基于DEM的云南省区域土壤侵蚀坡度坡长因子提取与分析

基于DEM的云南省区域土壤侵蚀坡度坡
长因子提取与分析
[摘要]土壤侵蚀与地形关系研究由来已久，国内外学者在流域尺度针对土
壤侵蚀调查制图的地形因子提取方法也有较多的研究[1]。

本文阐述了在云南省2015年土壤侵蚀调查中，利用全省1:1万或1:5万DEM数据，借助ARCGIS等软
件整合生成全省DEM数据，通过北京师范大学研发的“土壤侵蚀模型地形因子计
算工具”，提取和分析了全省坡度坡长因子，该套数据为云南省区域范围内的土
壤侵蚀影响因素提供一定的基础数据，为区域水土保持措施规划、综合治理提供
指导依据。

[关键词] DEM；坡度；坡长
1 研究区概况
云南位于我国西南边陲，位于东经97°31′39″～106°11′47″、北纬
21°08′32″～29°15′08″之间，地质构造复杂，切割剧烈，山高坡陡谷深，
坡耕地分布广泛，气候条件变化多样，生态环境敏感脆弱，是全国水土流失最为
严重的省份之一。

云南属青藏高原南延部分，地形一般以元江谷地和云岭山脉南
段的宽谷为界，分为东西两大地形区。

东部为滇东、滇中高原，称云南高原，系
云贵高原的组成部分，平均海拔2000m左右，地形表现为波状起伏和缓的低山和
浑圆丘陵，发育着各种类型的岩溶地形。

西部为横断山脉纵谷区，高山深谷相间，相对高差较大，地势险峻；南部海拔一般在1500～2200m；北部在3000～4000m；西南部边境地区地势渐趋和缓，河谷开阔，一般海拔在800～1000m，个别地区下
降至500m以下，是全省主要的热带、亚热带地区。

全省整体地势从西北向东南
倾斜，海拔相差较大，最高点为滇藏交界的德钦县怒山山脉梅里雪山主峰卡格博峰，海拔6740m；最低点在与越南交界的河口县境内南溪河与元江汇合处，海拔
仅76.4m。

最高、最低两地直线距离约900km，高低相差达6000多米[2]。

2 数据来源
DEM数据来源于云南省范围内已入库的数字化成果1：1万DEM数据和云南省
范围内由国家基础地理信息中心下发的1：5万精细化DEM数据。

其中1：1万DEM数据共计10188幅，占全省13878幅的73.4%，5m分辨率的9379幅，12.5m
分辨率的809幅，这两种格网间距的DEM可直接重采样为10米；国家基础地理
信息中心下发的1：5万精细化DEM数据成果共计976幅，占全省976幅的100%，分辨率为10m。

所有DEM数据坐标包括北京1954、西安1980和CGCS2000共三种，均统一换算到CGCS2000坐标系，空间分辨率也统一重采样到10m[2]。

3 计算方法
利用云南省1:1万或1:5万DEM数据，借助ARCGIS等软件整合生成全省DEM
数据。

以面积小于1×104km2的子流域为单元，利用北京师范大学研发的“土壤
侵蚀模型地形因子计算工具”，计算坡长、坡度、坡长因子和坡度因子，生成坡
长坡度因子（LS）栅格数据；该计算工具基于中国土壤流失方程（CSLE）。

LS因子值计算过程主要包括：提取坡度、流向、单元坡长，定义径流源点和
终点、定义沉积部位，计算累计坡长，计算坡度和坡长因子，计算步骤见图1[3]。

图1 坡度坡长LS因子值计算流程
坡长坡度因子值计算方法如下：
在不同的坡度范围下分别选用不同的公式来计算坡度因子，10°以下的坡度
选用D.K.McCool的公式：
S=10.8sinθ+0.03，θ<5°；（1）
S=16.8sinθ-0.5，5°≤θ<10°；（2）
10°以上的坡度选用用 Liu Baoyuan 等的公式：
S=21.91sinθ-0.96，θ≥10°；（3）
L=(λ/22.1)m；（4）
式中：S为坡度因子（无量纲）；θ为坡度值（°）；L为坡长因子（无
量纲）；λ为坡长(m)，22.1为22.1标准小区坡长，m为坡长指数，根据坡度不
同取值不同[4]。

4 计算结果分析
影响坡长坡度因子计算结果的重要因素有以下几个参数：坡度、坡长、汇流
面积、去短枝、缓坡中断因子、陡坡中断因子。

考虑到云南省山地较多、同时地
貌地形多样化的特点，在因子计算中将坡长值定为100m、汇流面积阈值则需要根
据不同区域的地理特征进行调整。

调整的原则为丘陵和盆地地区以5×104为基准
进行调整试算，在不发生沟道成片粘连的前提下，尽量保证沟道提取细节的完整；地形陡峭地区和峡谷地区汇流面积阈值应比丘陵和盆地地区小一些；相对的，平原、及地势较为平坦地区的汇流面积阈值则应比丘陵和盆地地区大一些。

4.1 坡长与坡长因子
坡长是反映坡面发育的重要因子之一，从宏观角度上能够反映出地形坡面的
基本特征；同时作为反映土壤侵蚀与地貌形态因子的重要指标之一，也是反映地
表的破碎程度和侵蚀状况的因子之一[5]。

基于CSLE模型的原理和云南省区域特征，
本次计算采用的坡长截断阈值为100m，即大于100m的坡长按100m计。

将云南区
域坡长分为0～10m、10～20m、20～30m、30～40m、40～50m、50～60m、60～70m、70～80m、80～90m、≥90m十种类型。

结果表明全省坡长变化为0～100m，平均55.46m。

从空间分布上看，小坡长主要分布在曲靖、昆明、蒙自、平远、滇池、
洱海等坝子和湖泊区域，坡长多在30米以下，其余地区的坡长都较高，其中大
于90m的占全省面积的32.17%。

坡长分级及面积百分比见表1，空间分布见图1。

表1 坡长分级及占土地面积比例表
序号分级（m）面积（km2）
百分比（%）
10～1078940.5020.60 210～2016216.94 4.23 320～3039996.2110.44 430～4034007.728.87 540～5014650.21 3.82 650～6025612.89 6.68 760～7022062.77 5.76 870～8012284.33 3.21 980～9016177.73 4.22
10≥90123260.7232.17
图1云南省坡长空间分布图
云南省坡长因子为 0～3.18间，平均1.76，空间分布与坡长相似。

因大于100m坡长区域采用平均坡长因子计算公式，全省大面积区域的坡长因子变化在1.88～2.14间，占全省面积的32.29%。

坡长因子分级及面积百分比见表2，空间分布见图2。

表2 坡长因子分级及占土地面积比例表
序号分级面积（km2）
百分比（%）
10-0.6725772.15 6.73 20.67-1.2369800.0218.21 3 1.23-1.5929083.717.59
4 1.59-1.8836968.009.65
5 1.88-2.14123736.6832.29
6 2.14-2.3617477.43 4.56
7 2.36-2.5722889.50 5.97
8 2.57-2.7619463.28 5.08
9 2.76-2.9414011.38 3.66
10≥2.9424007.87 6.26
图2 云南省坡长因子空间分布图
4.2 坡度与坡度因子
坡度作为影响地表径流量的大小和流速的直接因素，同时也影响着地表径流的冲刷能力，因此坡度因子是研究地貌与土壤侵蚀的重要因素之一。

云南省坡度为0～88.86°间，平均23.78°。

从空间分布上看，小坡度主要分布在曲靖、昆明、蒙自、平远、滇池、洱海等坝子和湖泊区域，坡度多在10°以下，其余地区坡度较高，其中大于15°的占全省面积的74.82%，大于25°的占47.75%，大于35°的占19.69%。

坡度分级及面积百分比见表3，空间分布见图3。

表3 坡度分级及占土地面积比例表
序号分级（°）面积（km2）
占土地面积百分比
（%）
10-534909.379.11 25-814148.91 3.69 38-1011356.34 2.96 410-1536092.249.42 515-2048045.4512.54 620-2555678.8314.53 725-3056526.5214.75 830-3551016.5713.31 9>3575435.7919.69
图3云南省坡度空间分布图
云南省坡度因子为0～9.995间，平均4.53，空间分布与坡度相似。

因对大于20°的林草地单独进行了订正，全省的坡度因子值主要集中在4.7～6.5间，占全省总面积的42.79%。

坡度因子分级及面积百分比见表4，空间分布见图4。

表4 坡度因子分级及占土地面积比例表
序号分级面积（km2）
占土地面积百分比
（%）
10-0.9634656.389.04 20.96-1.8318882.94 4.93
3 1.83-2.8428599.587.46
4 2.84-4.791514.0723.88
5 4.7-6.5163964.6842.79
6 6.5-8.2915768.64 4.11
7
8.29-
9.994
12682.96 3.31
89.994-117140.77 4.47
图4云南省坡度因子空间分布图
5 结语
在云南省2015年土壤侵蚀调查中，收集全省1:1万或1:5万DEM数据，借助ARCGIS等软件首次整合成一套全省高质量的地形数据，构成了比较完整的土壤侵蚀地形指标数据集，该套数据为云南省区域范围内的土壤侵蚀影响因素提供一定的基础数据，为区域水土保持措施规划、综合治理提供指导依据。

[参考文献]
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