基于不同分辨率DEM的南江縣坡度提取分析

楊曉 黎武 賀春明

摘 要：坡度是影響土壤侵蝕的一個重要因子。該文以ASTER GDEM_30m為基礎數據，結合全國1∶400萬矢量數據，進行重采樣獲取分辨率為40m、50m、60m、70m、80m的DEM數據，通過坡度提取與重分類獲取數據來對比不同分辨率下南江縣坡度的變化趨勢。結果顯示：南江縣北部坡度大，南部坡度小，與其北高南低的地勢相吻合，坡度主要集中在8～35°；分辨率越低，對地形的概括程度越高，坡度不斷變緩，向中等分級集中；南江縣超過30%的坡度高于臨界坡度，加之其復雜的地質環境，土壤結構疏松，水土流失嚴重?；贒EM對南江縣坡度進行提取對比分析，以期為該區水土流失的研究提供有效的依據。

關鍵詞：DEM；坡度；南江縣

中圖分類號 P208 文獻標識碼 A 文章編號 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離的比值[1]，是地學分析模型的基礎數據[2]。坡度影響地表徑流的發生和土壤侵蝕的強度，也影響水土保持措施的布設[3]。數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）作為一組能夠描述地面高程值空間分布的有序數據，能夠明確反映在一定分辨率下研究區的局部地形特征[4]。隨著國家基礎空間設施數據庫的建成和GIS應用領域的普及，坡度越來越依賴于通過DEM進行提取與分析[5]，目前DEM已被廣泛應用于地形特征提取、水文分析、土壤侵蝕、侵蝕產沙模型模擬等方面。坡度作為其重要的因子之一，是描述地形特征信息的重要指標，目前關于坡度的提取研究較多，主要包括坡度分級與制圖[6]及分級方法比較[7]、坡面提取算法與分析[8]、土壤侵蝕因子研究[9]等方面。南江縣地勢復雜，新構造運動明顯[10]，水土流失嚴重，關于南江縣地質災害的研究相當普遍，但明確不同分辨率DEM下坡度的變化情況并不多。為此，本文以ASTER GDEM_30m為數據源，通過重采樣獲取南江縣不同分辨率的DEM數據，進行坡度提取以分析不同分辨率下坡度的變化趨勢，為南江縣水土流失防治布設提供依據，也為今后南江縣空間信息的研究提供依據。

1 研究區概況

南江縣位于四川省巴中市、嘉陵江流域渠江水系巴河上游（圖1），地理坐標為106°27′～107°08′E，31°53′～32°45′N，面積3 417km2?？h內總體地形為北高南低，一般海拔1 300～2 000m，年均降水量1 198.7mm；南江河為境內主要河流，此外還有正直河、焦家河等[11]。南江縣境內溝壑縱橫，土質疏松，伴隨著復雜的地質構造和巖層分布，水土流失嚴重，占全境總面積的48%，面積

1 639.78km2[12]。

2 數據分析

2.1 數據來源 本文采用ASTER GDEM_30m數據，ASTER GDEM是于2009年7月由美國航空航天管理局（NASA）和日本經貿及工業部（METI）共同發布的最新柵格型數字地形數據，其覆蓋范圍為83°N～83°S的所有陸地區域，優勢在于具有較高的空間分辨率[13]，分辨率為30m×30m。研究區矢量數據于全國1∶400萬矢量數據中提取獲得，并于ArcGIS中定義地理坐標系為D_WGS_1984，使之與DEM重合。

2.2 數據提取 ArcGIS中加載原始ASTER GDEM_30m數據，對ASTER GDEM_30m數據進行拼接，通過掩膜提方法取得到研究區DEM數據，調整DEM數據坐標投影保持一致。運用數據管理工具下柵格處理中重采樣工具，對ASTER GDEM_30m數據進行重采樣，得到分辨率為40m×40m、50m×50m、60m×60m、70m×70m、80m×80m的DEM數據。運用Spatial Analyst工具中表面分析模塊下的坡度工具，對6組DEM數據分別進行坡度的提取，形成坡度圖，并按照研究目的和通用標準進行重分類，形成坡度分布圖。運用Excel統計軟件對坡度進行統計，分析坡度與分辨率之間的關系。

3 結果與分析

在ArcGIS中對ASTER GDEM_30m、40m、50m、60m、70m、80m的DEM數據提取坡度后進行重分類，按照研究目的及國家通用標準分別形成坡度分級圖（圖2），本文將研究區坡度分為5級：0～5°、5～8°、8～15°、15～25°、25～35°、>35°。

基于ASTER GDEM數據，不同分辨率下坡度提取分級，北部坡度大，南部坡度小，與南江縣北高南低的地勢相符合，整體上并未出現明顯的變化，但從圖2中可以看出，隨著分辨率的降低，坡度小的區域范圍有所增大。研究區不同DEM坡度分級百分比對比可以明確的顯示坡度隨分辨率降低的變化規律（表1、圖3）。

結合表1和圖3可以明顯看出，研究區坡度主要以15～25°最多，8～15°次之，全區坡度主要處于8～35°，所占比例高達80%；坡度為0～5°所占比例隨著分辨率的降低略呈上升趨勢，變化并不明顯；坡度為5～8°所占比例隨著分辨率的降低呈波動變化，ASTER GDEM_40m較ASTER GDEM_30m所占比例大，當分辨率為50m、60m時所占比例有所下降，當分辨率再降低時，所占比例快速上升；坡度為8～15°所占比例隨著分辨率的降低基本成上升趨勢；坡度為15～25°所占比例亦是如此；坡度>35°所占比例基本呈下降趨勢?？偟膩碚f，隨著分辨率的降低，坡度主要向中等分級集中，由于分辨率的降低，總體地形不斷地趨于平緩，對地形的細節描述能力不斷地降低，概括作用不斷提升，高一級分級不斷趨于低一級分級，陡坡不斷被趨于平坦。坡面侵蝕的臨界坡度為24～29°[14]，而研究區高于該范圍的坡度達30%以上，加之南江縣地質結構復雜，土質疏松，加劇了南江縣的水土流失。

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、標準差都發生了明顯的變化。隨著分辨率的降低，坡度最大值、平均值和標準差都不斷的變小。分辨率的降低，DEM柵格變大，對地形的概括程度加強，使得整個研究區的地形逐漸趨于平緩，坡度各項值都有所降低。

4 結論與討論

本文基于ASTER GDEM_30m，重采樣獲取分辨率為40m×40m、50m×50m、60m×60m、70m×70m、80m×80m的DEM數據來進行坡度的提取，通過對提取的坡度進行重分類形成坡度分級圖，結合數據分析南江縣坡度對分辨率變化的規律。結果顯示：

（1）DEM不同分辨率下，南江縣坡度主要集中在8～35°，且北部坡度較大，南部坡度較小，這與南江縣北高南低的地勢十分吻合。

（2）隨著DEM分辨率的降低，對地形的概括程度提高，坡度的最小值、最大值、平均值和標準差都不斷變小，坡度不斷趨于平緩，坡度主要向中等分級集中。

（3）研究區坡度高于坡面侵蝕的臨界坡度達30%以上，且南江縣地質條件復雜，土壤易于侵蝕，為水土流失的發生創造了十分有利的條件。

（4）基于DEM對南江縣坡度進行提取對比分析，能夠為該區地質地貌的研究提供有效的參數，為該區水土保持工程建設及水土保持的布設提供重要的依據。

參考文獻

[1]周佳寧，秦富倉，劉佳，等.基于GIS的坡度、坡向提取——以多倫縣為例[J].內蒙古林業科技，2016，42（1）：55-58.

[2]劉學軍，龔健雅，周啟鳴，等.基于DEM坡度坡向算法精度的分析研究[J].測繪學報，2004，33（3）：258-263.

[3]楊勤科，賈大韋，李銳，等.基于DEM的坡度研究——現狀與展望[J].水土保持通報，2007，27（1）：146-150.

[4]唐從國，劉叢強.基于SRTM DEM數據的清水江流域地表水文模擬[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2009，28（4）：652-655.

[5]劉學軍，張平，朱瑩.DEM坡度計算的適宜窗口分析[J].測繪學報，2009，38（3）：264-271.

[6]劉菊，鄭智禮，孫拖煥.基于DEM的坡度提取與分析[J].山西水土保持科技，2013（3）：12-14.

[7]湯國安，宋佳.基于DEM坡度圖制圖中坡度分級方法的比較研究[J].水土保持學報，2006，20（2）：157-160，192.

[8]陳楠，王欽敏，湯國安.基于DEM的坡向提取算法對比分析——以黃土丘陵溝壑區的研究為例[J].遙感信息，2007（1）：70-75.

[9]靳長興.坡度在坡面侵蝕中的作用[J].地理研究，1996，15（3）：57-63.

[10]王峰.四川省南江縣地質災害易發性區劃研究[D].成都：成都理工大學，2015.

[11]張遠明，楊偉，郝紅兵，等.四川省南江縣地質災害分布、形成條件與防治[J].地質災害與環境保護，2005，16（2）：125-129.

[12]彭成章，岳普.南江縣治理水土流失的作法與成效[J].四川水利，2005（2）：30-32.

[13]張學儒，官冬杰，牟鳳云，等.基于ASTER GDEM數據的青藏高原東部山區地形起伏度分析[J].地理與地理信息科學，2012，28（3）：11-14.

[14]靳長興.論坡面侵蝕的臨界坡度[J].地理學報，1995，50（3）：234-239. （責編：張宏民）