基于ArcGIS的沙潁河流域地形因子提取試驗研究

司家濟 高良敏 解志林

摘 要：沙潁河流域處于平原地區，地勢平坦，本文通過ArcGIS柵格計算功能以及表明分析功能，提取沙潁河流域地形因子。

關鍵詞：ArcGIS；柵格計算；地形因子

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.128

地形因子有坡向、坡度、坡位和海拔高度四個因素，坡度不同的山坡因太陽入射角不同所獲取的太陽輻射有別，氣溫、土溫及其他生態因子也隨之發生變化；坡位是指山坡的不同部位，通常都把一個山坡劃分為上坡、中坡和下坡三部分；海拔高度則是山地地形變化最明顯的因子之一。阜陽市沙潁河流域，流域面積地勢平坦，農業發達，人口眾多，沙潁河受當地兩岸工業、食品加工企業等多因素的影響，加上水土流失的影響，存在非點源污染現象，水質不容樂觀。當前，美國通用土壤侵蝕方程是研究水土流失的重要方法，方程中包括地形因子，其涉及到坡度和坡長因子的計算，而地形要素是影響非點源污染物的流失的重要因素，通常地形起伏大區域流入水體中的非點源污染物大于平原地區。本文通過ArcGIS軟件中柵格計算功能以及表明分析功能獲取沙潁河流域地形因子，以期掌握該地區的地形要素。

1 研究區概況

研究區位于沙潁河水系下游，地處安徽省阜陽市太和縣，屬淮河流域。常年雨水年均量為700-900mm，年均溫度15℃，氣候溫暖濕潤。研究區屬黃淮海平原地區，地區地勢平坦，平均海拔16m，河網水系眾多，土地利用主要以旱地耕作為主，農業相對發達，地貌類型簡單，可分為兩類：河流泛濫平原、洪河間平原。沙潁河流域是我國主要的糧食生產基地之一，現代農業的推廣使用尤其是化肥農藥的大面積的使用，以及不合理的灌溉方式，造成了大量的過余化肥和農藥通過地表徑流匯聚到沙潁河中，造成了嚴重的農業污染。研究區地勢東南部較低，西北部較高，自西北向東南略有傾斜，海拔高度為 30～40 米，高差 10 米，為典型的平原地形。歷史上，由于境內的泉河、洪河等河道多次泛濫、擺動，其河流沉積物不斷堆積，中、小地勢起伏跌宕，崗、坡、洼地呈相間分布，因此，地貌表現為大平小不平的特點，在西北向東南略有傾斜的總的地面趨勢控制下，形成了臨河較高，河間較低的總格局。

2 研究方法及數據來源

2.1 研究方法

美國通用土壤流失方程包括的地形因子，主要由L坡長因子和S地形因子組成，通過ArcGIS軟件中柵格計算功能以及表面分析功能獲取沙潁河流域地形因子，LS因子測算方法采用劉寶元的研究成果[1-2]，本研究中 LS 因子的獲取通過利用 ArcGIS10.2中的坡度提取功能提取坡度百分比圖層，根據地表面沿流向的水流長度 m 值現行推薦值將坡度百分比分類，得到相應的 m 值分布圖；其次提取坡度圖層；然后根據坡長提取步驟提取坡長因子，再利用柵格計算器功能計算 LS 復合因子值及其圖層。其按坡度大小進行分級處理，將區域坡度劃分成三類水平，依次計算地區坡度因子，如公式1所示。通過ArcGIS水文分析模塊計算柵格像元值累積匯流量，并結合坡長指數值，計算研究區坡長因子，如公式2所示。最終，通過ArcGIS柵格計算工程，將S*L得到研究區的地形因子。

2.2 數據來源

研究采用的數字高程數據來源于地理空間數據云網站，分辨率30m*30m；ArcGIS采用10.2版本。

3 研究結果

利用ArcGIS 10.2表明分析功能、水文分析功能及柵格計算功能，并結合公式（1-2）測算研究區地形因子結果圖1所示。研究區地形因子數值約為7～22，地形因子值呈現出從東南往西北逐漸增大趨勢，其中地形因子值為最大值位于陶廟鎮和東城街道，最小值位于三合鎮和中市街道，在趨勢上與研究區數字高程保持一致。研究區內共包括鄉鎮行政單元，地形因子值按從大到小平均劃分為五類，一類區域地形因子值為最高，二類其次，五類區域地形因子值最低，其中一類區域包括陶廟鎮和東城街道，五類地區包括程集鎮、三合鎮、中市街道、蘇集鄉和姜堂鎮，共5個鄉鎮行政單元，二類-四類地區共包括35個鄉鎮行政單元，研究區整體上呈現出西北部地區地形因子值高于東南部的趨勢。

4 結論

利用ArcGIS軟件中柵格計算功能、表面分析和水文分析功能可沙潁河流域地形因子，研究區地形因子數值約為7～22，地形因子值按從大到小平均劃分為五類，其中一類區域包括陶廟鎮和東城街道，五類地區包括程集鎮、三合鎮、中市街道、蘇集鄉和姜堂鎮，共5個鄉鎮行政單元，二類-四類地區共包括35個鄉鎮行政單元，地形因子值呈現出從東南往西北逐漸增大趨勢。

參考文獻：

[1]Liu B Y，Nearing M A，Shi P J，et al.Slope length effection soil loss for steep slopes.Soil Society of American Journal， 2000（64）：1759-1763.

[2]蔡崇法，丁樹文，史志華等.應用USLE模型與地理信息系統IDRISI預測小流域土壤侵蝕量的研究[J].水土保持學報，2000，14（02）： 19-24.

作者簡介：司家濟（1994-），男，安徽巢湖人，碩士研究生在讀，主要從事水污染處理研究。

*為通訊作者