小流域水土流失地形因素的定量評價與分析——以黃水河流域為例.pdf

1、本文在中德科技合作與交流項目(2007DFB70200)和山東省自然科學(xué)基金(Y2008E10)的資助下，以黃水河流域為研究對象，采用數(shù)字化地形圖等高線獲取地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建流域數(shù)字高程模型。通過基于DEM信息含量和數(shù)據(jù)誤差計算的方法確定最佳分辨率，并進行流域地形特征的提取與分析，通過對比分析 DEM提取的坡度因子與實測坡度，評價DEM提取地形因子的質(zhì)量。通過DEM及提取的各地形因子層面與土地利用現(xiàn)狀圖的復(fù)合分析，獲取土地利用類型隨地形的變

2、化的內(nèi)在規(guī)律(獲取知識)，并將這種知識應(yīng)用于遙感影像的監(jiān)督分類中，提高遙感影像自動分類的精度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合流域的氣象、植被及土壤資料，采用土壤定量侵蝕遙感模型對黃水河流域水土流失現(xiàn)狀進行評價分析。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)在參閱與總結(jié)前人的相關(guān)理論及研究成果的基礎(chǔ)上，闡述了數(shù)字高程模型建立及數(shù)字地形分析的理論方法，評價分析了DEM地形數(shù)據(jù)獲取的方法，介紹了基于DEM提取坡度、坡向及坡長等地形因子的原理與算法。根據(jù)本研

3、究的技術(shù)要求，選取掃描數(shù)字化地形圖等高線獲取構(gòu)建 DEM的地形數(shù)據(jù)，采用基于等高線生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，再內(nèi)插生成規(guī)則格網(wǎng)模型(RSG)的方法構(gòu)建研究區(qū)數(shù)字高程模型。通過計算 DEM信息含量確定其最佳分辨率，并通過對比分析 DEM提取的坡度因子與實測數(shù)據(jù)，評價DEM數(shù)據(jù)提取坡度因子的質(zhì)量。研究表明:這種基于等高線構(gòu)建 DEM的方法充分考慮了等高線所表達的地形結(jié)構(gòu)特征、靈活的適應(yīng)復(fù)雜的圖形數(shù)據(jù)、運行速度快且建模效率高。通過計算 DE

4、M的信息量和比較分析 DEM提取的地形因子，得出本次構(gòu)建的DEM的最佳分辨率為5m。
　　(2)通過DEM及提取的各地形因子層面與研究區(qū)2004年土地利用現(xiàn)狀圖及野外調(diào)查的復(fù)合分析，獲取土地利用類型隨地形的變化的內(nèi)在規(guī)律(即獲取知識)，并將這種知識應(yīng)用于遙感影像的監(jiān)督分類中，對2006年的TM影像進行計算機分類，可以顯著提高分類精度，總體分類精度達到86.13％，Kappa指數(shù)值達到0.8501。研究表明，該方法將原有的GIS數(shù)據(jù)

5、的先驗性知識綜合集成用于遙感圖像的分類中，可以促進 GIS數(shù)據(jù)更新的自動化，提高遙感影像自動分類的精度。
　　(3)借助 GIS、RS技術(shù)，采用土壤定量侵蝕遙感模型，利用研究區(qū) DEM、遙感影像、土壤類型及氣象數(shù)據(jù)，提取模型中土壤侵蝕影響因子:降水侵蝕力因子 R值、土壤可蝕性因子 K值、地形因子坡度坡長 LS值、覆蓋與管理因子 C值和水土保持措施 P值，并通過空間疊加分析得到黃水河流域水土流失強度現(xiàn)狀圖。然后按照中華人民共和國行業(yè)

6、標準《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190-2007-1)，參考《水土保持技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)要求對研究區(qū)水土流失強度劃分等級。結(jié)果表明，黃水河流域以微度侵蝕和輕度侵蝕為主，在空間上成片分布。強度及其以上的侵蝕所占比例僅為12.7％，主要分布在山丘區(qū)大于15°的坡地和廢棄工礦用地上。通過分析地形因子對土壤侵蝕的關(guān)系得出，當?shù)匦纹露刃∮?°時，無論其土地利用方式、土壤條件、植被狀況如何，所產(chǎn)生的土壤侵蝕一般在允許范圍以內(nèi)；當坡度大于15°時坡面