黄土丘陵沟壑区1∶1万及1∶5万比例尺DEM地形信息容量对比

黄土丘陵沟壑区地形变化异常复杂 ,1∶5万地形图对原始 1∶1万地形图等高线形态综合、取舍程度很大 ,这些都在不同程度上影响了地形分析结果的准确性。以高精度的 1∶1万比例尺DEM为校准值 ,运用 1∶1万及 1∶5万比例尺DEM叠合比较分析的方法 ,研究 1∶5万DEM的地形信息容量及提取不同地形要素的精度。试验结果表明 ,在黄土丘陵区 ,与 1∶1万DEM相比 ,1∶5万DEM在所提取的地面坡度、地面曲率、沟壑量等地形定量指标方面均都存在着较大的误差。     

不同栅格分辨率数字坡度模型转换图谱研究

以陕北绥德县韭园沟流域为试验样区，采用1：1万比例尺、5m分辨率DEM所提取的坡度为准值，研究该地区在同一比例尺、不同水平分辨率条件下DEM提取坡度因子的精度特征。该研究获得不同栅格分辨率DEM所提取地面坡度统计值的转换图谱。该成果对于正确估算DEM提取坡度等地形因子的精度与应用适用性，对于其它若干应用标准的制定，提供了重要的依据。     

基于GIS的不同精度DEM提取地形指标误差分析——以盐池县南部山区为例

以1∶5万和1∶10万地形图制作的DEM为研究对象,分别提取地面坡度及坡向、地表粗糙度、沟壑密度、坡长5种地形指标,并进行对比分析。实验样区为盐池县南部山区,基本技术平台为ARC/INFO地理信息系统软件。研究结果表明,两种精度DEM在提取地面坡度与地表粗糙度不同程度存在着误差,提取沟壑密度与坡长存在误差较小。提出了运用地理信息系统软件结合DEM提取沟壑密度与坡长的方法。研究成果对于DEM精度估算与误差纠正有一定的指导意义。     

DEM提取坡度产生的边缘效应分析

由DEM提取地形因子时一般采取3×3窗口分析运算,导致得到的地形因子矩阵在边缘上存在明显边缘误差。以黄土高原不同地貌类型区坡度的提取为例,研究基于1∶10 000和1∶50 000比例尺DEM提取坡度时所产生的边缘效应,分析了边缘效应与DEM分辨率、区域面积及区域地貌特征之间的关系,提出了解决或改善边缘效应的方法。用2个指标量化了边缘效应:一是平均坡度的变化值;二是边缘部分坡度提取的中误差。试验结果显示:平均坡度的变化值与DEM分辨率、区域面积及区域地貌特征之间有较明显的相关关系,即分辨率越高、区域面积越大,地面起伏越小,则边缘效应对整个区域平均坡度的影响就越小;而边缘部分坡度提取的中误差与区域面积没有明显的稳定相关关系,但与DEM分辨率和区域地貌特征之间存在较明显相关关系,即分辨率越高,地面起伏越大,则边缘上坡度提取的中误差越大。     

DEM提取地面平均坡度误差的量化模拟

研究选取陕北黄土丘陵沟壑区、黄土梁峁丘陵区、黄土低丘区以及黄土破碎塬区 4种地貌地区作为试验样区 ,采用高精度 1∶ 1万比例尺 5 m分辨率的 DEM为基准数据 ,应用比较分析、回归分析和相关分析等方法研究黄土高原不同分辨率 DEM提取地面平均坡度精度的量化估算方法 ,所得到的精度计算数模表达式经验证具有很好的应用前景 ,也为建立全国范围的通用表达式提供了重要的方法依据     

黄土丘陵沟壑区1∶1万及1∶5万比例尺DEM地形信息容量对比

黄土丘陵沟壑区地形变化异常复杂，1：5万地形图对原始1：1万地形图等高线形态综合、取舍程度很大，这些都在不同程度上影响了地形分析结果的准确性。以高精度的1：1万比例尺DEM为校准植，运用1：1万及1：5万比例尺DEM叠合比较分析的方法，研究1：5万DEM的地形信息容量及提取不同地形要素的精度。试验结果表明，在黄土丘陵区，与1：1万DEM相比，1：5万DEM在所提取的地面坡度、地面曲率、沟壑量等地形定量指标方面均都存在着较大的误差。     

不同比例尺数字高程模型在水土保持信息提取中的应用分析

在ARCGIS软件支持下 ,基于不同比例尺的DEM提取坡度信息 ,与土地利用类型、植被覆盖度和土壤侵蚀强度等专题信息叠置 ,提取水土保持专题信息 ,并对提取结果进行应用分析。研究结果表明 ,1∶1万比例尺的DEM可在小流域规划设计、水土流失监测、信息系统建设等工作中应用 ,1∶5万比例尺的DEM可用在重点支流、重点治理区 (片 )等尺度上的三维可视化系统建立、水土保持规划等 ,1∶2 5万比例尺的DEM只能在较大区域中进行宏观信息提取时使用。     

不同空间分辨率DEM提取坡度不确定性研究

运用信息论与统计学一些指标及比较分析的方法,以1∶1万DEM为研究对象。定性地分析了在黄土丘陵沟壑区DEM空间分辨率对所提取的坡度信息的不确定性影响,并建立了定量的计算公式。研究提出了不同分辨率提取坡度面积的误差评价指标,并找到了一个经验公式,该公式可以根据现有误差计算所需要的分辨率大小,这可以在保证坡度信息精度条件下减小数据量,节约成本。     

区域水土流失地形因子的地图学分析

地形是影响区域水土流失的主要因子,基于中小栅格DEM提取的坡度是区域水土流失地形因子的主要指标之一。根据地貌学和地图制图学论文分析和对地形图及其DEM图形分析表明,在一定比例尺范围内（1∶1万~1∶25万）,多种比例尺的地形图均能表现区域地形的宏观结构特征;随着DEM分辨率的降低,在DEM上量算得到的坡度不断趋于平缓;由于制图综合不直接影响高程的数值,所以中小栅格DEM表现地面起伏的能力是存在的,只是发生了一定的变形而已。     

黄土丘陵沟壑区不同坡度分级系统及地面坡谱对比

地面坡度是最重要的地形定量指标 ,建立科学合理的地面坡度分级体系是对坡度进行科学研究与坡度图制图必不可少的重要环节。总结了近年来在坡度分级研究方面的已有成果 ,将坡度分级方法归并为临界坡度分级、等差坡度分级、模糊坡度分级 3种方法。在说明了各种分类方法特点的基础上 ,探讨了其应用的适用性。以黄土丘陵沟壑区的韭园沟流域为实验样区 ,利用高精度 1∶ 1万比例尺的 DEM数据为信息源 ,建立了栅格数字坡度模型。利用分级统计的结果 ,对各种坡度分类方法所得到的地面坡谱进行了对比和分析     

区域土壤侵蚀定量评价中的坡长因子尺度变换方法

 区域土壤侵蚀研究中,坡度、坡长只能基于中低分辨率DEM提取,但提取的坡度发生衰减,坡长发生扩张。以陕西省延安市及周边地区为研究区,利用国家测绘局生产的1∶25万数字地形图和研究区内典型地区1∶5万数字地形图,在ANUDEM软件支持下,建立了研究区50m分辨率和典型地区10 m分辨率的水文地貌关系正确DEM,利用直方图匹配原理对50m分辨率DEM上提取的坡度、坡长进行变换,并对变换前后坡度、坡长对土壤侵蚀强度的影响进行了评价分析。结果表明,经变换后的坡度整体变陡,坡长整体变短,变换后坡长平均值和累积频率曲线与高分辨率(10m)坡长均较接近,且其空间格局基本保持不变。利用中国土壤流失方程计算坡度坡长均不变换、只对坡度变换、只对坡长变换和坡度坡长均变换4种情况下的土壤侵蚀强度研究结果表明,只对坡长变换时土壤侵蚀强度有所减小,而只对坡度变换和坡度、坡长均变换时土壤侵蚀强度增大,且前者增大幅度较大。说明坡度衰减比坡长扩张对土壤侵蚀评价结果的影响更大,在实际应用中有必要对坡度和坡长都进行变换,以期为土壤侵蚀定量评价提供更加准确的数据支持。     

不同比例尺数字高程模型对土壤侵蚀强度分级的影响

基于1∶5万和1∶50万2种不同比例尺的数字高程模型(DEM),结合土地利用类型、植被覆盖度等指标,对试验区土壤侵蚀强度进行了分级,并对不同比例尺DEM求算的坡度差异及其对土壤侵蚀强度分级的影响进行了分析。结果表明:1∶50万DEM较1∶5万DEM综合了大量信息,求算的坡度整体上偏小而使分级结果多集中在微度侵蚀区;不同地貌单元受DEM信息综合的影响不同,地形平坦的山前岗地区受影响最大,而地形复杂的中山区受影响相对较小。     

基于DEM的密云水库上游流域特征提取与分析

以北京市密云水库上游流域的等高线为基础数据,利用软件ArcGIS生成DEM,提取研究区的坡度、坡向和河网水系等,并进行河网分级和子流域划分,对子流域特征进行系统的统计分析。结果表明:研究区高程范围为130～1 695 m,500～1 000 m的高程区间占总面积的55.93%;有68.53%的区域坡度在25°以上,存在潜在强烈侵蚀风险;流域阴向坡与阳向坡比例接近1∶1;流域河网可分为9级,流域可划分为16个子流域。在河网密度、形状系数、河道弯曲系数、河道比降等流域特征参数分析的基础上,获得各子流域的土壤侵蚀强度和汇流调蓄能力。研究结果可为小流域规划和水文模型建立提供参考。     

典型黑土区村级尺度侵蚀沟演变

侵蚀沟的演变是东北水土流失过程的重要方面.利用1968和2009年亚米级遥感影像,获取典型黑土区村级尺度的侵蚀沟分布、耕地垄向和土地利用数据,基于1∶1万地形图获取等高线、坡度、坡长和垄向坡度数据,在地理信息系统和遥感技术的支持下,分析典型黑土区41 a村级尺度侵蚀沟的动态变化及其影响因素.结果表明:1)41 a间,典型黑土区侵蚀沟密度有明显增加的趋势,基于分辨率为亚米级遥感影像解译的侵蚀沟密度较以往研究结果大幅增加;2)自然坡度0.25°～1.5°范围内为该区域侵蚀沟密度变化最大的区域,8°以上区域由于实施退耕还林措施,侵蚀沟密度降低;3)300～500 m坡长区域侵蚀沟密度出现极值;4)由于实施改垄措施,41 a后垄向坡度在0～0.25°范围内耕地面积增加,大于0.25°范围内耕地面积均减少.     

汇水面积阈值对土壤侵蚀定量评价的影响

土壤侵蚀预报模型是定量评价水土流失和评估水土保持措施效益的重要手段。通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation,USLE)和中国土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation,CSLE)被广泛应用于土壤侵蚀定量评价。这些模型中坡长的计算受汇水面积阈值的影响较大。为揭示汇水面积阈值对土壤侵蚀定量评价的影响,选取北方土石山区、西北黄土高原区、东北黑土区、南方红壤丘陵区、西南紫色土区、西南山地区和西南岩溶区210个流域面积在0.2~3.0km~2的小流域,以1∶10 000地形图10m分辨率DEM为数据源,分别计算了1 000,1 500,2 000,2 500,3 000,5 000,7 000,9 000,11 000,13 000,15 000m~2共11个汇水面积阈值下各小流域不同坡长、土壤侵蚀强度级别以及土壤侵蚀的面积比例,分析了它们对汇水面积阈值变化的敏感性。结果表明:平均坡长、土壤侵蚀面积和轻度以上各级别的侵蚀强度面积比例都随汇水面积阈值的增加先增加而后趋于稳定。微度侵蚀面积比例随汇水面积阈值的增加逐渐减小并趋于稳定。当汇水面积阈值由1 000m~2增加到15 000m~2时,北方土石山区、西北黄土高原区、东北黑土区、南方红壤丘陵区、西南紫色土区、西南山地区和西南岩溶区的平均坡长分别增至阈值为1 000m~2时的1.53,4.16,1.95,1.90,1.69,1.57,1.47倍;土壤侵蚀面积比例分别增至阈值为1 000m~2时的1.20,1.85,1.43,1.37,1.77,1.44,1.30倍。汇水面积阈值对各分区的影响程度存在差异。从平均坡长和土壤侵蚀面积来看,东北黑土区受汇水面积阈值的影响最大。研究结果不仅为精确评价土壤侵蚀提供了数据支撑,而且对水土保持综合防治措施的评价和优化具有指导意义。     

基于GIS和USLE的钦江流域土壤侵蚀评估

在GIS和RS技术支持下,基于USLE模型对钦江流域土壤侵蚀进行了定量评估,并分析了不同海拔、不同坡度、不同土地利用类型下土壤侵蚀强度特征和规律。结果表明:（1） 钦江流域年均土壤侵蚀模数为2 608.87 t/（km² ·a）,属中度侵蚀,远大于水利部规定的南方红壤丘陵区土壤允许流失量500 t/（km²·a）的标准;（2） 随高程升高,土壤侵蚀强度呈递减趋势。0～240 m高程带是土壤侵蚀防治的重点区域。（3） 随坡度增大,土壤侵蚀强度呈递减趋势。15°以下坡度带是钦江流域土壤侵蚀重点预防和治理区域。（4） 不同土地利用类型的土壤侵蚀强度差异显著,旱地、草地和未利用地大部分处于强度侵蚀以上,是控制流域整体土壤侵蚀状况的关键土地利用类型。     

基于抽样调查资料估算区域土壤侵蚀量

区域土壤侵蚀量估算是土壤侵蚀调查的重点和难点,为了利用抽样调查数据定量估算区域土壤侵蚀状况,以2011年第1次全国水利普查中的水力侵蚀抽样调查资料为基础,利用中国土壤流失方程(CSLE),通过地理信息系统估算2011年辽宁省的降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、水土保持措施等侵蚀因子及侵蚀量,在此基础上对全省的水力侵蚀强度进行分级和面积统计,并与抽样调查结果进行对比.结果显示:全省各土壤侵蚀因子的估算结果与抽样调查结果较为接近;土壤水蚀以微度和轻度侵蚀为主,每年全省约85％的土地处于微度侵蚀(＜1000t/km2),而强度侵蚀(＞5 000 t/km2)面积仅占2％;抽样调查得到的独立工矿用地、果园、旱地和其他土地的侵蚀模数较估算得出的侵蚀模数大,而在草地、其他林地等土地利用类型上抽样调查得到的侵蚀模数却较估算得出的侵蚀模数小,主要原因可能是省域和抽样单元计算地形因子的DEM数据精度不同.总体上,该研究为如何利用抽样调查数据估算全国土壤侵蚀状况提供参考.     

东北黑土区垄向的分布及其对土壤侵蚀的影响

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作制度,垄作方向(垄向)的分布及其水土保持作用研究,对于了解和改进黑土区的水土保持状况具有非常重要的意义。以典型黑土区东缘的宾县为研究区域,采用分层抽样的方法,提取了168个野外调查单元,通过野外实地调查和室内数据分析,研究了东北黑土区农地的地面坡度分布、垄向分布和垄向坡度分布,在此基础上根据不同坡度条件下的坡度因子公式求出农地的坡度因子和垄向坡度因子,探讨垄向的水土保持作用,得到以下研究成果:黑土区农地平均地面坡度为2.96°;黑土区中占农地75%的坡耕地中,顺坡耕作趋势明显,斜坡耕作非常普遍,随着垄向与等高线之间夹角的增大,坡耕地所占的比例也逐渐增大,垄向角在0°～15°间的坡耕地所占的比例约9.7%,仅为75°～90°间的一半左右;采用垄向坡度后,平均坡度为2.15°,仅为原来地面坡度的72%,坡度明显减小;在目前的垄作情况下,其水土流失量仅为顺坡耕作下的60%。上述研究表明:在东北黑土区,可以通过调整垄作方向而改进目前较严重的水土流失状况。     

黄河粗泥沙集中来源区区域地形因子比较研究

在黄河粗泥沙集中来源区的清水川流域,以1∶10 000比例尺地形图上的小流域为基本单元,在1∶250 000比例尺DEM上提取地表起伏度、高程变异系数和等高线密度等区域土壤侵蚀地形因子,以1∶10 000比例尺计算的地形因子为真值,拟合各区域土壤侵蚀地形因子的计算方法。结果表明,等高线密度是合适的区域土壤侵蚀地形因子计算指标。应用该方法在皇甫川下游进行检验,模拟结果误差小于10%,效果良好,可作为土壤侵蚀区域地形因子计算时指标选择的参考。