基于DEM的陕北黄土高原水文相关地形因子的分析研究

水文要素是研究黄土高原水土流失的重要因子,为揭示陕北黄土高原水文地形要素之间的相关规律。基于90 m航天飞机雷达地形测绘使命(Shuttle Radar Topography Mission, SRTM)数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)数据,提取陕北黄土高原相关水文地形因子,包括坡度坡长因子(slope length and slope gradient factor, LS)、地形湿度指数(Topographic Wetness Index, TWI)及沟壑密度,并对三类水文因子进行了相关性分析。地形湿度指数与坡度值采用指数拟效果最好,R^(2)值为0.8168,坡度坡长因子与坡度值采用线性拟合效果最好,R^(2)值为0.993,沟壑密度与坡度值采用多项式拟合效果最好,R^(2)值为0.0604。地形湿度指数与坡度坡长因子采用指数拟效果最好,R^(2)值为0.8385,坡度坡长因子与沟壑密度采用二次多项式拟合效果最好,R^(2)值为0.2077,地形湿度指数与沟壑密度采用多项式拟合效果最好,R^(2)值为0.2801。坡度坡长因子、地形湿度指数、沟壑密度均在一定程度反映了出实际地貌。坡度坡长指数与坡度存在线性显著相关关系。坡度越大地形湿度指数越小。沟壑密度随汇流阈值设置的增大而减小。

基于DEM的陕北黄土高原地形因子的提取与分析

本文基于SRTM(90 m)DEM数据,提取陕北黄土高原多个地形因子。通过ArcGIS中盆域分析及分水岭工具,结合ETM影像特点,将整个研究区划分成11个区域,对各区域内部的各类地形因子进行定量分析,揭示陕北黄土高原地貌形态的空间变化情况。结果显示:高程、坡度、坡向等由DEM直接获取地形因子的精度与DEM本身精度相关,坡度变率、坡向变率、地形起伏度及高程变异系数等表征地形变化量的地形因子在数值上整体呈现正项分布趋势。高程均值在1000~1600 m之间,研究区3、8、10、11的内部高差大于1000 m,其余研究内部高差小于1000 m;坡度变率与坡度值分布情况一致,研究区1、4属于值较小的一组,研究区2、3、5属于第二组;各研究区坡向分布均匀,坡向众数出现最多的为西南向和东向。所有研究区水平曲率高于0的面积最大,低于0次之,等于0的最小;研究区2及研究区10剖面曲率0以上的面积占比大于0以下的面积占比,其余研究区相反,所有研究区剖面曲率等于0的面积占比最小;在本文的窗口尺寸下,地形起伏度、高程变异系数的值随提取窗口的增大而增大,研究区1和4的地形起伏度RF和高程变异系数V值均明显小于其他研究区,其余研究区地形起伏度RF及高程变异系数V值随位置和窗口的变化而波动变化。