基于DEM的流域地形因子提取与量化关系研究_以陕北黄土高原的实验为例.doc

2012-07-19基##于##D##EM##的##流##域#2地01形2因-0子7-提19取##与#量##化#2#0关#12系-0研7究-19######## ———以陕北黄土高原的实验为例 朱红春 ①② , 刘海英 ③ , 张继贤 ② , 李海涛 ② , 汤国安 ④ ( ①山东科技大学地球信息科学与工程学院 ,山东青岛 266510; ②中国测绘科学研究院 , 北京 100039; ③山东科技大学理学院 , 山东青岛 266510; ④南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室 , 南京 210097 ) 【摘 要 】地貌的形成是一个漫长的系统过程 , 其形态可以看成是表征其特征的各种地形信息因子复合在一起的 复杂函数 。以黄土高原地区的 6个典型地貌区作为试验区 , 基于 1 ∶10 000 比例尺 5m 分辨率的高精度 D EM 数据 , 在实现自然地理单元 ———小流域自动分割的基础上 , 随机选取 44个完整小流域 , 完成了区域内沟壑密度 、平均坡 度 、平均坡长和地形起伏度等基本地形信息因子的自动提取 ; 同时 , 采用比较分析和数理统计的方法 , 证明沟壑 密度与平均坡度 、平均坡长和地形起伏度之间存在着很强的线性相关关系 , 量化模拟结果显示 , 沟壑密度 ( Y )可 以表示为平均坡度 ( X 1 ) 、平 均 坡 长 ( X 2 ) 和 相 对 高 差 值 ( X 3 ) 的 函 数 : Y = 2195228 +1 - 01014X2 - 0100273X3 , 模拟精度为 9415% 。该方法对于整体研究黄土高原及其他地貌的形态特征和成因机理 , 具有重要的 理论和实践意义 。 【关键词 】D EM ; 地形信息因子 ; 量化关系 ; 黄土高原 【文章编号 】1009Ο2307 ( 2007) 02Ο0138Ο03 【中图分类号 】 P95 【文献标识码 】A 区海拔 800 Ο1300m , 黄土覆盖厚度多在 50 ～150m 之间 , 是 我国西北黄土高原的主要组成部分 。它属于全国地貌格局 中的第二个阶 梯 , 黄 土 沉 积 很 厚 、分 布 连 片 , 是 黄 土 塬 、 梁 、峁 、沟壑发育典型的地区 , 地处 黄河中游 , 是黄河 泥 沙产输主要源地 , 它北连长城风沙区 , 南接关中的渭河 平 原 , 具有很强的地形地貌代表性 。 基于科学性 、典型性 、数据的可获取和完整性以及 实 用性等四个基本原则 , 本研究选取位于陕北黄土高原的神 木 、佳县 、绥德 、甘泉 、宜君和淳化六个县域作为基本 的 实验样区 , 它们分别属于风 沙 Ο黄土过渡区 、黄河峡 谷 区 、 黄土峁状丘陵沟壑区 、黄土梁峁状丘陵区 、黄土梁状丘 陵 区和黄土塬梁丘陵区等六个典型地貌区发育最为完整的地 区 , 实验样区分布示意如图 1所示 。 1 引言 在自然界中没有孤立发生的东西 , “每一事物的运动都 和它的周围其他事物互相联系着和互相影响着 ”。地貌体既 是侵蚀的对象 , 又是侵蚀过程的产物 , 各种地貌体的形成 是一个复杂的系统过程 , 黄土高原作为世界上一个独特的 地貌大区 , 是在内外营力作用下的产物 , 同样经历了这样 一个漫长的巨过程 [ 2 ] 。地貌形态可以看成是各种地形信息 复合在一起的一个函数 , 表示为 L = f ( x1 , x2 , ??) 。因 此 , 对表征地貌特征的不同信息因子进行有效提取 , 特别 是衡量黄土高原区域地表基本特征的诸如沟壑密度 、平均 坡度 、坡长和地形起伏度等地形因子 , 并找寻它们之间的 量化关系 , 对于从整体研究黄土高原地貌形态 、发生演化 机理具有重要的理论和实践意义 。 然而 , 在黄土丘陵区 , 传统上地形信息是 基于地形图 由人工来进行提取的 , 其精度受人为的影响比较大 ; 同时 由于各种条件的限制 , 对不同地形信息间关系的探索也仅 仅局限于定性的描述 , 以及一些简单的单个因子之间的量 化关系分析 , 不能够揭示多因素具有系统关联关系的自然 规律 。本文以不同实验样区高精度 1 ∶10 000D EM 数据为数 据源 , 以地貌 发 生 学 、成 因 学 的 理 论 和 G IS技 术 为 支 撑 , 结合数理统计的方法 , 在大量实验的基础上 , 进行黄土高 原地区不同地形信息因子的提取 , 并对其相关关系进行了 量化分析 。 2 实验研究基础 211 实验样区 本文所选择的实验样区位于陕北黄土高原地区 , 该地 图 1 实验区分布示意