基于DEM的重慶市北碚區土地利用格局地形分布特征分析

王娜娜 唐慶 吳強建中

摘 要：以研究區DEM與2015年土地利用矢量數據為基礎數據源，對影響土地利用格局地形分異的坡度、高程因子進行提取與分析。結果表明：北碚區地形坡度在0～59.4626°范圍變化，且土地利用景觀面積隨坡度的增加呈大體增加趨勢；高程變幅為200～1250m，但土地利用景觀主要分布在300～500m、500～1000m，地形以山地、丘陵為主。研究區土地利用景觀類型空間分布較為復雜，但應注重適宜坡度和海拔下未利用地的合理開發程度。通過對北碚區坡度、高程因子下的土地利用格局空間分異特征的分析，為北碚區合理利用土地資源提供科學指導。

關鍵詞：DEM；地形因子；地形分析；土地利用格局

中圖分類號 F301.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）15-0076-03

地形因子是地形信息的直接表達，對地形因子的定量分析有助于理解復雜的地表過程。目前，隨著GIS空間分析技術的不斷發展，利用DEM定量提取各種地形因子成為了獲取區域地形信息的關鍵技術手段。另外，地形對景觀結構和空間格局的分布具有重要影響，不僅為其形成提供基礎，地形空間特征也影響著各類景觀的演變過程[1]，尤其是在以人類活動占主體的土地利用景觀中，地形條件決定了大尺度景觀空間分布的格局[2]。目前，大多數研究僅以單一地形因子對土地利用景觀分布特點進行分析[3，4]，而隨著研究區以土壤侵蝕為主的土地退化等環境問題日趨嚴重，針對地形信息定量分析且與土地利用景觀格局相結合的研究也亟待深入。為此，本研究以重慶市北碚區為對象，運用GIS空間分析方法，基于DEM提取坡度、高程基本地形因子，定量分析該區地形信息，并在此基礎上研究地形與土地利用景觀空間格局分布的特征，以期為區域內水土保持與土地資源的合理利用提供科學指導。

1 研究區概況

北碚區地處東經106°18′14″～106°56′53″，北緯29°39′10″～30°3′53″，位于四川盆地以東，隸屬重慶市，嘉陵江自西北向東南橫穿而過。全區面積753.67km2，地勢南高北低，中部較凹。屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫18℃，降水量1138mm，無霜期長。受地質地貌條件的影響，該區域地質災害頻繁，主要有滑坡、危巖崩塌、泥石流、地裂帶等。由于降水充沛，坡面水流匯集也造成嚴重的地表侵蝕。

2 數據來源與方法

2.1 數據來源與預處理 本研究分別采用來自地理空間數據云網站提供的ASTER-GDEM數據與地理國情監測云平臺提供的北碚區2015年土地利用矢量數據。其中，研究區DEM空間分辨率為30m×30m，空間參考為WGS_1984_UTM_Zone_48N。將獲取的DEM數據在ArcGIS10.2中進行拼接，用1∶400萬北碚區矢量邊界去裁剪拼接后的DEM數據，獲得北碚區DEM原始數據；另外，對土地利用矢量數據進行坐標轉換，使其與研究區DEM坐標保持一致。

2.2 疊加分析 疊加分析是ArcGIS中重要的分析工具，是常用來提取地理事物空間隱含信息的方法之一[5]。本文采用基于柵格數據的疊加分析，前提是通過對北碚區土地利用矢量數據的柵格轉換處理，與其高程、坡度地形分布圖疊加，分析得到不同地形因子影響下土地利用格局的分異特征。

3 地形信息提取與結果分析

獲取地形信息的前提是利用已有的DEM提取出由高程點構成的格網，并用ArcGIS空間分析的方法進行分類，之后利用已有的分析工具計算所需要的地形因子[6]。本文借助ArcGIS平臺，基于DEM提取與研究區土地利用景觀空間格局分布密切相關的坡度、高程因子，用重分類工具進行分級顯示后，通過統計地形因子不同級別面積的百分比來展開分析。

3.1 坡度特征分析 坡度反映局部坡面在空間尺度的傾斜程度，是制約土地生產力空間布局的重要因子[7]。可在ArcGIS10.2中利用“3DAnalyst-RasterSurface-Slope”工具提取。北碚區坡度總變幅為0～59.4626°，利用主觀分級法將坡度分為6級。由表1可知，隨坡度增加，北碚區土地利用景觀面積也大體呈增加趨勢，以8～15°、15～25°、>35°分布最為集中。坡度越大，侵蝕速度越快，地質災害發生的可能性越大。

4 土地利用空間格局地形分布特征

在地形分析的基礎上，利用研究區2015年的土地利用景觀格局圖分別與其坡度、高程分布圖進行空間疊加、鏈接分析，以此構建研究區土地利用景觀格局在坡度與高程上的分布系列。

4.1 土地利用格局坡度分布特征 根據北碚區坡度分級特征對其土地利用景觀格局進行分區統計，結果表明：研究區水田、農村居民點集中分布在0～5°內，占整個坡度帶面積的比例分別為56.27%、40.82%；而旱地超過50%分布在坡度較大的區域，在今后的開發利用過程中，建議將其部分用于水土保持林的建設；未利用地主要分布在8～15°內，可作一定程度的開發；建設用地與部分林地也分布在該坡度范圍內，說明該區域受到人類活動的頻繁干擾。

4.2 土地利用格局垂直分布特征 圖2顯示了研究區內土地利用景觀類型分布與海拔高度之間的關系：其中，絕大多數水田、旱地、水域、建設用地均分布在海拔500m以下；林地和草地大部分分布在500～1000m，但有58.86%的覆蓋度較低的草地和部分林地分布在高海拔區域，而在該區域內，其他景觀類型分布極少。未利用地50%以上分布在500～1000m，開發潛力較大。北碚區水域面積均分布在500m以下，主要是因為嘉陵江縱貫全境，境內還包括其他大小河流20余條。

5 結論與討論

采用DEM數據對研究區坡度和高程地形信息進行提取和分析，并利用研究區2015年土地利用景觀格局圖分別疊加其坡度和高程圖，構建出研究區土地利用景觀在坡度與高程上的分布系列，探究北碚區土地利用空間格局的地形分布特征。

（1）北碚區坡度總變幅為0～59.4626°，土地利用景觀面積隨坡度的增加大體呈增加趨勢。坡度越大，土壤侵蝕、搬運速度越快，這成為北碚區易發生地質災害（滑坡、危巖崩塌、泥石流）的主要原因。分析高程可知，北碚區土地利用景觀主要分布在300～500m、500～1000m，說明北碚區整體的地形分布以低山、丘陵為主。

（2）對北碚區景觀格局的坡度、高程分區統計表明，研究區土地利用景觀格局分布較為復雜，未來對土地資源利用應側重于對未利用地的開發和保護。

（3）地形對景觀格局的影響是綜合性的，本研究僅選取2個基本地形因子與土地利用景觀進行疊加分析，具有一定的片面性，若對多種地形因子進行分類分析，將更深入反映北碚區的地形信息。

參考文獻

[1]侯明行，劉紅玉，張華兵，等.地形因子對鹽城濱海濕地景觀分布與演變的影響[J].生態學報，2013，33（12）：3765-3773.

[2]魏蓮.蘭州市土地利用空間格局的分析與模擬[D].蘭州：甘肅農業大學，2013.

[3]MOTTET A，LADET S，COQU N，et al.Agricultural land-use change and its drivers in mountain landscapes： A case study in the Pyrenees[J].Agriculture Ecosystems & Environment，2006，114（2）：296-310.

[4]韋樂章，鄧南榮，吳志峰，等.粵北山區地形因素對耕地分布及其動態變化的影響[J].山地學報，2008，26（1）：76-83.

[5]于杰，孫偉雪，劉毅.基于ArcGIS疊加分析工具在耕地質量等別年度更新評價中的應用[J].測繪與空間地理信息，2016，39（3）： 146-148.

[6]何長斌.基于數字高程模型的區域地形因子提取方法[J].林業調查規劃，2007，32（2）：18-21.

[7]薛顯武，陳喜，張志才，等.基于地形因子特征值的喀斯特流域地貌類型判別[J].中國巖溶，2009，28（2）：175-180.

（責編：張宏民）