基于GIS和多流向算法的流域坡度与坡长估算

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1、第28卷第10期农业工程学报Vol.28No.102012年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMay2012159基于GIS和多流向算法的流域坡度与坡长估算121,3,4※1张宏鸣，杨勤科，李锐，刘晴蕊（1.西北农林科技大学资环学院，杨凌712100；2.西北大学城市与环境学院，西安710069；3.中科院水土保持研究所，杨凌712100；4.黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌712100）摘要：地形（LS，slopelengthfactorandslopest

2、eepnessfactor）因子是通用土壤流失方程和修正通用土壤流失方程USLE/RUSLE（universalsoillossequation，reviseduniversalsoillossequation）应用到流域或区域尺度时较难提取的因子。基于坡面水文学和土壤侵蚀学，对流域地形因子的原理、方法、流程进行了讨论。考虑了三维坡面水流发散和汇聚、泥沙沉积、沟道截断等条件，基于GIS技术，提出了基于多流向的地形因子估算方法，设计了LS_TOOL工具。该方法与已有AML（ARCMacroLanguage）和C++方法计算的坡度坡长结果在空间分布、运行效率

3、等方面进行对比，结果表明：采用多流向方法，计算合理，符合地形因子计算的值域范围；空间结构比AML和C++方法好，与地形相关性较高；效率远高于AML方法，由于增加了沟道提取，其效率稍低于C++方法。该方法可方便的应用于流域和区域尺度下的地形因子估算。关键词：地理信息系统，侵蚀，模型，土壤，通用土壤流失方程，地形因子，沟道，累积坡长doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.10.025中图分类号：S157；TP79；S127文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-10-0159-06张宏鸣，杨勤科，李锐，等.基于GI

4、S和多流向算法的流域坡度与坡长估算[J].农业工程学报，2012，28(10)：159－164.ZhangHongming,YangQinke,LiRui,etal.EstimationmethodsofslopegradientandslopelengthinwatershedbasedonGISandmultipleflowdirectionalgorithm[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(10):1

5、59－164.(inChinesewithEnglishabstract)期的研究中，基于汇水面积来进行地形因子估算也被一0引言[6][7]些学者推荐使用。Desmet和Govers基于不规则坡型通用土壤流失方程（universalsoillossequation，的研究，基于汇水面积方法提出了一种计算复杂地形条USLE）[1]及其后续版本修正通用土壤流失方程（revised[8]件下的LS因子算法。Winchell等对基于汇水面积提取[2]universalsoillossequation，RUSLE），尽管有一定的LS的方法与美国农业部全国资源计划

6、委员会（United缺点和局限性，但还是在世界范围的中小流域或区域土StatesDepartmentofAgriculture-NationalResources壤侵蚀评价中得到了广泛应用。最初，这2个模型是在Inventory，USDA-NRI）的实测值进行了对比，认为该[9-11]缓坡耕地上发展起来的，主要用于计算坡面尺度多年平方法最大的不足在于无法考虑沉积。Hickey等和Van[5,12]均土壤侵蚀量。20世纪90年代以来，区域尺度土壤侵Remortel等基于坡长的基本定义，采用累积的方法蚀评价模型得到了国内外研究者的高度重视，并开始将对坡长进行

7、提取，获取地形因子，该方法考虑了沉积，GIS（geographicinformationsystem）技术与土壤侵蚀模能够反应侵蚀-沉积发生的空间位置，但缺乏验证，对坡型结合，进行区域尺度土壤侵蚀评价研究。由于对区域长截断，水流发散和汇集等条件下的LS计算考虑不够[13-20]尺度土壤侵蚀过程和影响因子的研究没有较成熟的模全面。国内也对流域LS因子提取进行了相关研究，型，因此有研究者将USLE/RUSLE应用到大、中流域甚但缺乏对结果的有效证明、空间结构的必要分析。本文[3-4]在前期研究基础上[16-17]讨论了流域LS因子的算法基础，至大区域来进行土

8、壤侵蚀的定量评价和模拟。由于坡长在大尺度上很难通过实测来获得，因此在这种应用研针