DEM分辨率对白马小流域坡度与坡向提取的影响

刘利峰

（长治市水土保持试验站）

数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是在一定范围内通过规则格网点描述地面高程信息的数据集，用于反映区域地貌形态的空间分布。DEM是进行地形学相关研究的重要基础数据，其分辨率大小则会直接影响基于DEM的地形因子提取结果。DEM分辨率与地形因子的关系，得到了许多人的关注与研究探索，并取得了可喜成果。王峰等以蒙阴县为例，研究了坡度、坡长、坡向与汇水面积随DEM分辨率的变化；李蒙蒙等研究了我国东北黑土区、西北黄土区、南方红壤区等三个不同土壤类型区，地形因子随DEM分辨率的变化特点；刘娜等以大兴安岭漠河地区为例，研究了坡度、坡向及剖面曲率随分辨率的变化情况；徐珍等以井冈山市为例，研究了坡度、坡长因子随分辨率的变化；羊秀娟等以三台县为例，研究了坡度、坡向、曲率、地表粗糙度等随分辨率的变化。

本文以山西省平顺县白马小流域为研究区，基于1∶10 000地形图，利用Region Manager建立多种分辨率的DEM（分辨率水平包括：5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m等10种），探讨分析了坡度、坡向提取随DEM分辨率的变化。

1 研究区自然简况

白马小流域位于山西省平顺县青羊镇白马村，地理位置为北纬36°07′19″-36°08′52″，东经113°20′30″-113°22′11″。地貌类型为北方土石山区，属海河流域浊漳河水系。流域长度2.518 km，平均宽度1.697 km，总面积4.471 km2。形状系数0.675，不对称系数0.63，流域形状为扇形。最高海拔1 522.5 m，最低1 303.25 m，相对高差219.25 m。属暖温带大陆性季风气候区，年均气温9.1℃，年≥10℃的积温3 177.5℃，无霜期125 d，年均降水量628.9 mm，年均蒸发量1 631.6 mm，平均风速2.3 m/s。土壤侵蚀类型以水蚀为主，侵蚀程度属轻度。

2 研究区不同分辨率DEM建立

首先，应用扫描仪将研究区1∶10 000地形图扫描成图像文件。然后，用Photoshop处理该图像文件：在AutoCAD中，以地形图为底图，手动追踪等高线并将其矢量化；将矢量化后的等高线图导入Region Manager中，进行投影变换、赋高程等处理；使用Region Manager的等值线插值命令，选取5 m分辨率，生成相应DEM。之后，改变分辨率水平，分别生成10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m等不同分辨率的DEM。

3 基于不同分辨率DEM提取坡度与坡向成果

应用Region Manager的地形分析命令，处理上述不同分辨率的DEM，生成相应的坡度、坡向图。使用Region Manager的数值分级命令，对坡度、坡向图进行分级。坡度按《水土保持综合治理 规划通则》（GB/T 15772-2008），共分5级：＜5°、5°-15°、15°-25°、25°-35°、＞35°。坡向则以正北方向为0°，顺时针一周将360°分为：北坡（0°-22.5°，337.5°-360°），东北坡（22.5°-67.5°），东坡（67.5°-112.5°），东南坡（112.5°-157.5°），南坡（157.5°-202.5°），西南坡（202.5°-247.5°），西坡（247.5°-292.5°），西北坡（292.5°-337.5°）共8个方向。

应用Region Manager创建数据表命令，处理不同分辨率下的坡度分级图、坡向分区图，生成相应的数据表。表中数据项，主要包括每种坡度、坡向及分级（分区）所占面积，将这些数据复制到Excel中，计算不同分辨率下各坡度、坡向分级（分区）所占面积百分比，结果见表1和表2。

表1 白马小流域不同分辨率下各坡度分级所占面积百分比

表2 白马小流域不同分辨率下各坡向所占面积百分比

4 结果分析

利用Excel图形工具，由表1和表2生成折线图1和图2。

图1 不同分辨率各坡度分级面积百分比趋势

图2 不同分辨率各坡向面积百分比趋势

4.1 坡度随DEM分辨率的变化

由图1可知：在＜5°范围内，DEM分辨率对坡度的影响不大；在5°-15°和15°-25°范围内，随DEM分辨率的降低，两个坡度范围内的坡度比例呈增加的趋势；在25°-35°和＞35°范围内，随DEM分辨率降低，两个坡度范围内的坡度比例呈减少的趋势。总体来讲，随DEM分辨率的降低，坡度向低坡度范围集中。

4.2 坡向随DEM分辨率的变化

由图2可知，DEM分辨率的变化对各个坡向的影响无明显的趋势性规律。

5 结论与建议

通过上述分析可知，DEM分辨率对提取地形因子中的坡度、坡向均有影响：随着DEM分辨率的降低，坡度总体向低坡度范围集中，说明DEM分辨率的降低，使其对区域地形的概括程度增加，地形起伏趋于平缓；对坡向的影响则无明显的趋势性规律。基于本研究结果，在应用DEM提取坡度、坡向等地形因子时，应根据实际工作需要选择合适的分辨率。