区域侵蚀地形因子的尺度效应分析

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1、两北大学硕一L-学位论文第一章绪论1．1研究的目的与意义中国是世界上水土流失最严重的国家之一Ⅲ。水土流失及其导致的土地退化、泥沙淤积、洪涝灾害等环境问题已经成为国民经济持续、稳定和地区间协调平衡发展的制约因素。地形地貌形态是土壤侵蚀的主要因素之一，同时也是进行水文过程模拟、水土流失预测预报的重要因子。因此，深入研究地貌形态，正确理解、描述与量化地貌形态特征，详尽分析地貌形态特征因子同分辨率的尺度大小关系，对研究水文、水土流失及流域地貌发展规律无疑具有非常重要的意义比’31。数字高程模型(DigitalElevationModelDEM)是利用一组有序数据阵列对地表高度空间变化的定量表现

2、心1，也是是国家基础地理数据库中最重要的空间信息资料和当前赖以进行地形分析的核心数据和基本信息源。随着GIS的应用和发展，利用数字高程模型为信息源已成为在GIS平台上提取坡度、曲率、坡向、汇水面积等各种地形因子，最重要的技术方法，并得到广泛的应用。DEM已经在土壤侵蚀模拟和水文分析、地貌定量分析等方面发挥重要的作用。。钔。在区域水土流失模型开发中，就是利用DEM栅格作为最基本的模拟单元，而这个单元被认为近似等于一个坡面；因此坡面土壤侵蚀的试验研究成果可以比较容易地应用于模型中。但是，真正的单元并不是一个简单的坡面，随着栅格尺寸的增an／分辨率的降低，导致坡度衰减嵋1，并使单元内部不均一

3、性增加。因此，基于DEM的地形分析受到DEM尺度的制约，DEM网格愈小，愈能反映地貌起伏变化的细节，对地形的描述愈准确，但是随着DEM精度的增加，数据量也会急剧递增，所需的时间、人力以及占用的计算机容量也都将大大增加。因此，DEM网格尺寸对地形因子精度的影响以及选择适宜的网格尺寸在实际应用中至关重要阳3。目前，在西部大开发中大量的黄土高原尘态环境建设工程项目，特别是在水土流失监测与水土保持规划方面的工作都需要高精度的地形数据盯1。而这些地形因子数据是从不同尺度的DEM数据中提取的。地形因子的尺度效应已经为许多研究证实，不同尺度的DEM提取的结果在不同程度上影响地形分析结果的准确性，为此

4、对地形尺度因子的尺度效应进行进一步的研究，以得到不同尺度数据与地形因子的关系隅1。对于区域水土流失和径流定量评价模拟，地形的起伏依然是最主要的影响因子之一。对于区域尺度上的地理模拟研究工作，地形起伏信息是基于中低分辨率DEM来提取。因为只有中低分辨率DEM才能与研究的目的和精度水平相适应，同时基于中低分辨率数第一章绪论据在计算工作量方面、数据量也才是可行的。但是中低分辨率的所提取的信息会造成地形信息不同程度的损失，较难直接用于区域水土流失的研究睁¨1。我们的目的就是通过研究不同分辨率的DEM提取的地形因子，分析他们之间有多大的差别及有什么变化规律。据此，本研究针对区域土壤侵蚀等地学模型

5、研究的需要和多分辨率DEM的建立等问题，以侵蚀强烈的黄土丘陵区为对象，在引入新的多分辨率DEM建立基础上，分析多分辨率DEM上提取的地形因子与分辨率的关系。该研究将流域水文模型和区域土壤侵蚀模型提供支持，同时对于深化DEM的研究、理解和认识尺度问题等，具有重要意义。1．2国内外的研究进展对区域侵蚀地形因子的尺度效应研究基本都是从以下几个方面着手的，包括：DEM的建立，区域侵蚀地形因子提取，地形因子的尺度效应与尺度转换。1．2．1DEM的建立方法研究传统的高程模型是等高线，其数学意义是定义在二维地理空间上的连续曲面函数，当此高程模型用计算机来表达时，称为数字高程模型(DigitalEle

6、vationModelDEM)。数字高程模型是通过有限的地形高程数据实现对地形表面的数字化模拟或者说是地形表面形态的数字化表示乜1。DEM的应用广泛，在流域水文地貌、定量分析和遥感图像辅助分类、土壤侵蚀模拟分析等方面具有重要用途。。123。DEM的数据源和数据获取方式对于DEM的最终质量至关重要。DEM的原始数据主要是高程和空间位置信息数据，在可能的条件下还应包括各种地形结构线如山谷线、山脊线、断裂线等。根据DEM数据的来源，其建立的方法有许多n厶131。(1)直接从地面测量，用全球定位系统(GPS)、全站仪、电子平板仪或经纬仪，在已知点位的测站上，观测到目标点的方向、距离和高差三个要

7、素，进而计算出目标点的三维坐标，经过适当的变换作为建立DEM的原始数据。地面测量方式可获得较高精度的高程数据，其常常用于小范围内的大比例尺地形测图和地形建模。然而，虽然地面测量方式的精度非常高，但由于其工作量大，周期长、更新十分困难，费用较高，一般不适合大规模的数据采集。(2)从现有地形图上进行采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM的方法。地形图是地貌的传统表达方法，主要是通过等高线来表达地面高度和地形起伏