基于SRTM的登封市坡度分级研究*

2016-11-29张志国

甘肃科技 2016年8期

关键词：登封市分级分类坡地

张志国

（商丘师范学院环境与规划学院，河南商丘476000）

基于SRTM的登封市坡度分级研究*

张志国

（商丘师范学院环境与规划学院，河南商丘476000）

坡度是重要的地形因子之一。基于登封市SRTM3数据，利用Arcgis获取了登封市坡度分布图，并根据我国常用的两种坡度分级分类标准制作了登封市坡度分级分类图，为登封市国土资源利用、灾害防治、环境保护等提供帮助。

坡度；SRTM；登封市

地形坡度(简称坡度)是地貌形态的一个微观指标，是对地形表面倾斜程度的定量化描述，直接影响着地表的物质流和能量的再分配，影响着土壤的发育、植被的种类与分布，制约着土地利用的类型与方式，对自然灾害（如崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等）的预测也有着非常重要的作用[1-2]。利用DEM数据提取区域地形坡度是目前地形分析的主要方式之一[3]。登封市是我国著名的旅游城市之一，地质情况复杂多样，由此带来的地质灾害和山洪危险是需要时刻关注的重大问题。坡度因子是登封市防灾减灾和科学合理利用土地的关键性要素。

1 研究区概况

登封市位于河南省西部，总面积约1200km2左右，地形复杂，北有嵩山山脉，南有箕山、熊山山脉，均为东西走向，地势由南北向中间逐渐降低为丘陵河川，地貌类型主要包括深山、浅山、丘陵和平地。地质构造以岩龄古老、构造复杂、地层发育完整、出露良好、形态各异而闻名中外。登封市水系主要是淮河流域最大的水系—颍河水系，通过市区的有少溪河、书院河及五渡河三条小型河流。属暖温带大陆性季风气候，年均温14.2℃，年均降水量614mm，四季分明，温差大。

2 数据与计算原理

SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）主要是由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量的。2002年2月11日美国“奋进号”航天飞机发射升空，搭载的SRTM系统共计进行了222h23min的数据采集工作，获取60°N至56°S之间，180°E和180°W之间的所有区域，面积超过1.19亿km2，覆盖全球陆地表面的80%以上。SRTM数据产品2003年开始公开发布。SRTM数据有SRTM-1和SRTM-3两种，分别是按经纬度1弧秒和3弧秒的距离进行采样的。本文使用的SRTM数据是中科院计算机网络信息数据中心加工的中国及周边区域范围内的填补好数据空洞的SRTM3数据（http：// datamirror.csdb.cn/或 http：//srtm.datamirror.csdb.cn/）。SRTM3数字地形是目前现势性最好、分辨率最高的全球性数字地形数据，它的高程基准是EGM96的大地水准面，平面基准是WGS84，标称绝对高程精度是±16m，标称绝对平面精度是±20m。利用登封市边界图截取登封市SRTM3数据后，对登封市SRTM3数据进行预处理，主要是进行投影转换和重采样。投影方式选择等面积圆锥投影（Albers），第一标准纬线为25°N，第二标准纬线为47°N，中央经线为105° E，起始纬度取0，基准面选用krasovsay_1940，DEM栅格单元重采样为90m×90m。

地表面任一点的坡度(Slope)是指过该点的切平面与水平地面的夹角，是高度变化的最大比率，表示了地表面在该点的倾斜程度。在栅格数据中，坡度工具用于为每个像元计算值在从该像元到与其相邻的像元方向上的最大变化率。在Arcgis中，坡度取决于表面从中心像元开始在水平(dz/dx)方向和垂直(dz/dy)方向上的变化率（增量）[4]。用来计算坡度的基本算法是：

坡度通常以度为单位来测量，其算法如下：

3 结果与分析

将预处理后的登封市SRTM-DEM数据导入Arcgis10中，利用Arcgis10的空间分析工具，进行坡度提取和坡度分类，就可以得到登封市坡度的空间分布图（如图1所示）和登封市坡度分级图（如图2，3所示）。

3.1 登封市坡度空间分布

分析图1可知，登封市最高坡度61.6°，平均坡度7.48°，坡度变化范围较大，坡度变率也较大。呈南北坡度大、中间坡度缓的空间格局，与登封市“两山夹一谷”（北面嵩山山脉、南面箕山山脉，中间是颍河河谷）的地貌形态相吻合。嵩山山脉坡度最大，地势陡峭；箕山山脉与嵩山山脉相比，坡度相对要小些。由嵩山山脉向颍河河谷方向，坡度变化过渡不明显，说明地势变化较大；相对而言，箕山山脉向颍河河谷有一定的过渡，地势较缓，山体不是很突兀。中间地带包括颍河河谷和山区低地丘陵区，地势虽然平缓，但不平坦。

图1 登封市坡度分布图

3.2 登封市坡地分级

坡度分级为坡地的土地利用规划、灾害防治、道路施工等诸多方面的应用提供参考依据。目前我国坡度分级主要有两种：一是1984年中国农业区划委员会颁布的《土地利用现状调查技术规程》中制定的耕地坡度分级（见表1）；二是2008年国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布的《水土保持综合治理规划通则》（GB/T15772-2008）中规定的小流域坡度分级（见表2）。下面分别根据这两种分级标准进行登封市坡地分级分类。

表1 耕地坡度分级

表2 小流域坡度分级

根据《土地利用现状调查技术规程》中制定的耕地坡度分级标准，在Arcgis中重新分类，得到登封市耕地坡度分级分类图。从图2中可知，Ⅰ级坡地面积占全市总面积的20.23%，Ⅱ级坡地面积占总面积的36.7%，Ⅲ级坡地面积占总面积的29.04%，Ⅳ级坡地面积占总面积的9.77%，Ⅴ级坡地面积占总面积的4.25%。Ⅰ级和Ⅱ级坡地合占总面积的56.93%，超过全市总面积的一半，这和登封市的地貌特征是相符合的。

图2 登封市耕地坡度分级分类图

根据《水土保持综合治理规划通则》（GB/ T15772-2008）中规定的坡度分级标准，利用Arcgis处理得到登封市小流域坡度分级分类图。由图3可知，微坡地面积占全市总面积的49.77%，较缓坡地面积占总面积的18.14%，缓坡地面积占总面积的18.07%，较陡坡地面积占总面积的9.77%，陡坡地面积占总面积的3.24%，陡坡面积占总面积的1.02%。退耕还林（还草）工程规定＞25°的坡地都禁止开垦，按照此规定，登封市严禁开垦的坡地面积占全市总面积的4.26%，这对登封市水土流失治理和生态环境保护具有意义。