基于ArcGIS的沙潁河流域地形因子提取試驗(yàn)研究

司家濟(jì) 高良敏 解志林

摘 要：沙潁河流域處于平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，本文通過(guò)ArcGIS柵格計(jì)算功能以及表明分析功能，提取沙潁河流域地形因子。

關(guān)鍵詞：ArcGIS；柵格計(jì)算；地形因子

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.128

地形因子有坡向、坡度、坡位和海拔高度四個(gè)因素，坡度不同的山坡因太陽(yáng)入射角不同所獲取的太陽(yáng)輻射有別，氣溫、土溫及其他生態(tài)因子也隨之發(fā)生變化；坡位是指山坡的不同部位，通常都把一個(gè)山坡劃分為上坡、中坡和下坡三部分；海拔高度則是山地地形變化最明顯的因子之一。阜陽(yáng)市沙潁河流域，流域面積地勢(shì)平坦，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，人口眾多，沙潁河受當(dāng)?shù)貎砂豆I(yè)、食品加工企業(yè)等多因素的影響，加上水土流失的影響，存在非點(diǎn)源污染現(xiàn)象，水質(zhì)不容樂(lè)觀。當(dāng)前，美國(guó)通用土壤侵蝕方程是研究水土流失的重要方法，方程中包括地形因子，其涉及到坡度和坡長(zhǎng)因子的計(jì)算，而地形要素是影響非點(diǎn)源污染物的流失的重要因素，通常地形起伏大區(qū)域流入水體中的非點(diǎn)源污染物大于平原地區(qū)。本文通過(guò)ArcGIS軟件中柵格計(jì)算功能以及表明分析功能獲取沙潁河流域地形因子，以期掌握該地區(qū)的地形要素。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于沙潁河水系下游，地處安徽省阜陽(yáng)市太和縣，屬淮河流域。常年雨水年均量為700-900mm，年均溫度15℃，氣候溫暖濕潤(rùn)。研究區(qū)屬黃淮海平原地區(qū)，地區(qū)地勢(shì)平坦，平均海拔16m，河網(wǎng)水系眾多，土地利用主要以旱地耕作為主，農(nóng)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，地貌類型簡(jiǎn)單，可分為兩類：河流泛濫平原、洪河間平原。沙潁河流域是我國(guó)主要的糧食生產(chǎn)基地之一，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的推廣使用尤其是化肥農(nóng)藥的大面積的使用，以及不合理的灌溉方式，造成了大量的過(guò)余化肥和農(nóng)藥通過(guò)地表徑流匯聚到沙潁河中，造成了嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)污染。研究區(qū)地勢(shì)東南部較低，西北部較高，自西北向東南略有傾斜，海拔高度為 30～40 米，高差 10 米，為典型的平原地形。歷史上，由于境內(nèi)的泉河、洪河等河道多次泛濫、擺動(dòng)，其河流沉積物不斷堆積，中、小地勢(shì)起伏跌宕，崗、坡、洼地呈相間分布，因此，地貌表現(xiàn)為大平小不平的特點(diǎn)，在西北向東南略有傾斜的總的地面趨勢(shì)控制下，形成了臨河較高，河間較低的總格局。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

美國(guó)通用土壤流失方程包括的地形因子，主要由L坡長(zhǎng)因子和S地形因子組成，通過(guò)ArcGIS軟件中柵格計(jì)算功能以及表面分析功能獲取沙潁河流域地形因子，LS因子測(cè)算方法采用劉寶元的研究成果[1-2]，本研究中 LS 因子的獲取通過(guò)利用 ArcGIS10.2中的坡度提取功能提取坡度百分比圖層，根據(jù)地表面沿流向的水流長(zhǎng)度 m 值現(xiàn)行推薦值將坡度百分比分類，得到相應(yīng)的 m 值分布圖；其次提取坡度圖層；然后根據(jù)坡長(zhǎng)提取步驟提取坡長(zhǎng)因子，再利用柵格計(jì)算器功能計(jì)算 LS 復(fù)合因子值及其圖層。其按坡度大小進(jìn)行分級(jí)處理，將區(qū)域坡度劃分成三類水平，依次計(jì)算地區(qū)坡度因子，如公式1所示。通過(guò)ArcGIS水文分析模塊計(jì)算柵格像元值累積匯流量，并結(jié)合坡長(zhǎng)指數(shù)值，計(jì)算研究區(qū)坡長(zhǎng)因子，如公式2所示。最終，通過(guò)ArcGIS柵格計(jì)算工程，將S*L得到研究區(qū)的地形因子。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究采用的數(shù)字高程數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站，分辨率30m*30m；ArcGIS采用10.2版本。

3 研究結(jié)果

利用ArcGIS 10.2表明分析功能、水文分析功能及柵格計(jì)算功能，并結(jié)合公式（1-2）測(cè)算研究區(qū)地形因子結(jié)果圖1所示。研究區(qū)地形因子數(shù)值約為7～22，地形因子值呈現(xiàn)出從東南往西北逐漸增大趨勢(shì)，其中地形因子值為最大值位于陶廟鎮(zhèn)和東城街道，最小值位于三合鎮(zhèn)和中市街道，在趨勢(shì)上與研究區(qū)數(shù)字高程保持一致。研究區(qū)內(nèi)共包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元，地形因子值按從大到小平均劃分為五類，一類區(qū)域地形因子值為最高，二類其次，五類區(qū)域地形因子值最低，其中一類區(qū)域包括陶廟鎮(zhèn)和東城街道，五類地區(qū)包括程集鎮(zhèn)、三合鎮(zhèn)、中市街道、蘇集鄉(xiāng)和姜堂鎮(zhèn)，共5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元，二類-四類地區(qū)共包括35個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元，研究區(qū)整體上呈現(xiàn)出西北部地區(qū)地形因子值高于東南部的趨勢(shì)。

4 結(jié)論

利用ArcGIS軟件中柵格計(jì)算功能、表面分析和水文分析功能可沙潁河流域地形因子，研究區(qū)地形因子數(shù)值約為7～22，地形因子值按從大到小平均劃分為五類，其中一類區(qū)域包括陶廟鎮(zhèn)和東城街道，五類地區(qū)包括程集鎮(zhèn)、三合鎮(zhèn)、中市街道、蘇集鄉(xiāng)和姜堂鎮(zhèn)，共5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元，二類-四類地區(qū)共包括35個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元，地形因子值呈現(xiàn)出從東南往西北逐漸增大趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：司家濟(jì)（1994-），男，安徽巢湖人，碩士研究生在讀，主要從事水污染處理研究。

*為通訊作者