基于ArcGIS的沙颍河流域地形因子提取试验研究
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摘 要：沙颍河流域处于平原地区，地势平坦，本文通过ArcGIS栅格计算功能以及表明分析功能，提取沙颍河流域地形因子。
关键词：ArcGIS；栅格计算；地形因子
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.128
地形因子有坡向、坡度、坡位和海拔高度四个因素，坡度不同的山坡因太阳入射角不同所获取的太阳辐射有别，气温、土温及其他生态因子也随之发生变化；坡位是指山坡的不同部位，通常都把一个山坡划分为上坡、中坡和下坡三部分；海拔高度则是山地地形变化最明显的因子之一。阜阳市沙颍河流域，流域面积地势平坦，农业发达，人口众多，沙颍河受当地两岸工业、食品加工企业等多因素的影响，加上水土流失的影响，存在非点源污染现象，水质不容乐观。当前，美国通用土壤侵蚀方程是研究水土流失的重要方法，方程中包括地形因子，其涉及到坡度和坡长因子的计算，而地形要素是影响非点源污染物的流失的重要因素，通常地形起伏大区域流入水体中的非点源污染物大于平原地区。本文通过ArcGIS软件中栅格计算功能以及表明分析功能获取沙颍河流域地形因子，以期掌握该地区的地形要素。
1 研究区概况
研究区位于沙颍河水系下游，地处安徽省阜阳市太和县，属淮河流域。常年雨水年均量为700-900mm，年均温度15℃，气候温暖湿润。研究区属黄淮海平原地区，地区地势平坦，平均海拔16m，河网水系众多，土地利用主要以旱地耕作为主，农业相对发达，地貌类型简单，可分为两类：河流泛滥平原、洪河间平原。沙颍河流域是我国主要的粮食生产基地之一，现代农业的推广使用尤其是化肥农药的大面积的使用，以及不合理的灌溉方式，造成了大量的过余化肥和农药通过地表径流汇聚到沙颍河中，造成了严重的农业污染。研究区地势东南部较低，西北部较高，自西北向东南略有倾斜，海拔高度为 30～40 米，高差 10 米，为典型的平原地形。历史上，由于境内的泉河、洪河等河道多次泛滥、摆动，其河流沉积物不断堆积，中、小地势起伏跌宕，岗、坡、洼地呈相间分布，因此，地貌表现为大平小不平的特点，在西北向东南略有倾斜的总的地面趋势控制下，形成了临河较高，河间较低的总格局。
2 研究方法及数据来源
2.1 研究方法
美国通用土壤流失方程包括的地形因子，主要由L坡长因子和S地形因子组成，通过ArcGIS软件中栅格计算功能以及表面分析功能获取沙颍河流域地形因子，LS因子测算方法采用刘宝元的研究成果[1-2]，本研究中 LS 因子的获取通过利用 ArcGIS10.2中的坡度提取功能提取坡度百分比图层，根据地表面沿流向的水流长度 m 值现行推荐值将坡度百分比分类，得到相应的 m 值分布图；其次提取坡度图层；然后根据坡长提取步骤提取坡长因子，再利用栅格计算器功能计算 LS 复合因子值及其图层。其按坡度大小进行分级处理，将区域坡度划分成三类水平，依次计算地区坡度因子，如公式1所示。通过ArcGIS水文分析模块计算栅格像元值累积汇流量，并结合坡长指数值，计算研究区坡长因子，如公式2所示。最终，通过ArcGIS栅格计算工程，将S*L得到研究区的地形因子。
2.2 数据来源
研究采用的数字高程数据来源于地理空间数据云网站，分辨率30m*30m；ArcGIS采用10.2版本。
3 研究结果
利用ArcGIS 10.2表明分析功能、水文分析功能及栅格计算功能，并结合公式（1-2）测算研究区地形因子结果图1所示。研究区地形因子数值约为7～22，地形因子值呈现出从东南往西北逐渐增大趋势，其中地形因子值为最大值位于陶庙镇和东城街道，最小值位于三合镇和中市街道，在趋势上与研究区数字高程保持一致。研究区内共包括乡镇行政单元，地形因子值按从大到小平均划分为五类，一类区域地形因子值为最高，二类其次，五类区域地形因子值最低，其中一类区域包括陶庙镇和东城街道，五类地区包括程集镇、三合镇、中市街道、苏集乡和姜堂镇，共5个乡镇行政单元，二类-四类地区共包括35个乡镇行政单元，研究区整体上呈现出西北部地区地形因子值高于东南部的趋势。
4 结论
利用ArcGIS软件中栅格计算功能、表面分析和水文分析功能可沙颍河流域地形因子，研究区地形因子数值约为7～22，地形因子值按从大到小平均划分为五类，其中一类区域包括陶庙镇和东城街道，五类地区包括程集镇、三合镇、中市街道、苏集乡和姜堂镇，共5个乡镇行政单元，二类-四类地区共包括35个乡镇行政单元，地形因子值呈现出从东南往西北逐渐增大趋势。
参考文献：
[1]Liu B Y，Nearing M A，Shi P J，et al.Slope length effection soil loss for steep slopes.Soil Society of American Journal， 2000（64）：1759-1763.
[2]蔡崇法，丁树文，史志华等.应用USLE模型与地理信息系统IDRISI預测小流域土壤侵蚀量的研究[J].水土保持学报，2000，14（02）： 19-24.
作者简介：司家济（1994-），男，安徽巢湖人，硕士研究生在读，主要从事水污染处理研究。
*为通讯作者
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