徐珍+蒋婷+黎武+吴强建中

摘 要：该研究以SREMDEM30mDEM为基础数据，以ArcGIS10.2为软件平台，对坡度、坡长、地形粗糙度、地表切割深度、地形高程变异系数进行了提取并分析。结果表明：赣州市坡度变幅为0°～70.7213°，坡长变幅为0～1187.34m，地形粗糙度集中在1～3.0234，地表切割深度集中在0～118.333，地形高程变异系数集中在0～1.1.8536。通过对水土流失地形因子的分析，为该区域水土流失防治提供一定的科学依据。

关键词：水土流失；地形因子；DEM

中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）11-0104-04

Analysis and Selection of Topographical Indices Influencing Soil Loss in Ganzhou City

Xu Zhen et al.

（School of Land and Resources，China West Normal University，Nanchong 637000，China）

Abstract：Based on the DEM of ASTER GDEM with 30 meter resolution，and ArcGIS soft ware platform，topographic features，such as slope，slope length，surface roughness，surface incision and variance coefficient are extracted and analyzed. The result shows that the slope is the 0°～70.7213°；the slope length is the 0～1187.34m；the surface roughness is the1～3.0234；the surface incision is the 0～118.333；the variance coefficient is the 0～1.1.8536.Through the analysis of soil and water loss topographic factors，it provides some scientific basis for soil and water loss control in this area.

Key words：Soil loss；Topographical indices；DEM

地形要素是最基本的自然地理單元，地形的起伏与变化特征直接影响地表物质迁移与能量转换的方式、规模与速率，影响着水土流失的发生[1]。近年来，对于地形的分析主要基于地理信息技术对地形因子的提取，根据学者对地形因子的分类，主要分为微观地形因子和宏观地形因子两类，其中微观地形因子包括坡度、坡长、坡向、剖面曲率等；宏观地形因子包括地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度等[2]。

关于地形因子的研究主要源于美国的土壤侵蚀模型的建立，并且在微观地形因子方面的研究较为广泛[3]。在国内的研究也在近年来逐渐广泛，国外对于地形因子的研究均局限于坡面或沟道，学者根据地貌学意义与水土保持学意义的不同，从大尺度范围进行研究，主要选取了宏观尺度上的地形指标，对宏观水土流失进行评价与预测[4]。此外，提取技术上也不断发展，通过DEM提取地形因子更为普遍，DEM能够反映一定分辨率的局部地形特征，借助一定的算法，就能提取各种地形特征信息[5]。如对我国地貌基本特征的反映，DEM所提取的宏观地形因子较为准确，丰富了地貌实体形态的量化描述，为地貌形态分类提供了可靠依据[6]。为了研究区域地表破碎程度，地形因子的提取在不同地貌区域也得到了不同程度的运用，喀斯特地貌区域[7]与黄土高原区域[8]得到了成功的验证，并且得出了区域的地貌分区图，为地貌学研究提供了可靠的信息源。地形因子的提取渐趋成熟，在其实践运用上主要集中在梯田、居民点、耕地、公路等方面。综上，地形因子的提取与分析对于地貌学研究具有不可忽视的作用。

虽然国内外都利用DEM对不同地形因子的提取技术进行了研究，但仍然集中在坡面地形参数的提取上，对于宏观地形参数的提取则很少涉及。为此，本文基于DEM对影响水土流失的微观地形因子与宏观地形进行提取且分析，从而对宏观水土流失评价和预测工作起到推动作用。

1 研究区概况

赣州市位于江西省南部、赣江上游，地理位置为北纬24°29′～27°09′，东经113°54′～116°38′[9]。市境内地带性土壤为红壤，地貌以丘陵和山地为主，兼有盆地，分别占全市土地总面积的61%、22%和17%[10]。地处中亚热带南缘，呈典型的亚热带丘陵山区湿润季风气候，年平均气温18.9℃，年均降水量1587mm[11]。

2 数据与方法

2.1 数据来源 本文以SREMDEM30m为基础数据，数据源于地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn/）。矢量数据源于国家科技基础平台的地球系统科学数据共享平台提供的中国县级行政区图。以ArcGIS10.2为技术支撑，运用掩膜提取工具对DEM进行裁剪，得出完整的赣州市30m×30m分辨率DEM栅格数据[12]。

2.2 研究方法

2.2.1 坡度 坡度的提取通过ArcGIS10.2中3D分析工具→栅格表面→坡度工具得出。

2.2.2 坡长 坡长通过非累计汇流量的方法实现[13]，计算公式如下：

式中：L表示坡长（m），slope of DEM表示坡度，Lw表示流水长度。

2.2.3 地表粗糙度 地表粗糙度是指在一个特定区域内，地球表面积与其投影面积之比，它也是反映地表形态的一个宏观指标。在提取坡度的基础上，在栅格计算器中根据公式计算地表粗糙度[14]：

式中：R表示地表粗糙度；[slope of DEM]表示坡度；π表示圆周率，取值3.14。

2.2.4 地表切割深度 地表切割深度是研究水土流失及地表侵蚀发育状况的重要参数指标，是指地面某点的领域范围的平均高程与该领域内最小高程的差值，其提取算法可参考地形起伏度的提取[15]，计算公式如下：

式中：Di表示地面每一点的地表切割深度，Hmean表示分析窗口的平均高程，Hmin值分析窗口中的最小高程值。

2.2.5 高程变异系数 高程变异系数是以格网单元顶点的标准差，与平均高程的比值来表示，反映了分析区域内地表单元格网格顶点高程的变化情况[16]。计算公式如下：

式中：V为高程变异系数，S指统计区域的高程标准差，Z为统计区域高程的平均值。

3 结果与分析

3.1 微观因子分析

3.1.1 坡度分析 坡度可反映宏观区域内地面的起伏程度，如图1所示，赣州市坡度的变幅为0°～70.7213°，根据SL190-2007《土壤侵蚀分类分级标准》中地面坡度分级标准，将坡度分为6个等级（0°～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、>35°）。其中0°～5°占总范围的23.86%，5°～8°占15.58%，8°～15°占30.76%，15°～25°占23.42%，25°～35°占5.64%，>35°占0.75%。因此，该区域随着坡度的不断增大，所占范围呈先减小后增大再减小的趋势，其中8°～15°的比重最大，>35°的比重最小。

3.1.2 坡长分析 坡长指坡面漫流的起点到坡度减小至有沉积发生位置的水平距离，或者到径流汇聚的固定渠道的水平距离[17]，图1中的坡长图反映出赣州市坡长的变幅为0～1187.34m，通过自然间隔点分级法，得出赣州市的坡长分为5段，0m占总范围的99.89%，0～56.221m占0.08%，56.221～127.279m占0.02%，127.279～381.838m占0.0061%，381.838～1187.34m占0.0008%。因此，根据统计结果，该区域坡长值较小，基本处于0～56.221m。

3.2 宏观因子分析

3.2.1 地表粗糙度分析 地面粗糙度在一定程度上可以反映出地形地貌破碎化程度[8]，如圖2所示，我们可得知赣州市的地表粗糙度的变幅为1～3.0234，从整体上看地面粗糙度较大值主要分布在西、南边，以及中间小范围的区域。通过自然间隔点分级法，得出赣州市的地表粗糙度处于1～1.023之间占59.91%，1.023～1.07之间占27.47%，1.070～1.15之间占10.09%，1.150～1.300之间占2.27%，>1.30234占0.25%。根据统计结果，赣州市地表粗糙度随着值的上升，所占范围不断减小，1～1.023之间的范围最广，占总范围的1/2，>1.30234范围最小。

3.2.2 地表切割深度分析 相对于地表起伏度，地表切割深度是针对于局部小范围内，地表垂直方向上割裂程度的示量[18]。根据图2显示，赣州市地表切割深度的变幅0～118.333，整体上看地表切割深度均较大，仅西北及西边部分区域值较小，其他区域分布较为分散且范围较小。通过自然间隔点分级法发现，该区域地表切割深度可分为5级，0～4.780之间占总范围的35.38%，4.780～9.250之间占29.76%，9.250～14.440之间占21.41%，14.44～21.90之间占10.77%，21.900～118.333之间占2.67%。根据统计结果，赣州市地随着表切割深度的增大，范围不断减小，这与地表粗糙度结果较为相似，最大范围为0～4.780，最小范围为21.900～118.333。

3.2.3 地形高程变异系数 在DEM上的一定分析窗口内，不同高程值的栅格点越多，地面高程变化和地面起伏频率越大，越易发生土壤侵蚀。因此，也可用地形高程变异系数来表示地形变化的频率大小，并将其作为宏观尺度上的地形指标之一[19]。根据图2显示，赣州市地形高程变异系数的变幅为0～1.1.8536，从整体出发，该区域的地形高程变异系数值基本较为均匀，仅在西边小范围值较大，其他区域仅有极小范围出现较大值。通过自然间隔点分级法发现，将该区域地表切割深度分为5级，0～0.009之间占30.39%，0.009～0.018之间占40.94%，0.018～0.037之间占25.77%，0.037～0.098之间占2.87%，0.098～1.18536之间占0.03%，因此该区域随着地形高程变异系数值的不断增大，范围呈先增大后减小趋势，0.009～0.018之间范围最广，占该区域的3/5，而最小范围出现在0.098～1.18536之间。

4 结论与讨论

基于DEM进行数据提取，坡度、坡长作为微观因子代表，地形粗糙度、地表切割深度、地形高程变异系数对于赣州市的地形反映较为准确。各因子基本能反映地形信息，为赣州市资源环境研究提供了基础的信息平台，具有一定的指导意义。该区域属于红壤区域，水土流失较为严重，各个地形因子反映出赣州市地形较为破碎，坡度、地表切割深度、地形粗糙度值较大，土壤侵蚀较为严重，因而在水土保持方面应加强重视。

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（责编：张宏民）