如何基于DEM的坡度分析辅助水土保持规划

2021-06-18

概述

水土保持规划指为了防止水土流失,做好国土整治,合理开发和利用水土及生物资源,改善生态环境,促进农林牧及经济发展,根据土壤侵蚀状况,自然社会经济条件,应用水土保持原理,生态学原理及经济规律,制定的水土保持综合治理开发的总体部署和实施安排的工作计划叫做水土保持规划。
坡度对水土保持规划设计具有决定性的作用,是土地利用规划和治理措施配置首先要考虑的因素,如何利用DEM对坡度进行分析?
分析数据获取
DEM数据直接在水经微图中里就可以下载,软件可以下载地形图、30米DEM、12.5米DEM等多种地形数据。
打开水经微图软件,软件提供多种下载方式,可以绘制矩形、多边形或者选择任意面范围下载等多种下载方式。
这里我们以选择任意瓦片的方式进行DEM和卫星影像的下载,我们软件右上角,选择瓦片,勾选显示瓦片,在搜索框中输入瓦片编号,这里我们以“15_13371_2779”为例,点击搜索软件会自动定位到瓦片位置,点击下载即可。

DEM数据下载


卫星影像下载


基于DEM的坡度分析
把下载的DEM数据加载到ArcGIS中的效果,还可以叠加该地区的高清影像。

在ArcGIS中加载DEM


在ArcGIS中加载影像


接下来进行坡度分析,找到ArcToolbox工具 》3D Analyst工具 》栅格表面 》坡度功能。

坡度分析工具


弹出了坡度分析对话框,输入栅格地形数据,选择输出路径,输出单位默认DEGREE就好:

坡度分析


前两项很常规,重点是这个z因子,当输入了栅格后,z因子会弹出警告。ArcGIS所给出的帮助里这样解释z因子。
z 因子是一种转换因子,当垂直(或高程)单位与输入表面的水平坐标 (x,y) 单位不同时,可使用 z 因子调整垂直(或高程)单位的测量单位。
z 单位与输入表面的 x,y 单位不同时,可使用 z 因子调整 z 单位的测量单位。计算最终输出表面时,将用 z 因子乘以输入表面的 z 值。如果 x,y 单位和 z 单位采用相同的测量单位,则 z 因子为 1。这是默认值。
下面是如何确认z因子的方法说明:
当输入的栅格数据是球面坐标系时,z因子的正确使用尤为重要,其采用的十进制较多。如果输入表面栅格不再投影坐标系中,则从山体阴影中得到的输出看起来通常会很奇怪。这是由于在水平地面单位与高程z单位之间的测量存在差异。
由于经度的长度随着纬度而变化,因此需要为该纬度指定一个适当的z因子。如果x,y单位是十进制而z单位是米,则一些适用于特殊纬度的适当z因子如下表:

Z因子


水经微图中所下载影像和地形数据默认的就是投影坐标系wgs84,正好符合上表的要求,对比上面的表格,本文实验中的影像区域纬度是30度左右,所以选择30度对应的z因子。
参数输入完毕,开始进行坡度分析。稍等片刻,分析完毕。结果如下图:

坡度分析结果


从绿色到红色渐变,坡度越来越大。那么坡度到底有什么意义和作用呢?
1984年中国农业区划委员会颁发《土地利用现状调查技术规程》对耕地坡度分为五级:即≤2°、2°~6°、6°~15°、15°~25°、>25°。地面坡度的不同级别,对耕地利用的影响不同。
≤2°一般无水土流失现象;2°~6°可发生轻度土壤侵蚀,需注意水土保持;6°~15°可发生中度水土流失,应采取修筑梯田、等高种植等措施,加强水土保持;15°~25°水土流失严重,必须采取工程、生物等综合措施防治水土流失;>25°为《水土保持法》规定的开荒限制坡度,即不准开荒种植农作物,已经开垦为耕地的,要逐步退耕还林还草。

对耕地坡度分为五级


坡度分析与国家标准和政策挂钩了,那分析结果意义就大了。
可以根据上述资料,把坡度分为五级,分级步骤如下:对坡度分析结果右键属性。弹出图层属性对话框,在符号系统节点下,左侧选择已分类,然后点击对话框右侧的分类按钮进入分类界面。

类别选择为五类


在分类对话框中,分类方法选为手动,类别选择为五类,在中断值界面中,手动输入刚才分级的临界值。可以看到,最后系统自动给分好了类,点应用,确定。

输入分级的临界值


分析结果如图,可以非常清楚的看到坡度分析结果,然后结合该地区的高清影像,就可以看出来哪些地方不符合国家的耕地标准,哪些地方应该退耕还林,哪些地方适合作为耕地。

分析结果


与卫星图对比


总结
以上就是如何基于DEM的坡度分析辅助水土保持规划的教程。
本次操作示例中所使用的高程数据均来自水经微图,如果你还没有安装水经微图,可以通过关注微信公众号“水经注GIS”,然后在后台回复“微图”即可获取软件下载地址,当然也可以直接在水经注GIS官方网站下载。
最后,如果您在工作中遇到与GIS相关的任何难题,请通过关注公众号“水经注GIS”并在后台留言告诉我们,我们将针对比较有典型性和代表性的问题提供解决方案,从而将我们“为您提供丰富的地图数据与专业的GIS服务”之宗旨落到实处!


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