基于四种分辨率DEM的侵蚀模型地形因子差异分析

通过提取江西省兴国县潋水河流域10 m、25 m、50 m和100 m四种分辨率数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)的坡度、坡长因子,在GIS数字地形分析和数理分析等方法支持下,研究不同分辨率DEM计算坡度坡长组合因子(LS)的精度差异。结果表明:(1)基于4种分辨率DEM提取的坡度结果存在明显差异,随分辨率的降低,坡度整体变缓,DEM精度越低,对地形的概括作用越大,100 m分辨率DEM平均坡度降为10m分辨率DEM平均坡度的45.04%。(2)流域坡长以0~80 m的短坡为主,随着分辨率的降低,地面坡长明显整体延伸。(3)不同分辨率DEM计算的LS因子平均值变化范围为6.10~7.10,坡度和坡长的组合消弱了单一坡度和坡长的影响,随着地形起伏程度增大,在LS因子计算过程中,坡度的主导作用越来越弱,坡长的主导作用越来越强。     

基于ASTRE和SRTM高程数据的坡度和坡长提取与分析

为了使SRTM和ASTER高程数据得到科学利用,选择东北漫岗丘陵区和黄土丘陵区,基于网络下载的SRTM和ASTER高程数据,利用数字地形分析的标准方法进行了数据处理。提取了坡度和坡长两个地形指标并与Hc-DEM(水文地貌关系正确的数字高程模型)及其提取的地形参数进行了对比,结果表明:(1)无论是高程、坡度还是坡长,均是Hc-DEM系列的数据表现最好,SRTM次之,ASTER表现较差;(2)在地形平坦地区,ASTER表面因明显的空值和洼地,使高程及其基础上提取的地形参数不具实用价值,但在地形比较陡的地区则可用;(3)基于SRTM和Hc-DEM提取的两组坡度和坡长具有相同的格局,但基于SRTM的坡度有衰减,坡长有扩展,实际应用前需进行尺度变换。     

青藏高原坡度坡长因子(LS)空间格局及影响因素分析

地形是影响土壤侵蚀的主要因素,但目前关于青藏高原地形因子的分布格局和影响因素有待研究。基于1弧秒分辨率的SRTM(shuttle radar topography mission)高程数据,计算坡度、坡长、LS因子(slope length and steepness factors,LS),结合高程积分和Hack剖面等,对青藏高原LS因子的分布格局、统计分布特征和影响因素进行研究,结果表明：(1)坡度、坡长和LS因子这3个地形指标,均表现出高原内部小、四周高山大的格局,内流区与外流区的坡度均值分别为6.55°和14.3°,坡长均值分别为122.9,172.2 m,LS均值分别为4.8和12.7;(2)青藏高原LS因子整体受坡度影响,但高原边缘陡峭地区LS因子主要受坡长影响;(3)青藏高原6条主要河流的Hack剖面都呈上凸形态,该地区地貌演化整体上处于幼年期;(4)青藏高原LS因子的分布特征与土壤侵蚀类型及其组合有对应关系：周边地区的高值对应冰川侵蚀—水蚀,西北部的低值对应水力—冻融侵蚀和风蚀,东南部边缘向高原内部过渡地区的较高值对应水力—重力侵蚀。通过分析LS因子的分布格局和统计特征...     

梯田对侵蚀地形指标的影响——以黄土丘陵第2副区为例

[目的]探究人工地形(梯田)对地形指标的影响,分析修建梯田对土壤侵蚀过程的影响,为土壤侵蚀评价中梯田措施因子的确定提供科学依据。[方法]通过无人机航空摄影测量,获取纸坊沟流域高精度DEM数据,通过模拟原始坡面数据和构建水平梯田数据,并对这些数据提取坡度、坡长、坡度坡长因子、单位汇水面积和地形湿度指数,分析了这些因子的变化情况,认识梯田对侵蚀地形的影响。[结果](1)梯田的修建使得坡度减缓、坡长截断、LS因子变小,随着梯田面积占比的增加,坡度、坡长、LS因子均呈减小趋势;梯田区,坡度、坡长、LS因子大致沿等高线呈条带状分布,非梯田区,坡度、坡长、LS因子从分水线向下逐渐增加,到沟底又逐渐变缓。(2)梯田的修建使得单位汇水面积减小、地形湿度指数变大;单位汇水面积的空间格局与坡长比较类似,较高部位单位汇水面积较小、低洼部位较大;梯田区地形湿度指数与坡度有相反的空间分布格局,非梯田区地形湿度指数与单位汇水面积类似。(3)微观尺度上,坡长、LS因子、单位汇水面积以及地形湿度指数均沿田面坡降方向呈增加趋势,在修建梯田或维护梯田时,应尽量保持田面水平或有微小反坡。(4)根据梯田对LS因子的影响,研究...     

顾及梯田的DEM地形特征研究

梯田地表作为一种特殊的经人工深度影响的地貌形态,目前已成为在山丘地区具有经济效益和生态效益的土地资源。但是在当前强化推进土地资源管理数字化,信息化的今天,对梯田的数字化表达以及分析还存在欠缺。本研究通过对数据的改造,构建出顾及梯田的DEM,并从原始DEM与梯田DEM的剖面结构特征、高程特征以及地形因子特征等方面进行了对比分析。结果表明:（1）基于真实田坎构建的梯田DEM,可较为准确且直观地反映梯田地形的特征。（2）与原始DEM相比,加入梯田信息后,梯田DEM高程剖面图总体呈阶梯式分布,转折部位明显,且基于梯田DEM提取的坡度、坡长、LS因子值明显减小,反映修建梯田后地形因子的变化,对进一步定量分析土壤侵蚀以及水土流失具有重大意义。     

DEM分辨率对地形因子提取精度的影响

为揭示DEM分辨率对地形因子(LS)提取精度的影响,本研究将30 m分辨率DEM数据进行重采样,分别计算30、60、90、120、250、500和1 000m 7个不同分辨率下我国黑土区、黄土区和红壤区的LS因子值,分析3个土壤类型区LS因子随着DEM分辨率变化的特点,并进一步研究LS因子与坡度和坡长的相关性及其空间分布情况.结果表明:黑土区LS因子值最小、黄土区次之,红壤区LS因子值最大;坡度因子比坡长因子对DEM分辨率的变化更为敏感,随着分辨率的降低,L因子值整体变化不大,有轻微先增大后减小趋势,S因子值和LS因子标准差均呈现降低态势;随着DEM分辨率降低,3个土壤类型区的LS因子值均逐渐减小,当分辨率由30 m下降到1 000 m时,LS因子值可降至原来的1/6 ～ 1/3;DEM分辨率为30 m时,LS与坡度的相关系数在0.78～0.86之间(P＜0.05),与坡长的相关系数在0.34 ～0.46之间(P＜0.05),随着DEM分辨率的降低,LS因子与坡长和坡度的相关系数均有明显的降低趋势.在应用土壤流失模型过程中,DEM分辨率对LS因子值的影响不可忽视,研究结果对于大中尺度研究中DEM分辨率选取和参数修正具有一定的参考和借鉴价值.     

基于DEM的流域坡度坡长因子计算方法研究初报

流域尺度的坡度坡长(LS)因子计算是区域土壤侵蚀评价的重要基础.基于坡面水文学和土壤侵蚀学,对流域坡度坡长因子计算的基本原理、方法和工作流程进行了讨论.以黄土丘陵区的安塞县县南沟流域为例,对LS因子进行了实例计算,并对计算结果进行了初步分析,同时提出了目前亟待研究的问题.     

基于GIS的黄土高塬沟壑区砚瓦川流域地形特征提取与分析

以GIS技术为依托,研究了典型高塬沟壑区砚瓦川流域的地形分布特征.以1:5万地形图作为信息源,矢量化等高线,并用Hutchinson方法建立DEM(ANUDEM).从DEM中提取了坡度、剖面曲率和坡长三个地形因子,并对其特征进行了分析,同时与丘陵沟壑区相应地形因子特征进行了对比.结果显示:流域50%的面积坡度在9°以下、剖面曲率小于7,这反映出高塬沟壑区地面比较平坦的地形特点.坡长分布主要集中在10～150 m,其中10 m坡长分布最广.这些地形特征信息为砚瓦川流域及同类地区的生态建设与农业生产提供了有力的技术和基础数据支撑.     

考虑坡度变换的中低分辨率地形湿度指数提取

基于中低分辨率的DEM提取地形湿度指数,对于区域土壤侵蚀因子和区域土壤侵蚀模型等研究有着重要的意义.但随着DEM分辨率的降低,坡度趋于平缓,单元栅格高程信息的改变也会影响单元汇流面积的计算,基于中低分辨率提取地形湿度指数必须考虑这两方面的影响.以1:5万数字地形图分别构TIN得到分辨率为10,20,40和60 m的DEM,进行频率和累计频率统计,以10 m分辨率DEM为参考对其它分辨率DEM做坡度变换,提出根据高分辨率DEM若干栅格的单元汇流面积的均值作为低分辨率DEM的单元汇流面积,根据这两方面对地形湿度指数进行了改正.     

大中流域尺度分布式土壤侵蚀学坡长提取的数据分片方法

流域坡长提取过程中如何划分数据单元,是大区域范围内高效提取坡长的关键问题之一。以地形比较平缓的东北漫岗丘陵区和地势比较陡的黄土丘陵区为样区,将每个样区9个1:25万标准图幅的DEM拼接为一个数据单元后,分别以中等流域和带缓冲带的标准图幅为单元提取坡长,从提取结果的图形、统计特征和工作效率等方面进行对比分析。结果表明:1)根据流域分布式土壤侵蚀学坡长的含义和提取算法,流域坡长提取的基本数据单元是DEM上可以辨认的、具有水文地貌意义的最小流域(最小有效流域,W_(ME));当工作区域范围远大于W_(ME)的面积时,W_(ME)最外围流域边界的连线(BND_(WME))将接近于矩形;2)对矩形数据区域(如标准图幅)的数据范围做进行适当外扩,即可避免不完整流域带的影响,并以标准图幅为数据单元提取完整的流域坡长;3)在比较平缓和比较陡的丘陵区,不完整流域带(即数据缓冲宽度)分别为3 km和5 km。大区域坡长提取中,根据数据缓冲宽度对矩形数据进行缓冲后,可直接用矩形数据提取坡长。该研究为大区域流域坡长提前中以标准图幅或者规则矩形数据块为单元的高效快速提取提供了依据。     

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。     

暴雨条件下黄土高原长陡坡耕地细沟侵蚀特征

细沟侵蚀是黄土高原坡耕地侵蚀的重要形式,已有的坡耕地细沟研究成果主要集中于裸土细沟侵蚀特征及其发生机制的小区或水槽试验,极端暴雨条件下细沟侵蚀观测很少,对于田间细沟侵蚀的预报仍然缺少实用的方法。该研究旨在基于实地测量数据,分析极端暴雨条件下黄土高原长陡坡耕地细沟侵蚀特征。2017年无定河流域"7.26"暴雨后,在暴雨中心附近选择15个样地进行细沟侵蚀测量,结合Google影像和无人机航拍影像,调查分析不同类型坡耕地细沟侵蚀特征。研究结果表明:1)暴雨条件下坡耕地是坡面细沟侵蚀的主要地类。长陡坡裸露坡耕地侵蚀模数为22 478 t/km~2,坡长20 m时,约为种植作物的平作坡耕地的1.5倍,且坡长越长,差异越大。等高垄作能够有效减少细沟侵蚀。撂荒坡耕地细沟侵蚀模数仅为裸露坡耕地的12%,草地未发现细沟侵蚀。2)幂函数可以很好地拟合细沟侵蚀模数与坡长的关系,裸露坡耕地坡长指数为0.831。暴雨强度越大,坡长指数也越大。3)上坡来水在坡耕地上造成了严重的细沟侵蚀,与地块上承接的降水相比,上坡来水对细沟侵蚀的影响更大。坡面浅沟汇水明显减小细沟侵蚀强度,浅沟发育程度越高,细沟侵蚀强度就越小。该研究可为估算黄土高原丘陵区不同类型坡耕地的细沟侵蚀提供重要参考。     

东北黑土区不同垄向耕地沟蚀与地形耦合规律

东北黑土区在长期高强度开垦连作下,侵蚀沟切割耕地地表现象严重。以黑龙江省宾县的两个典型乡镇为研究区,基于GIS和RS技术,采用全局空间自相关、样方网格等方法,综合垄向、侵蚀沟、地形数据探究区域尺度下垄向分布及不同垄向耕地沟蚀与地形因子耦合规律。结果表明:（1）不同乡镇沟蚀空间集聚程度不同,主导性垄向耕地内的侵蚀程度最高;（2）垄向在耕地上的分布有很强的空间自相关性,不同的垄向空间分布是对地形条件的反馈体现,合理的垄向空间分布会起到降低沟蚀密度的作用;（3）除糖坊镇斜垄外,不同垄向耕地沟蚀密度随海拔的升高呈现先增大后减小的趋势。糖坊镇不同海拔级优势垄向规律性不强,三宝乡整体上任意海拔级斜垄耕作最优;（4）坡度与坡长交互作用显著。两乡镇表现为“小坡度”+“小坡长”或“小坡度”+“大坡长”条件横垄耕作最优,“大坡度”+“小坡长”或“大坡度”+“大坡长”条件斜垄耕作最优;（5）黑土区漫川漫岗地带斜垄耕作更具水土保持作用。     

Impacts of horizontal resolution and downscaling on the USLE LS factor for different terrains

Slope length and slope steepness are critical topographic factors (L and S) in the Universal Soil Loss Equation (USLE) and Chinese Soil Loss Equation (CSLE) for soil erosion modelling. Both slope length and slope gradient are potentially sensitive to spatial resolution when calculated in a GIS framework. The resolution effect on the LS factor and approaches suitable for improving the LS factor at a coarse resolution have not been well identified. To address this problem, the LS factor at 5-m and 30-m resolution in twenty-four watersheds with various terrains was estimated. And a downscale model based on matching of the lower resolution LS cumulative frequency curves to a higher resolution (“Histogram Matching” method) was tested for its potential to improve LS factor estimation accuracy. In the larger relief mountainous area, compared to 5-m resolution, the 30-m resolution generated LS was generally overestimated by more than 20% and in lower relief areas underestimated by more than 15%. This bias is less than 10% in medium relief areas. The downscale model improved LS factor estimates compared to the 30-m resolution estimate by more than 10% when comparing frequency distribution curves and more than 20% in mean values in larger relief areas. The downscale model worked well in all regions except for the low relief areas, which intuitively are the low soil erosion potential areas. The results of this research help quantify the uncertainty in soil erosion estimates and may ultimately help to improve the assessment of soil erosion through its impact on LS factor estimates, especially at regional and global scales.     

黄土区不同地貌部位径流泥沙空间分布试验研究

黄土丘陵区侵蚀泥沙的来源以及坡沟侵蚀产沙关系等一直是研究的热点难点之一，也是争论较多的问题。在梁峁坡到谷坡的坡沟系统中，不同地貌部位有对应的侵蚀形式出现。该文采用多坡段组合模型，运用人工模拟降雨试验方法，研究了黄土区坡面各垂直侵蚀带径流泥沙的空间分布特征及上坡来水来沙的加速侵蚀作用。结果表明：单位面积与时间产流量排列为谷坡＞梁峁坡下部＞梁峁坡中部＞梁峁坡上部。雨强0.5 mm/min时，没有沟蚀发育；1.0 mm/min时，细沟主要在梁峁坡下部；1.5 mm/min时，细沟伸展到梁峁坡上部，谷坡出现滑塌和崩塌等重力侵蚀现象。坡面径流量、产沙量随坡度、坡长、降雨强度变化成正比增长。上坡来水来沙使梁峁坡和谷坡产沙量大幅度增加。     

基于样带的陕西省水土流失规律研究

陕西省是我国水土流失最严重的地区之一,利用第一次全国水利普查水土保持调查专项数据,抽取横向7条、纵向2条典型样带,共314个调查单元,对比分析了陕西省坡度、坡长、土地利用类型对土壤侵蚀影响的区域差异。结果表明:（1）横向样带自北向南坡度均值先减小后增大,黄土高原地区坡度 < 20°和 > 30°的地块土壤侵蚀模数高于其他地区;整体来看,陕西省土壤侵蚀的临界坡度在15°~30°;（2）随坡长的增加,土壤侵蚀模数整体呈波动增长,10~20 m和 > 30 m坡长范围内,黄土高原地区土壤侵蚀最为严重;（3）耕地、园地土壤侵蚀模数高于林地、草地,耕地与园地土壤侵蚀模数自北向南呈增—减—增的变化特征;（4）区域对比来看,自北向南土壤侵蚀模数先减小后增大,侵蚀强度从大到小依次为黄土高原区、秦巴山地区、关中平原区;纵向样带土壤侵蚀模数均在1 000 t/（km²·a）左右。研究结果为认识陕西省土壤侵蚀因子区域差异,明确水土流失空间分异规律,因地制宜地制定水土保持规划提供了重要依据。     

贵州中部岩溶山区坡耕地时空演变特征及驱动因素分析

坡耕地是中国西南岩溶山区粮食安全和生态保护的重要保障，深入研究其时空演变特征具有重要意义。该研究选用2004－2020年高精度遥感影像和数字高程模型，从地形位指数、核密度、耕地利用动态指标分析典型岩溶山区普定县坡耕地时空演变在不同地形位等级上的响应，并对坡耕地演变的驱动机制进行探究。结果表明：1）2004－2020年，研究区坡耕地在空间上呈"东南多、东北少、西部较少"的分布特征。坡耕地分3个阶段收缩：急剧收缩阶段（2004－2009年）高地形位坡耕地撂荒收缩速度最快，缓慢收缩阶段（2009－2015年）中地形位坡耕地收缩速度最快，加速收缩阶段（2015－2020年）低地形位坡耕地收缩速度最快；2）第一级、第三级地形位范围内坡耕地变化面积最大，高地形位劣质坡耕地向林草地转型占总体转型面积的69.67%，低地形位坡耕地向园地及建设用地转型占总体转型面积的38.14%；3）坡耕地演变由陡坡向缓坡转移、由高海拔向低海拔转移，聚集度下降，高地形位坡耕地转型提高区域生态效益，中、低地形位坡耕地转型实现区域生态经济双赢效益；4）自然地理环境是坡耕地时空演变的基础支撑，社会经济是主导因素，政策是外在拉力，不同梯度地形位坡耕地影响的主导因素差异明显。研究结果可为西南岩溶山区不同地形土地利用优化及生态保护提供科学参考。