DEM分辨率對白馬小流域坡度與坡向提取的影響

劉利峰

（長治市水土保持試驗(yàn)站）

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是在一定范圍內(nèi)通過規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)描述地面高程信息的數(shù)據(jù)集，用于反映區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布。DEM是進(jìn)行地形學(xué)相關(guān)研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其分辨率大小則會(huì)直接影響基于DEM的地形因子提取結(jié)果。DEM分辨率與地形因子的關(guān)系，得到了許多人的關(guān)注與研究探索，并取得了可喜成果。王峰等以蒙陰縣為例，研究了坡度、坡長、坡向與匯水面積隨DEM分辨率的變化；李蒙蒙等研究了我國東北黑土區(qū)、西北黃土區(qū)、南方紅壤區(qū)等三個(gè)不同土壤類型區(qū)，地形因子隨DEM分辨率的變化特點(diǎn)；劉娜等以大興安嶺漠河地區(qū)為例，研究了坡度、坡向及剖面曲率隨分辨率的變化情況；徐珍等以井岡山市為例，研究了坡度、坡長因子隨分辨率的變化；羊秀娟等以三臺(tái)縣為例，研究了坡度、坡向、曲率、地表粗糙度等隨分辨率的變化。

本文以山西省平順縣白馬小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于1∶10 000地形圖，利用Region Manager建立多種分辨率的DEM（分辨率水平包括：5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m等10種），探討分析了坡度、坡向提取隨DEM分辨率的變化。

1 研究區(qū)自然簡況

白馬小流域位于山西省平順縣青羊鎮(zhèn)白馬村，地理位置為北緯36°07′19″-36°08′52″，東經(jīng)113°20′30″-113°22′11″。地貌類型為北方土石山區(qū)，屬海河流域濁漳河水系。流域長度2.518 km，平均寬度1.697 km，總面積4.471 km2。形狀系數(shù)0.675，不對稱系數(shù)0.63，流域形狀為扇形。最高海拔1 522.5 m，最低1 303.25 m，相對高差219.25 m。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫9.1℃，年≥10℃的積溫3 177.5℃，無霜期125 d，年均降水量628.9 mm，年均蒸發(fā)量1 631.6 mm，平均風(fēng)速2.3 m/s。土壤侵蝕類型以水蝕為主，侵蝕程度屬輕度。

2 研究區(qū)不同分辨率DEM建立

首先，應(yīng)用掃描儀將研究區(qū)1∶10 000地形圖掃描成圖像文件。然后，用Photoshop處理該圖像文件：在AutoCAD中，以地形圖為底圖，手動(dòng)追蹤等高線并將其矢量化；將矢量化后的等高線圖導(dǎo)入Region Manager中，進(jìn)行投影變換、賦高程等處理；使用Region Manager的等值線插值命令，選取5 m分辨率，生成相應(yīng)DEM。之后，改變分辨率水平，分別生成10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m等不同分辨率的DEM。

3 基于不同分辨率DEM提取坡度與坡向成果

應(yīng)用Region Manager的地形分析命令，處理上述不同分辨率的DEM，生成相應(yīng)的坡度、坡向圖。使用Region Manager的數(shù)值分級(jí)命令，對坡度、坡向圖進(jìn)行分級(jí)。坡度按《水土保持綜合治理 規(guī)劃通則》（GB/T 15772-2008），共分5級(jí)：＜5°、5°-15°、15°-25°、25°-35°、＞35°。坡向則以正北方向?yàn)?°，順時(shí)針一周將360°分為：北坡（0°-22.5°，337.5°-360°），東北坡（22.5°-67.5°），東坡（67.5°-112.5°），東南坡（112.5°-157.5°），南坡（157.5°-202.5°），西南坡（202.5°-247.5°），西坡（247.5°-292.5°），西北坡（292.5°-337.5°）共8個(gè)方向。

應(yīng)用Region Manager創(chuàng)建數(shù)據(jù)表命令，處理不同分辨率下的坡度分級(jí)圖、坡向分區(qū)圖，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。表中數(shù)據(jù)項(xiàng)，主要包括每種坡度、坡向及分級(jí)（分區(qū)）所占面積，將這些數(shù)據(jù)復(fù)制到Excel中，計(jì)算不同分辨率下各坡度、坡向分級(jí)（分區(qū)）所占面積百分比，結(jié)果見表1和表2。

表1 白馬小流域不同分辨率下各坡度分級(jí)所占面積百分比

表2 白馬小流域不同分辨率下各坡向所占面積百分比

4 結(jié)果分析

利用Excel圖形工具，由表1和表2生成折線圖1和圖2。

圖1 不同分辨率各坡度分級(jí)面積百分比趨勢

圖2 不同分辨率各坡向面積百分比趨勢

4.1 坡度隨DEM分辨率的變化

由圖1可知：在＜5°范圍內(nèi)，DEM分辨率對坡度的影響不大；在5°-15°和15°-25°范圍內(nèi)，隨DEM分辨率的降低，兩個(gè)坡度范圍內(nèi)的坡度比例呈增加的趨勢；在25°-35°和＞35°范圍內(nèi)，隨DEM分辨率降低，兩個(gè)坡度范圍內(nèi)的坡度比例呈減少的趨勢?？傮w來講，隨DEM分辨率的降低，坡度向低坡度范圍集中。

4.2 坡向隨DEM分辨率的變化

由圖2可知，DEM分辨率的變化對各個(gè)坡向的影響無明顯的趨勢性規(guī)律。

5 結(jié)論與建議

通過上述分析可知，DEM分辨率對提取地形因子中的坡度、坡向均有影響：隨著DEM分辨率的降低，坡度總體向低坡度范圍集中，說明DEM分辨率的降低，使其對區(qū)域地形的概括程度增加，地形起伏趨于平緩；對坡向的影響則無明顯的趨勢性規(guī)律。基于本研究結(jié)果，在應(yīng)用DEM提取坡度、坡向等地形因子時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作需要選擇合適的分辨率。