基于DEM的凉山州水土流失地形因子分析

谢 阳 王如渊

（西华师范大学，四川 南充 637002）

1 引言

水土流失是指受到人们不合理利用土地和森林资源等人为活动因素以及一些环境或自然因素，导致地表的土壤和水分同时流失的现象［1］。中国是世界上水土流失最为严重的国家之一。水土流失对生态环境和人们的生活有着严重的影响［2］。四川省凉山州地区的水土流失现象覆盖近半个州，是我国水土流失极其严重的地区之一［3］。本文主要利用30 m分辨率的凉山州DEM数据，分析地形因子y与凉山州水土流失的相关性［4］。DEM全称是数字高程模型，在DEM中可以对剖面曲率，即坡度变化率等地形因子特性进一步提取［5］。本文着重提取凉山州多个单一地形因子，对坡度、坡向和高程变异系数三个重要参数［6］进行全州区域的提取，并对其进行科学分析，为政府部门进行水土治理工作提供数据参考。

2 研究区概况

凉山州位于四川省西南部，属于亚热带季风气候区，夏季降雨占该区域全年降雨量的90%以上，冬季少雨且干热，形成了降雨集中、四季分明的特点。凉山州地表起伏大，地形地貌复杂，且多数呈南北走向。在这种气候和复杂地形条件下，当地容易发生山体滑坡、泥石流等地质灾害。

3 数据与方法

3.1 数据来源

数据主要来自地理空间数据云平台下载的四川省分辨率为30 m的HTG格式的文件。在ArcGIS10.3中通过地理处理——裁剪，得到凉山州的DEM栅格数据，再通过镶嵌工具进行栅格数据拼接，然后通过数据管理工具将其设置为地理坐标系WGS 1984，最后利用按掩膜提取工具得到分辨率为30 m的凉山州DEM数据（如图1）。

图1 凉山州DEM示意图

3.2 数据处理方法

3.2.1 坡度因子。坡度表示了地面在该点的倾斜程度。在ArcGIS软件中，坡度的计算原理是计算某个栅格像元与其最邻近的栅格像元之间的变化波动［7］。选择坡度因子来分析水土流失因子的原因是在估算水土流失量的方程中，坡度因子是重要的一个参数指标。

3.2.2 坡向因子。坡向通俗的理解就是地表由高及低的方向［8］。坡向对植被的生长率、成活率及覆盖率有着一定程度的影响。坡向的不同，不仅会导致山地植被及土壤受到太阳辐射强度和日照时间有较大不同，而且会导致雨水对山坡的侵蚀程度不同。而山地的被侵蚀程度、植被成活率、植被覆盖率等都与水土流动息息相关，所以选择该因子进行分析。

3.2.3 高程变异系数。高程变异系数用高程变化的标准差与平均高程的比值来表示［9］。选择高程变异系数开展研究的原因是，该系数反映了地区范围内高程值的变化，其对水土流失的流向有一定影响。其计算公式为：

其中，H表示高程变异系数，Hstd表示区域内的高程标准差，Hmean表示区域内高程的平均值。

4 结果与分析

4.1 坡度分析

坡度反映了地表的起伏状况，对地表水水力侵蚀的速度和加速度、地表对降雨的渗透等有较大影响，进而对地表物质的侵蚀搬运和堆积产生影响。由此可见，坡度对土壤侵蚀及水土流失有着重要的影响。加载ArcGis 10.3软件，通过其中的坡度分析，进行坡度计算，然后利用Spatial Analyst进行重分类得到凉山州各地区坡度结果（如图2）。

凉山州坡度小于15°的地区占全域总面积的33%。此区域地形较为平坦，发生水土流失的概率较小，适合人们生产生活。对于此类区域，应进行定期监测，防止其坡度出现突发性变化。

凉山州坡度为15～35°的地区面积占比最大，占凉山州全域面积的60%。有关部门应加强对这些区域的生态保护和地形勘察，做好水土保持工作。

凉山州坡度大于35°的地区占总面积的18%。此区域地形最为陡峭和险峻，在夏季降雨丰富的时候，容易发生较为严重的水土流失现象。该区域占凉山州的总体面积比重较大，政府部门应对此足够重视，在地表加固、路堤防护、安装标识的基础上，及时对水土冲刷区的居民实施搬迁。

4.2 坡向分析

坡向通俗的理解就是一个山坡坡面的朝向。在DEM中，根据不同方向的投影，将其进行9个方向的划分［10］。不同坡向对植被生物生长量、接受日照的时间、生长速率以及对土壤的受侵蚀程度都有颇为显著的影响。加载ArcGis 10.3软件，在进行坡面分析的基础上，通过Spatial Analyst进行重分类，得到凉山州坡向分析结果（如图3所示）。

图3 凉山州坡向图

结果表明，在本区域中，阳坡区域占凉山州总面积的59%，阴坡区占凉山州总面积的40%。阳坡接受的太阳辐射能量较多，但所得到的雨水量比阴坡少，因此，植被覆盖度较低，所以在雨季容易出现水土流失。阴坡接受的日照辐射量较少，土壤中的水分蒸发较缓慢，植被覆盖率较高，易形成森林，对水土的保持效果较好。

因此，在水土治理工作中，应对阳坡占比较大的区域加强管理。在此类地区，宜大力种草植灌，增强区域内植被覆盖率；对于阴坡区域，应加强对森林防盗伐和森林防火的管理，设置森林保护区，不断提高植被的生长速率。

4.3 高程变异系数分析

高程变异系数可衡量地面高程的变化以及地面起伏变化情况。在数字高程模型中，高程变异系数与地面高程变化和地面起伏变化率呈正相关，其值越大就表明越容易导致水土流失［11］。加载ArcGIS 10.3软件，通过Spatial Analyst邻域分析和块统计，再进行栅格计算和重分类，得到凉山州高程变异系数图（如图4）。

图4 凉山州高程变异系数图

凉山州地形高程变异系数的变动范围为0.000～0.344。从整体来看，该区域的地形高程变异系数值的增长幅度大致均等，其中高程变异系数在0.002 7～0.0080的区域占比较大，由此可知该地区的地面起伏变化率不大；但是也有部分区域高程变化较大，占全州总面积的1.17%。高程变化较大区域发生水土流失的可能性较大。因此，政府部门应把此类区域纳为重点治理对象。

5 结论

凉山州地形复杂多样，区域内大部分地区坡度较大，对此区域应该加强生态保护和地形勘察，做好水土保持工作。对于占全州18%面积的陡峭区域，由于其水土流失风险较高，政府部门应对此高度重视，做好生态修护、灾害预警工作。对于阳坡水土流失的潜在危机，当地政府应加强植被恢复；对阴坡潜在的森林火灾危害，应做到及时监测预警。对于全州地形起伏大的区域，凉山州政府应将其纳入水土流失重点治理范围，减小水土流失风险。