实验三 基于GIS的土壤侵蚀因子分析与信息提取Word文档下载推荐.docx
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坡向可在数字高程模型Dem或TIN数据的基础上提取。
在Dem基础上提取坡向的步骤如下:
✧在视图目录表中添加dem并激活它。
✧从【Surface】菜单中选择【DeriveAspect】命令。
✧显示并激活生成的坡向主题AspectofDem(如图3-1)。
图3-1提取坡向
在Dem或TIN的面主题中坡度为0°
(平地)的栅格在输出的坡向主题中被赋值为-1,如果围绕中心栅格的任何相邻栅格是NoData数据,它们将被赋予中心栅格的值,然后计算坡向。
在坡向主题的图例中表示了八种主要方向,例如:
东[67.5-112.5°
],东南[112.5-157.5]。
2坡度Slope
地面上某点的坡度表示了地表面在该点的倾斜程度,坡度定义为水平面与地形面之间夹角的正切值。
在Arcview中Slope确定了中心栅格与四周相邻栅格高程值的最大变化率。
在输出的坡度数据中,坡度有两种计算方式。
●坡度(degreeofslope):
既水平面与地形面之间夹角的正切值。
●
图3-2坡度的两种计算方法
坡度百分比(percentslope):
既高程增量(rise)与水平增量(run)之比的百分数(如图3-2)。
坡度的应用非常广泛,例如:
●根据坡度起伏变化,确定崩塌、泥石流区域或严重的土壤侵蚀区,作为灾害防治与
水土保持工作的基础。
●提取平坦区域,为大型商业中心或房屋建筑选址。
采用Dem数据提取坡度的步骤如下:
1.添加Dem数据并激活它。
2.从【Surface】菜单中选择【DeriveSlope】命令。
3.生成新的坡度主题slopeofDem。
4.双击左边的图例,在弹出的LegendEditor对话框中可重新调整坡度分级(如图3-3)。
图3-3提取坡度
3等值线Contours
在Arcview中Contours功能生成一个新的线主题,每条线表示了具有相同高度、数量或者浓度的连续的位置的集合。
生成的等值线经过平滑处理,真实地再现了表面等值线。
采用Contours可以提取等高线、等温线、等降水量线等等,最常用的是在Dem或TIN数据的基础上生成等高线。
等高线是地面上高程相同的各点连成的闭合曲线。
根据等高线图形,可以判读地貌形态特征,量算各点的高程、坡向和坡度。
生成等高线的步骤如下:
1.在视图目录表中添加dem并激活它。
2.从【Surface】菜单中选择【CreateContours】命令。
3.在出现的ContoursParameters对话框(如图3-4)中输入等高距Contourinterval和基础等高线的值BaseContours。
图3-4提取等高线
图3-5提取单根等高线
4.生成等高线主题ContoursofDem(如图3-5)。
4水文分析
Fillsinks的操作步骤如下:
1.激活视图目录表中的Dem。
2.从【Hydro】菜单中选择【Fillsinks】命令。
3.在视图目录表中显示生成的FilledDem,既为填充过洼地的Dem数据(如
图3-6)。
图3-6填充洼地后的Dem数据
在Arcview中提取水流方向的步骤如下:
1.从视图目录表中激活FilledDem。
2.从【Hydro】菜单中选择【FlowDirection】命令。
3.
图3-7提取水流方向
显示新生成的水流流向数据FlowDirection(见图3-7)。
在Arcview中,计算流水累积量的步骤如下:
1.从视图目录表中激活FlowDirection。
2.从【Hydro】菜单中选择【FlowAccumulation】命令。
3.显示新生成的流水累积量数据主题FlowAccumulation。
双击此主题的图例,在出现的LegendEditor对话框(见图3-8)中,单击Classify按钮,在出现的Classification对话框中选择标准偏差StandardDeviation为分类类型,单击OK。
提取的FlowAccumulation主题(见图3-9)显示了地面水系的分布状况。
提取水网密度的步骤如下:
1.
图3-9提取水流累积量
图地形起伏度
从视图目录表中激活FlowDirection。
2.从【Hydro】菜单中选择【StreamNetworkasLineShape】命令。
图3-10StreamNetwork对话框
在出现的StreamNetwork对话框(见图3-10)中输入计算水网密度的最小河流长度,其单位为栅格数。
图3-11Hydro.StreamNetwork对话框
4.在Hydro.StreamNetwork对话框(见图3-11)中选择水流方向FlowDirection主题,单击OK。
5.生成新的主题StreamNetworkShape即为水网密度分布图。
不同的河流最短长度值所计算的水网密度如下图(见图3-12、图3-13)所示:
图3-12最短河流长度为20提取的水网密度
图3-13河流最小长度为100米提取的水网密度
5、地形起伏度
地形起伏度是指在一个特定的区域内,最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。
它是描述一个区域地形的一个宏观性的指标。
地形起伏度的具体提取方法如下:
1、激活DEM数据,在【Analysis】菜单中使用【Neighborhoodstatistics】命令,设置statistic值为最大值,邻域的类型为矩形(也可以为圆),邻域的大小为100个Map units(这个值也可以根据自己的需要进行改变),则可得到一个邻域为100*100的矩形的最大值层面,记为A;
2、对DEM数据采用同样的方法,只是把statistic值设置为最小值,即可得到DEM数据的最小值层面,记为B;
3、
图3-14地形起伏度
在【Analysis】菜单下使用【Calculator】命令,公式为[A-B],即可得到一个新层面,其每个栅格的值是以这个栅格为中心的确定邻域的地形起伏值。
如果还想知道更大范围或整个区域、整个图幅的地形起伏度,则可通过【Theme】下的【Editlegend】中的statistics来查看,其内容包括地形起伏的最大值、最小值、均值等。
提取的结果如图3-14。
6、地面粗糙度:
地面粗糙度是指在一个特定的区域内,地球表面积与其投影面积之比。
它也是反映地表形态的一个宏观指标。
1、提取DEM层的坡度α;
2、在【Analysis】菜单下使用【Calculator】命令,公式为:
((([Slope]*3.14159/180).cos))Pow(-1))
图3-15地面粗糙度
即可得到地面粗糙度的层面。
需要注意的是,在Arcview中,计算cos默认的角度值是弧度值,而通过提取坡度得到的值是角度,所以在计算时必须把角度转为弧度。
7、沟壑密度:
沟壑密度是指在一个特定的区域内,地表单位面积内沟壑的总长度。
沟壑密度的提取可通过水文分析方法提取沟壑,然后通过统计查询,查出沟壑的长度,再除以区域面积,则可得到区域的沟壑密度。
其关键是确定沟壑的标准。
具体方法如下:
1、
图3-16通过水文分析求出的沟壑
激活DEM数据,在【Hydro】菜单下使用【Fill】命令,对DEM数据中的高程为0的栅格进行填充,得到新的层面,记为A;
2、对A层使用【Hydro】菜单的【Flowdirection】命令,提取水流方向;
3、对水流方向层再用【Hydro】菜单的【Flowaccumulation】命令,得到水流的累积量层;
4、用【Mapquery】命令,提取出水流累积量大于500(此值需根据研究区域的土壤、植被、地形等特征及研究目的来确定)的值,即可得到提取出的沟壑层;
5、通过【Editlegend】编辑沟壑层的图例,通过其中的statistics项,可以查出沟壑层中构成沟壑的栅格单元数,则得出沟壑的长度为“沟壑的栅格单元数*栅格单元的长度”,区域的总面积可通过此统计项中的count数来算出,为“count数*每个栅格单元的面积”,最后,把单位换算成公里,则沟壑密度=沟壑的栅格单元数/(区域总的栅格单元数*栅格单元的长度*0.001)
对于如图所示的例子,沟壑的栅格单元数为8959,总的栅格单元数为391140,栅格单元的分辨率为5米,则最后的沟壑密度=8959/(391140*5*0.001)=4.58公里/平方公里。
图11-25耕地的坡度分级图
其次,对耕地的坡度组成进行统计。
例如:
计算15—25°
的坡耕地在样区中占的比例。
1.从【Analysis】菜单选取【Mapquery】命令。
2.在MapQuery对话框中构建查询表达式(见图11-26),从耕地坡度主题GengDi-Slope中提取坡度为15—25°
的数据。
图11-26建立提取15—25°
坡耕地的表达式
单击evaluate。
提取的新主题GDslope(15-25)表示了坡度为15—25°
的耕地的分布状况(见图11-27)。
4.激活GDslope(15-25)。
图11-27提取的坡度在15—25°
的耕地的分布图
5.
图11-28GDslope(15-25)主题属性表
单击
,打开此主题的属性表(见图11-28)
样区的总栅格数为817777+196574=1014351,坡度为15—25°
的耕地的栅格数为196574,其在样区中所占的比例为196574/1014351=0.1933。
采用此种方法,依次计算各土地类型中各级坡度所占的比例(见表1)。
表1样区内各土地利用类型的坡度分析(面积百分比)
用地类型
<
6°
6—15°
15-25°
25-35°
>
35°
合计
耕地
1.13
5.41
19.33
19.74
15.88
61.49
园地
0.08
0.21
0.64
0.81
0.85
2.59
林地
0.56
2.48
8.02
9.58
11.18
31.82
牧草地
0.01
0.03
0.11
0.10
0.33
居民点及工矿用地
0.16
0.25
0.70
0.78
0.74
2.63
水域
0.02
0.04
0.09
0.17
0.30
0.62
未利用地
0.14
0.20
0.55
1.98
8.51
28.98
31.30
29.23
100.00
本样区耕地类型为旱地、主要有滩旱地、沟旱地、梯旱地、和坡旱地四种。
以同样的方法计算耕地的坡度组成(见表2)。
表2耕地坡度组成
坡度分级
.百分比(%)
1.83
8.80
31.44
32.11
25.82
面积(平方米)
287024.7
1379148.7
4928170.5
5034745.4
4048221.3
15677310.7
从表中可知,本样区坡度在25°
以上需进行还林还草的面积约为9.08平方千米,占全区总面积的57.93%。
三、报告要求
1.计算给定流域地表粗糙度。
2.计算给定流域沟谷密度。
2.计算给定流域坡度百分比,并计算相应的面积。
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