，也影响水土保持措施的布设[3]。数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）作为一组能够描述地面高程值空间分布的有序数据，能够明确反映在一定分辨率下研究区的局部地形特征[4]。随着国家基础空间设施数据库的建成和GIS应用领域的普及，坡度越来越依赖于通过DEM进行提取与分析[5]，目前DEM已被广泛应用于地形特征提取、水文分析、土壤侵蚀、侵蚀产沙模型模拟等方面。坡度作为其重要的因子之一，是描述地形特征信息的重要指标，目前关于坡度的提取研究较多，主要包括坡度分级与制图[6]及分级方法比较[7]、坡面提取算法与分析[8]、土壤侵蚀因子研究[9]等方面。南江县地势复杂，新构造运动明显[10]，水土流失严重，关于南江县地质灾害的研究相当普遍，但明确不同分辨率DEM下坡度的变化情况并不多。为此，本文以ASTER GDEM_30m为数据源，通过重采样获取南江县不同分辨率的DEM数据，进行坡度提取以分析不同分辨率下坡度的变化趋势，为南江县水土流失防治布设提供依据，也为今后南江县空间信息的研究提供依据。

1 研究区概况

南江县位于四川省巴中市、嘉陵江流域渠江水系巴河上游（图1），地理坐标为106°27′～107°08′E，31°53′～32°45′N，面积3 417km2。县内总体地形为北高南低，一般海拔1 300～2 000m，年均降水量1 198.7mm；南江河为境内主要河流，此外还有正直河、焦家河等[11]。南江县境内沟壑纵横，土质疏松，伴随着复杂的地质构造和岩层分布，水土流失严重，占全境总面积的48%，面积

1 639.78km2[12]。

2 数据分析

2.1 数据来源本文采用ASTER GDEM_30m数据，ASTER GDEM是于2009年7月由美国航空航天管理局（NASA）和日本经贸及工业部（METI）共同发布的最新栅格型数字地形数据，其覆盖范围为83°N～83°S的所有陆地区域，优势在于具有较高的空间分辨率[13]，分辨率为30m×30m。研究区矢量数据于全国1∶400万矢量数据中提取获得，并于ArcGIS中定义地理坐标系为D_WGS_1984，使之与DEM重合。

2.2 数据提取 ArcGIS中加载原始ASTER GDEM_30m数据，对ASTER GDEM_30m数据进行拼接，通过掩膜提方法取得到研究区DEM数据，调整DEM数据坐标投影保持一致。运用数据管理工具下栅格处理中重采样工具，对ASTER GDEM_30m数据进行重采样，得到分辨率为40m×40m、50m×50m、60m×60m、70m×70m、80m×80m的DEM数据。运用Spatial Analyst工具中表面分析模块下的坡度工具，对6组DEM数据分别进行坡度的提取，形成坡度图，并按照研究目的和通用标准进行重分类，形成坡度分布图。运用Excel统计软件对坡度进行统计，分析坡度与分辨率之间的关系。

3 结果与分析

在ArcGIS中对ASTER GDEM_30m、40m、50m、60m、70m、80m的DEM数据提取坡度后进行重分类，按照研究目的及国家通用标准分别形成坡度分级图（图2），本文将研究区坡度分为5级：0～5°、5～8°、8～15°、15～25°、25～35°、>35°。

基于ASTER GDEM数据，不同分辨率下坡度提取分级，北部坡度大，南部坡度小，与南江县北高南低的地势相符合，整体上并未出现明显的变化，但从图2中可以看出，随着分辨率的降低，坡度小的区域范围有所增大。研究区不同DEM坡度分级百分比对比可以明确的显示坡度随分辨率降低的变化规律（表1、图3）。

结合表1和图3可以明显看出，研究区坡度主要以15～25°最多，8～15°次之，全区坡度主要处于8～35°，所占比例高达80%；坡度为0～5°所占比例随着分辨率的降低略呈上升趋势，变化并不明显；坡度为5～8°所占比例随着分辨率的降低呈波动变化，ASTER GDEM_40m较ASTER GDEM_30m所占比例大，当分辨率为50m、60m时所占比例有所下降，当分辨率再降低时，所占比例快速上升；坡度为8～15°所占比例随着分辨率的降低基本成上升趋势；坡度为15～25°所占比例亦是如此；坡度>35°所占比例基本呈下降趋势。总的来说，随着分辨率的降低，坡度主要向中等分级集中，由于分辨率的降低，总体地形不断地趋于平缓，对地形的细节描述能力不断地降低，概括作用不断提升，高一级分级不断趋于低一级分级，陡坡不断被趋于平坦。坡面侵蚀的临界坡度为24～29°[14]，而研究区高于该范围的坡度达30%以上，加之南江县地质结构复杂，土质疏松，加剧了南江县的水土流失。

如表2所示，不同分辨率下DEM中提取坡度的最小值、最大值、平均值、标准差都发生了明显的变化。随着分辨率的降低，坡度最大值、平均值和标准差都不断的变小。分辨率的降低，DEM栅格变大，对地形的概括程度加强，使得整个研究区的地形逐渐趋于平缓，坡度各项值都有所降低。

4 结论与讨论

本文基于ASTER GDEM_30m，重采样获取分辨率为40m×40m、50m×50m、60m×60m、70m×70m、80m×80m的DEM数据来进行坡度的提取，通过对提取的坡度进行重分类形成坡度分级图，结合数据分析南江县坡度对分辨率变化的规律。结果显示：

（1）DEM不同分辨率下，南江县坡度主要集中在8～35°，且北部坡度较大，南部坡度较小，这与南江县北高南低的地势十分吻合。

（2）随着DEM分辨率的降低，对地形的概括程度提高，坡度的最小值、最大值、平均值和标准差都不断变小，坡度不断趋于平缓，坡度主要向中等分级集中。

（3）研究区坡度高于坡面侵蚀的临界坡度达30%以上，且南江县地质条件复杂，土壤易于侵蚀，为水土流失的发生创造了十分有利的条件。

（4）基于DEM对南江县坡度进行提取对比分析，能够为该区地质地貌的研究提供有效的参数，为该区水土保持工程建设及水土保持的布设提供重要的依据。

参考文献

[1]周佳宁，秦富仓，刘佳，等.基于GIS的坡度、坡向提取——以多伦县为例[J].内蒙古林业科技，2016，42（1）：55-58.

[2]刘学军，龚健雅，周启鸣，等.基于DEM坡度坡向算法精度的分析研究[J].测绘学报，2004，33（3）：258-263.

[3]杨勤科，贾大韦，李锐，等.基于DEM的坡度研究——现状与展望[J].水土保持通报，2007，27（1）：146-150.

[4]唐从国，刘丛强.基于SRTM DEM数据的清水江流域地表水文模拟[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2009，28（4）：652-655.