黄土塬区DEM水文分析中消除地面伪沟谷的方法

赵 明伟等 ： 黄土塬区 Ｄ Ｍ 水文分析 中消除地面伪沟谷 的方法 Ｅ
表 １ 附加 实 验 样 区概 况
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文提 出的消 除伪 沟谷 的方法 可 以有效 去除平 坦塬 面 上的 伪沟
谷， 并且细小 的沟谷 以及 平坦 的大 沟谷都 得 到 了很 好 的保 留 ；
根据处理结果计算 的沟 壑密度 为 １ ０ ｍ ｋ ２ 而根 据原 始数 ．６ ｋ ／ ｍ ，
切割裂 ， 平均海拔 １ ４ ． 相对 高差 ３ ０ｍ， 面平均 坡度 ５ ０ ｍ， ０ ４ ９ 塬 为 ８１， ． 。 面积 １０ｋ １ ｍ×１ ｍ） ０ ｍ （０ｋ ０ｋ 。此外 ， 实验 中为了对 比 文 中提出 的实验方法消除伪沟谷 的效果 ， 还选 取 了地 貌类 型属
域的； 流 累积量值减小 ， １ ２ 最终可有效地 消除伪 沟谷 ， 到理想的实验 结果。 得 ［ 中图分类号 ］Ｐ ３ ． ２１５ ［ 文献标识码］Ａ ［ 文章编号 ］１０ ０ ４ （０ １０ ０ ３ ０ ０ ０— ９ １ ２ １ ）８— ０ ６— ３ 值 的选取 ， 一般说来 ， 当该 阈值 变大时 ， 所提取 的沟谷网络结 果数量会变少 。李俊 、 陈涛 等以 陕北黄 土高 原为 研究样 区， 研 究 了沟壑 网络 提取 中汇流 累积 量 阈值 的选 取依 据 ” 。但 是， 对于黄土塬 、 黄土残塬 等地 区 ， 由于 大量 平地 的存 在 ， 图 试 仅 仅通 过调整汇流累积量 阈值来 消除伪 沟谷 是不可行 的。图 ２ 为 Ｄ Ｍ数据 的山体 阴影晕渲 图， Ｅ 可以看 出 Ａ点处于沟谷 中 ， 而
据计算 的沟壑 密度 为 ２ ０ ｉ ｋ 二者 的差异是相 当明显 的 。 ． ５ｋ ／ ｉ ， ｎ ｎ 由手动勾绘得 到的沟谷 网络 ， 相应 的沟壑 密度 为 ０ ９ ｍ ｋ ．２ｋ ／ ｍ ，
沟谷 出现 。以上 问题 的出现 ， 给黄土高原地 区沟壑密度 的
塬等存 在大面积平坦 区域 的地 区， 可能存 在合 适 的阈值 ， 不 使 得提取的沟谷网络既包含较小的沟谷 ， 又不存在伪沟谷 。
如上所述 ， 在平原 台地 地 区 （ 如黄土塬 面 ） 由于大 量平坦 ，
区域的存在 ， 使得 当采用坡面流模拟 方法进行 沟谷提取 时会产 生大量伪沟 谷 ， 且无 法通 过 调整 汇 流 累积 量 阈值 来 消除 。因 此， 急需 寻求一种简单而有效 的解决方法 。
Ｂ点处 于塬 面平坦 区 ； 对应于水流路 径汇Байду номын сангаас 累积量 图 ３ Ｂ点 的 ， 汇流累积量值却 大大 高于 Ａ点 。由此可 见 ， 在黄土塬 、 黄土残
１ 问题 的提 出
沟壑密度是反映 黄土高 原地 区地 面受侵 蚀程 度重 要 的区 域水土流失 因子 ， 在该地 区的土壤 侵蚀 与侵 蚀产沙研 究 中得 到
为 实验样 区， ５ｍ分辨率的 Ｄ Ｍ及相应 的 Ｄ Ｍ 为信 息源， 究伪 沟谷 的成 因与消除方法， 以 Ｅ Ｏ 研 结果显示 ： 在初始所提取 的 沟谷 网络 中， 面上一般存在 大量的伪 沟谷 ； 塬 实验 中通过增加 权重矩 阵来计 算水流路 径汇流 累积 量值 ， 而使得 平坦 区 从
正确提 取以及水 文分 析的有效进行 ， 都带来 了很大的困难。 图１ 为实验样 区水文分 析 中存 在 的伪沟谷 示意 图 ， ａ 为 （） 实验样 区的地形 等高线图 ， ｂ 为该地 区采 用坡面 流方 法提取 （） 的沟谷网络 ， 比可 以发 现 ， 始提取 的沟谷 网络 中存在 大量 对 原
了广泛 的应用 －］ 目前 ， 同学 者提 出了不 同的提取沟壑 网 ３。 不
络 的方 法 一 其 中基 于 Ｄ Ｍ 的坡 面流模 拟方 法 因为数据 来 ， Ｅ 源广泛 、 方法简单 、 法稳 定性 高而 得 到普遍应 用 。这 一方 法 算 根据水文学坡面流模型来判别水流 路径 ， 首先对地 面洼地进 行 填充 ， 构建无洼地 的连续地 面 Ｊ并 根据每 一个栅 格单 元与 相 ， 邻单元之 间的最 陡坡 度 ， 别求 取 沿水 流路 径 的汇 流 累积 量 识 值， 再选择适当的汇流累积量 阈值来 确定河 网。该 方法可 以直 接生成连续 的河 网。但是 ， 计算 格 网单元 流量 累积 量值 时 ， 在 本不会产生地 面径流 的平坦地 区 （ 如黄 土塬 面等 ） 例 也将产 生 很 大的汇流累积量值 ， 从而造成提取沟 谷网络 时会 有大量 的伪
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中国水土保持 Ｓ Ｃ ０ １ ＷＣ ２ １ 年第 ８期
黄 土 塬 区 Ｄ Ｍ 水 文 分 析 Ｅ 中消 除地 面 伪 沟 谷 的 方 法
赵 明伟 ， 国安 ， 汤 李发 源
（ 京 师范大 学 地 理科 学学 院 ， 苏 南京 ２０４ ） 南 江 １０６
［ 关键词 ］Ｄ Ｍ； Ｅ 水文分析 ； 沟谷 ； 伪 消除 ； 重矩 阵； 权 黄土塬区 ［ 摘 要 ］当前基 于 Ｄ Ｍ的 沟谷 网络提取方法 ， Ｅ 往往造成平原 、 台地地 区有大量的伪沟谷 出现。以位 于陕北的黄土塬 区
的伪沟谷。
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图 ２ 山体 阴影晕渲图
２ 实 验 方 法
２ １ 实验 样 区与 数 据 ．
图３ ；流 累积量 图 １ ２
实验样 区位 于陕西省 淳化县城 西北部 泾河 中游 地 区， 黄土 塬及残塬为主要地貌类 型 ， 塬面地 形平 缓 ， 但被 诸 多大沟 谷深
ｆ 实验样区的等高线图 ａ １ Ｃ 采用坡面流方法提取 的原始沟谷 网络 ｏ ）
于黄土台塬 、 黄土残塬 的样 区进 行附加 实验。附加实 验样 区的
图 １ 伪 沟谷 示 意
影 响提 取 沟 谷 网 络 结 果 的 关 键 因 素 是 汇 流 累积 量 阈
［ 金项 目］国家 自 基 然科学基金项 目（ ９０ ３ ， ８ １４ ） ４ ３５ １４ ０ １８ ０ ０
基本情况如表 ｌ 所示。