基于DEM的涼山州水土流失地形因子分析

謝 陽 王如淵

（西華師范大學，四川 南充 637002）

1 引言

水土流失是指受到人們不合理利用土地和森林資源等人為活動因素以及一些環境或自然因素，導致地表的土壤和水分同時流失的現象［1］。中國是世界上水土流失最為嚴重的國家之一。水土流失對生態環境和人們的生活有著嚴重的影響［2］。四川省涼山州地區的水土流失現象覆蓋近半個州，是我國水土流失極其嚴重的地區之一［3］。本文主要利用30 m分辨率的涼山州DEM數據，分析地形因子y與涼山州水土流失的相關性［4］。DEM全稱是數字高程模型，在DEM中可以對剖面曲率，即坡度變化率等地形因子特性進一步提取［5］。本文著重提取涼山州多個單一地形因子，對坡度、坡向和高程變異系數三個重要參數［6］進行全州區域的提取，并對其進行科學分析，為政府部門進行水土治理工作提供數據參考。

2 研究區概況

涼山州位于四川省西南部，屬于亞熱帶季風氣候區，夏季降雨占該區域全年降雨量的90%以上，冬季少雨且干熱，形成了降雨集中、四季分明的特點。涼山州地表起伏大，地形地貌復雜，且多數呈南北走向。在這種氣候和復雜地形條件下，當地容易發生山體滑坡、泥石流等地質災害。

3 數據與方法

3.1 數據來源

數據主要來自地理空間數據云平臺下載的四川省分辨率為30 m的HTG格式的文件。在ArcGIS10.3中通過地理處理——裁剪，得到涼山州的DEM柵格數據，再通過鑲嵌工具進行柵格數據拼接，然后通過數據管理工具將其設置為地理坐標系WGS 1984，最后利用按掩膜提取工具得到分辨率為30 m的涼山州DEM數據（如圖1）。

圖1 涼山州DEM示意圖

3.2 數據處理方法

3.2.1 坡度因子。坡度表示了地面在該點的傾斜程度。在ArcGIS軟件中，坡度的計算原理是計算某個柵格像元與其最鄰近的柵格像元之間的變化波動［7］。選擇坡度因子來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個參數指標。

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］。坡向對植被的生長率、成活率及覆蓋率有著一定程度的影響。坡向的不同，不僅會導致山地植被及土壤受到太陽輻射強度和日照時間有較大不同，而且會導致雨水對山坡的侵蝕程度不同。而山地的被侵蝕程度、植被成活率、植被覆蓋率等都與水土流動息息相關，所以選擇該因子進行分析。

3.2.3 高程變異系數。高程變異系數用高程變化的標準差與平均高程的比值來表示［9］。選擇高程變異系數開展研究的原因是，該系數反映了地區范圍內高程值的變化，其對水土流失的流向有一定影響。其計算公式為：

其中，H表示高程變異系數，Hstd表示區域內的高程標準差，Hmean表示區域內高程的平均值。

4 結果與分析

4.1 坡度分析

坡度反映了地表的起伏狀況，對地表水水力侵蝕的速度和加速度、地表對降雨的滲透等有較大影響，進而對地表物質的侵蝕搬運和堆積產生影響。由此可見，坡度對土壤侵蝕及水土流失有著重要的影響。加載ArcGis 10.3軟件，通過其中的坡度分析，進行坡度計算，然后利用Spatial Analyst進行重分類得到涼山州各地區坡度結果（如圖2）。

涼山州坡度小于15°的地區占全域總面積的33%。此區域地形較為平坦，發生水土流失的概率較小，適合人們生產生活。對于此類區域，應進行定期監測，防止其坡度出現突發性變化。

涼山州坡度為15～35°的地區面積占比最大，占涼山州全域面積的60%。有關部門應加強對這些區域的生態保護和地形勘察，做好水土保持工作。

涼山州坡度大于35°的地區占總面積的18%。此區域地形最為陡峭和險峻，在夏季降雨豐富的時候，容易發生較為嚴重的水土流失現象。該區域占涼山州的總體面積比重較大，政府部門應對此足夠重視，在地表加固、路堤防護、安裝標識的基礎上，及時對水土沖刷區的居民實施搬遷。

4.2 坡向分析

坡向通俗的理解就是一個山坡坡面的朝向。在DEM中，根據不同方向的投影，將其進行9個方向的劃分［10］。不同坡向對植被生物生長量、接受日照的時間、生長速率以及對土壤的受侵蝕程度都有頗為顯著的影響。加載ArcGis 10.3軟件，在進行坡面分析的基礎上，通過Spatial Analyst進行重分類，得到涼山州坡向分析結果（如圖3所示）。

圖3 涼山州坡向圖

結果表明，在本區域中，陽坡區域占涼山州總面積的59%，陰坡區占涼山州總面積的40%。陽坡接受的太陽輻射能量較多，但所得到的雨水量比陰坡少，因此，植被覆蓋度較低，所以在雨季容易出現水土流失。陰坡接受的日照輻射量較少，土壤中的水分蒸發較緩慢，植被覆蓋率較高，易形成森林，對水土的保持效果較好。

因此，在水土治理工作中，應對陽坡占比較大的區域加強管理。在此類地區，宜大力種草植灌，增強區域內植被覆蓋率；對于陰坡區域，應加強對森林防盜伐和森林防火的管理，設置森林保護區，不斷提高植被的生長速率。

4.3 高程變異系數分析

高程變異系數可衡量地面高程的變化以及地面起伏變化情況。在數字高程模型中，高程變異系數與地面高程變化和地面起伏變化率呈正相關，其值越大就表明越容易導致水土流失［11］。加載ArcGIS 10.3軟件，通過Spatial Analyst鄰域分析和塊統計，再進行柵格計算和重分類，得到涼山州高程變異系數圖（如圖4）。

圖4 涼山州高程變異系數圖

涼山州地形高程變異系數的變動范圍為0.000～0.344。從整體來看，該區域的地形高程變異系數值的增長幅度大致均等，其中高程變異系數在0.002 7～0.0080的區域占比較大，由此可知該地區的地面起伏變化率不大；但是也有部分區域高程變化較大，占全州總面積的1.17%。高程變化較大區域發生水土流失的可能性較大。因此，政府部門應把此類區域納為重點治理對象。

5 結論

涼山州地形復雜多樣，區域內大部分地區坡度較大，對此區域應該加強生態保護和地形勘察，做好水土保持工作。對于占全州18%面積的陡峭區域，由于其水土流失風險較高，政府部門應對此高度重視，做好生態修護、災害預警工作。對于陽坡水土流失的潛在危機，當地政府應加強植被恢復；對陰坡潛在的森林火災危害，應做到及時監測預警。對于全州地形起伏大的區域，涼山州政府應將其納入水土流失重點治理范圍，減小水土流失風險。