基于DEM對秦巴山區隴南望關鎮地貌形態特征定量分析

采用GIS空間分析技術對秦巴山區隴南康縣望關鎮等高線及DEM數據進行分析處理，分別提取研究區83.2平方千米內高程海拔、地表起伏度、坡度、坡向地形因子不同區間帶內面積值后定量分析統計，獲得區域不同地貌形態分布面積及占比，判定調查區主要地貌類型。

不確定性是客觀世界中固有屬性，同樣在地形地貌分類中也存在很大的不確定性，以往基于遙感影像與野外定性判斷，所得數據不確定性在地形地貌分界劃分處尤為明顯。

遙感影像的不確定性、未知性導致在地形地貌分類領域中逐漸淡出，取而代之的數字高程模型DEM，基于大量數據計算分析，極大地降低遙感影像分析帶來的模糊性。

研究的意義

研究區位于甘肅隴南山地，境內復雜多樣的地貌形態影響著區域內地表水分、熱量在不同地域的再分配，同時也影響著土壤、植被、物質遷移、生態系統的演變與發展，形成了境內獨特的地形與生態系統。

以往地貌分類研究主要基于遙感影像，存在很大的不確定性，在進行分類時數據的不確定性逐漸累積放大，極大地降低了結果的準確性。

隨著DEM理論與方法不斷發展，基于等高線獲得高精度DEM數據，為地貌形態分類提供了重要基礎數據，能極大降低區域地貌分類中不確定性、模糊性，提高了數據量化性、條理性、科學性。

數據準備與處理分析

基礎數據準備。文章以地形地貌較為復雜的西北秦巴山區隴南市康縣望關鎮為例，以區域地質災害精細調查野外一手資料為基礎，結合DEM數字地形分析對望關鎮地形地貌進行全面研究。

建立高程模型。通過2種方法創建望關鎮5米分辨率DEM高程數據進行分析，方法1采用3D Analyst TIN工具創建TIN三角網，轉柵格生成DEM柵格影像；方法2采用Spatial Analyst地形轉柵格工具，輸出柵格像元大小為5，進行雙三次卷積重采樣生成柵格影像。方法2較方法1耗時更長，但所得柵格影像精度更高，推薦方法2。

所得DEM柵格影像后對ArcGIS默認分類不同海拔區間采用重分類工具進行分類，由柵格轉面工具轉為矢量，對不同海拔區間帶進行面積幾何計算，并導出屬性表進行分類統計（如表1所示）。數據表明面積峰值出現在海拔1464～1564米區間內，達13.53平方千米，占比16.27%，境內主要海拔區間集中在1064～1964米，占比97.67%，大于1964米所占面積極少，僅占2.32%。數據表明境內山地主要以低中山地貌為主，次之為中山地貌。

地形起伏度分析。地形起伏度是在一個特定范圍區域內，最高點海拔與最低點海拔差值，該因子能直觀反映地形起伏特征，其表達式如下：

RA=Hmax-Hmin

式中，RA表示地形起伏度，Hmax是特定區域面積內最大高程值，Hmin是特定區域面積內最小高程值。

在ArcGIS中借助領域分析工具集下焦點統計工具，結合望關鎮面積、采用DEM柵格影像像元5米×5米、對比分析5米×5米，10米×10米，15米×15米，20米×20米，25米×25米領域窗口值，選取RANGE計算領域內最大值與最小值差值，結合望關鎮定性地貌分類，結果顯示領域15×15窗口所獲得焦點統計分析結果與實際地貌吻合度極高。

其次進行重分類，根據《中國1：1000000地貌圖制圖規范》并結合《工程地質手冊》，地形起伏區間選0～30米（高海拔河谷區及平坦區）、30～100米低起伏山地（低中山），100～500米小起伏山地（低中山），500～1000米中起伏山地（中山），生成地形起伏度分級圖。最后采用柵格轉面工具將影像矢量化，對不同起伏區間帶進行面積幾何計算，并導出屬性表分類統計（如下頁表2所示）。

結果表明：望關鎮地形起伏區間分別在0～30米、30～100米、100～500米間，面積為6.19平方千米、75.68平方千米、1.34平方千米，其中低起伏山地占比90.96%，其次為高海拔河谷及平坦區，分布于河谷G8513道路及平洛河兩側較開闊區域，少量分布于中莊村、亂石山村、沈灣村等零散分布的村莊開闊區域，占比7.44%，中起伏山地占比最少，為1.61%，分布于中莊村至鷂子灣村道路兩側，該區域野外調查驗證中發現地勢高陡，起伏較大，地形險峻，與數據分析結果吻合度較高。

數據表明境內主要以低起伏山地、高海拔河谷及平坦區為主，中起伏山地極少。

地貌形態分析。結合中國科學院地理研究所制定的《中國1：100萬數字地貌制圖規范》及《工程地質手冊》中山地地貌形態劃分，采用起伏度和海拔高度對山地及其子類型地貌進行定量化描述，分級標準如下（如表3所示）。

研究區主要為高海拔河谷及平坦區、低起伏低中山，占98.39%，小起伏低中山分布極少，僅占1.34%，上述地貌分類統計結果較定性分析更為翔實全面（如表4所示）。

地形坡度分析。以往野外調查基于直觀定性判斷坡度，雖然快速簡便但依據不足，主要依賴于個人經驗和主觀判斷，存在一定偏差，尤其是近幾年開展實施的高精度地質災害精細化調查中涉及大量斜坡單元坡度分析，缺少必要數據支撐，依靠直觀定性判斷存在較大誤差。

在ArcGIS中借助坡度工具采用PLANAR方法對DEM柵格影像進行分析，求得不同坡度區間分析圖，利用重分類工具參照坡度分級標準劃分為0°～5°平坡，5°～15°緩坡，15°～25°斜坡，25°～35°陡坡，35°～45°急坡，gt;45°險坡，采用柵格轉面工具轉為矢量圖層，對不同坡度區間面積進行幾何計算，將屬性表導出進行分類統計，獲得不同坡度區間帶面積值，生成坡向分級圖。

數據表明，望關鎮境內最大坡度85.75°，結合坡度分級標準，共劃分為6級，分別為0°～5°平坡，5°～15°緩坡，15°～25°斜坡，25°～35°陡坡，35°～45°急坡，gt;45°險坡，其中gt;45°險坡地段面積達31.20平方千米，占比37.5%，多分布于貫穿河谷G8513道路兩側，該區域集中道路建設、人工機械切坡形成的高陡邊坡，多崩塌、危巖體落石等地質災害，定量分析結果與實際野外調查中結果一致，但較定性分析有了大量的數據支撐（如表5所示）。

其次為25°～35°陡坡，35°～45°急坡區域，面積分別為14.97平方千米，14.62平方千米，占比17.99%，17.57%，該區域多分布在河谷兩岸險坡向外過渡延伸區域。定量分析結果以更準確的數據揭示每個斜坡段、斜坡帶、斜坡區域坡度值及變化規律。

次之為0°～5°平坡，5°～15°緩坡，15°～25°斜坡區域，面積分別為1.16平方千米、8.34平方千米、12.91平方千米，占比為1.40%、10.03%、15.51%，調查過程中發現該區域多分布居民區、農田耕植區，定量分析與定性結果相互印證一致。

地形坡向分析。區別于傳統坡向分析方法，基于ArcGIS空間分析功能，對復雜山區進行坡向分析。將區域內坡向分為8級，在GIS中采用PLANAR方法基于DEM柵格影像進行分析，再用重分類工具劃分歸至8級坡向區間，由柵格轉面工具轉為矢量，對不同坡向區間內幾何面積進行計算，最后將屬性表導出進行統計分析。

結果表明，望關鎮大部分山體坡向呈現東（67.5°～112.5°）、西（247.5°～292.5°）、西北（292.5°～337.5°）。面積占比13.18%、14.46%、13.92%，據此可判斷望關鎮大部分山脈南北走向，在野外調查中，對560處斜坡單元采集地層產狀數據，分析所得，區內山脈整體呈南北走向，與定量分析結果一致。同時顯示境內東向、西向、西北坡向植被林木覆蓋率整體較其他坡向高，該數據能為地方土地利用規劃、土地整理及其他研究提供參考依據（如表6所示）。

地貌分類是地貌制圖的基礎，近幾年全國范圍內實施的區域地質災害精細化調查工作，涉及編制大量鄉鎮地貌分類圖，早期調查中野外定性判斷、手圖標記等方法，逐漸演變至借助遙感影像，采用定性判定，但缺乏數據支撐，分類結果存在很大不確定性、模糊性，已難以滿足當前地貌分類實際應用需求。

隨著DEM數據理論方法不斷發展，基于DEM數字地形分析分類法成為強有力輔助工具，對地形進行多因子數據分析統計，通過大量數據控制變量，改進分類中的不確定性，在分類方法上實現新的突破。

文章以秦巴山區甘肅隴南康縣望關鎮為例，基于DEM數字地形分析技術提取高程、地形起伏度、地貌形態、坡度、坡向等地形因子數據，依據地貌形態分級標準進行重分類后分析統計，提出了一套基于DEM數字高程的多尺度、多因子地貌特征不確定性分析方法，彌補擴充了現有分類思路與方法，對地貌分類不確定性控制具有一定的參考和應用價值。

（作者單位：甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院）