坡面细沟分形研究的空间数据获取与分析.pdf

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1、第３６卷第９期人民黄河Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．９２０１４年９月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＳｅｐ．，２０１４【水土保持】坡面细沟分形研究的空间数据获取与分析张１，２１３攀，姚文艺，陈伟（１．黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室，河南郑州４５０００３；２．河海大学水利水电学院，江苏南京２１００９８；３．黄河小浪底水资源投资有限公司，河南郑州４５０００３）摘要：如何实现细沟沟网分形维数的准确计算是目前坡面侵蚀非线性量化面临的主要问题之一。为了实现分形理论在细沟量化中的应用，在介绍坡面ＤＥＭ获取、

2、细沟沟网提取方法的基础上，依据分形盒维数的基本原理，提出基于ＡｒｃＧＩＳ的细沟沟网分维值计算的网格化方法，以黄土坡面侵蚀模型为例，对黄土坡面模型细沟分形维数和数据无标度区进行了计算和分析，通过计算得到分维值为１．１２６６，并对计算结果的合理性进行了讨论，认为该方法具有较高可信度。关键词：土壤侵蚀；细沟分形维数；分形量化；ＡｒｃＧＩＳ中图分类号：Ｓ１５７文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３７９．２０１４．０９．０２９ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｐａｔｉａｌＤａｔａｆｏｒＲｉｌｌＦｒ

3、ａｃｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｌｏｐｅ１，２１３ＺＨＡＮＧＰａｎ，ＹＡＯＷｅｎｙｉ，ＣＨＥＮＷｅｉ（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＬｏｓｓＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｎｔｈｅＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｏｆＭＷＲ，ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，

4、Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ；３．ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＸｉａｏｌａｎｇｄｉＷａｔｅｒＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏ．Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｉｌｌｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｃｃｕｒａｔｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｓｕｂｊｅｃｔｍａｔｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓｌｏｐｅｅｒｏｓｉｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｔｐｒｅｓｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆａｃｉｌｉｔａｔｅｆｒａｃｔａｌｔｈｅｏｒｙａｐ

5、ｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒｉｌｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｓｌｏｐｅＤＥＭｏｂｔａｉｎｉｎｇａｎｄｒｉｌｌｎｅｔｗｏｒｋｅｘｔｒａｃｔｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｂｏｘｃｏｕｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｖａｒｙｉｎｇｓｃａｌｅｔｏｃｏｕｎｔｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ｉｔｕｓｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓｏｆｇｒｉｄｆｒｏｍ１ｔｏ２００ｃｏｖｅｒｅｄｔｈｅｒｉｌｌｎｅｔｗｏｒｋ

6、，ｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｇｒｉｄｍｅｔｈｏｄｏｆＡｒｃＧＩＳｂａｓｅｄｒｉｌｌｎｅｔｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ｕｓｅｄｔｈｅｌｏｅｓｓｓｌｏｐｅｅｒｏｓｉｏｎｍｏｄｅｌａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｃｏｍｐｕｔａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｌｏｅｓｓｓｌｏｐｅｍｏｄｅｌｒｉｌｌｆｒａｃｔａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｎｏｎｓｃａｌｅｒａｎｇｅ，ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｖａｌｕｅｉｓ１．１２６６，ａｎｄｈａｄｄｉｓｃｕｓｓｅ

7、ｄｔｏｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｃｏｍｐｕｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈａｄａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｌｅｖｅｌｏｆｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｗａｓｍｏｒｅｔｈａｎｓａｔｉｓｆｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ；ｒｉｌｌｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ｆｒａｃｔａｌｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ；ＡｒｃＧＩＳ坡面侵蚀地貌是一个非线性动态系统，研究坡面侵蚀动态性技术，ＧＩＳ在地貌研究中应用的优势在于它可以加快地貌数演化的非线性特征，传

8、统的单因子量化参数（如细沟长度、宽据的采集与输入速度，实现地貌过程的动态模拟和地貌要素的度、密度、切割深度等）受到极大限制［１－６］，难以有效表达整个自动提取、分类及综合分析等，可为坡面细沟几何形态的准确系统形态的复杂性和细沟空间分布的区位性。如何实现细沟提取提供良好的技术支撑。沟网分形维数的准确计算是目前坡面侵蚀非线性量化面临的将分形理论与ＧＩＳ相结合，能实现对坡面细沟形态的准确主要问题之一，以分形几何理论为代表的非线性科学