基于DEM对秦巴山区陇南望关镇地貌形态特征定量分析

采用GIS空间分析技术对秦巴山区陇南康县望关镇等高线及DEM数据进行分析处理，分别提取研究区83.2平方千米内高程海拔、地表起伏度、坡度、坡向地形因子不同区间带内面积值后定量分析统计，获得区域不同地貌形态分布面积及占比，判定调查区主要地貌类型。

不确定性是客观世界中固有属性，同样在地形地貌分类中也存在很大的不确定性，以往基于遥感影像与野外定性判断，所得数据不确定性在地形地貌分界划分处尤为明显。

遥感影像的不确定性、未知性导致在地形地貌分类领域中逐渐淡出，取而代之的数字高程模型DEM，基于大量数据计算分析，极大地降低遥感影像分析带来的模糊性。

研究的意义

研究区位于甘肃陇南山地，境内复杂多样的地貌形态影响着区域内地表水分、热量在不同地域的再分配，同时也影响着土壤、植被、物质迁移、生态系统的演变与发展，形成了境内独特的地形与生态系统。

以往地貌分类研究主要基于遥感影像，存在很大的不确定性，在进行分类时数据的不确定性逐渐累积放大，极大地降低了结果的准确性。

随着DEM理论与方法不断发展，基于等高线获得高精度DEM数据，为地貌形态分类提供了重要基础数据，能极大降低区域地貌分类中不确定性、模糊性，提高了数据量化性、条理性、科学性。

数据准备与处理分析

基础数据准备。文章以地形地貌较为复杂的西北秦巴山区陇南市康县望关镇为例，以区域地质灾害精细调查野外一手资料为基础，结合DEM数字地形分析对望关镇地形地貌进行全面研究。

建立高程模型。通过2种方法创建望关镇5米分辨率DEM高程数据进行分析，方法1采用3D Analyst TIN工具创建TIN三角网，转栅格生成DEM栅格影像；方法2采用Spatial Analyst地形转栅格工具，输出栅格像元大小为5，进行双三次卷积重采样生成栅格影像。方法2较方法1耗时更长，但所得栅格影像精度更高，推荐方法2。

所得DEM栅格影像后对ArcGIS默认分类不同海拔区间采用重分类工具进行分类，由栅格转面工具转为矢量，对不同海拔区间带进行面积几何计算，并导出属性表进行分类统计（如表1所示）。数据表明面积峰值出现在海拔1464～1564米区间内，达13.53平方千米，占比16.27%，境内主要海拔区间集中在1064～1964米，占比97.67%，大于1964米所占面积极少，仅占2.32%。数据表明境内山地主要以低中山地貌为主，次之为中山地貌。

地形起伏度分析。地形起伏度是在一个特定范围区域内，最高点海拔与最低点海拔差值，该因子能直观反映地形起伏特征，其表达式如下：

RA=Hmax-Hmin

式中，RA表示地形起伏度，Hmax是特定区域面积内最大高程值，Hmin是特定区域面积内最小高程值。

在ArcGIS中借助领域分析工具集下焦点统计工具，结合望关镇面积、采用DEM栅格影像像元5米×5米、对比分析5米×5米，10米×10米，15米×15米，20米×20米，25米×25米领域窗口值，选取RANGE计算领域内最大值与最小值差值，结合望关镇定性地貌分类，结果显示领域15×15窗口所获得焦点统计分析结果与实际地貌吻合度极高。

其次进行重分类，根据《中国1：1000000地貌图制图规范》并结合《工程地质手册》，地形起伏区间选0～30米（高海拔河谷区及平坦区）、30～100米低起伏山地（低中山），100～500米小起伏山地（低中山），500～1000米中起伏山地（中山），生成地形起伏度分级图。最后采用栅格转面工具将影像矢量化，对不同起伏区间带进行面积几何计算，并导出属性表分类统计（如下页表2所示）。

结果表明：望关镇地形起伏区间分别在0～30米、30～100米、100～500米间，面积为6.19平方千米、75.68平方千米、1.34平方千米，其中低起伏山地占比90.96%，其次为高海拔河谷及平坦区，分布于河谷G8513道路及平洛河两侧较开阔区域，少量分布于中庄村、乱石山村、沈湾村等零散分布的村庄开阔区域，占比7.44%，中起伏山地占比最少，为1.61%，分布于中庄村至鹞子湾村道路两侧，该区域野外调查验证中发现地势高陡，起伏较大，地形险峻，与数据分析结果吻合度较高。

数据表明境内主要以低起伏山地、高海拔河谷及平坦区为主，中起伏山地极少。

地貌形态分析。结合中国科学院地理研究所制定的《中国1：100万数字地貌制图规范》及《工程地质手册》中山地地貌形态划分，采用起伏度和海拔高度对山地及其子类型地貌进行定量化描述，分级标准如下（如表3所示）。

研究区主要为高海拔河谷及平坦区、低起伏低中山，占98.39%，小起伏低中山分布极少，仅占1.34%，上述地貌分类统计结果较定性分析更为翔实全面（如表4所示）。

地形坡度分析。以往野外调查基于直观定性判断坡度，虽然快速简便但依据不足，主要依赖于个人经验和主观判断，存在一定偏差，尤其是近几年开展实施的高精度地质灾害精细化调查中涉及大量斜坡单元坡度分析，缺少必要数据支撑，依靠直观定性判断存在较大误差。

在ArcGIS中借助坡度工具采用PLANAR方法对DEM栅格影像进行分析，求得不同坡度区间分析图，利用重分类工具参照坡度分级标准划分为0°～5°平坡，5°～15°缓坡，15°～25°斜坡，25°～35°陡坡，35°～45°急坡，gt;45°险坡，采用栅格转面工具转为矢量图层，对不同坡度区间面积进行几何计算，将属性表导出进行分类统计，获得不同坡度区间带面积值，生成坡向分级图。

数据表明，望关镇境内最大坡度85.75°，结合坡度分级标准，共划分为6级，分别为0°～5°平坡，5°～15°缓坡，15°～25°斜坡，25°～35°陡坡，35°～45°急坡，gt;45°险坡，其中gt;45°险坡地段面积达31.20平方千米，占比37.5%，多分布于贯穿河谷G8513道路两侧，该区域集中道路建设、人工机械切坡形成的高陡边坡，多崩塌、危岩体落石等地质灾害，定量分析结果与实际野外调查中结果一致，但较定性分析有了大量的数据支撑（如表5所示）。

其次为25°～35°陡坡，35°～45°急坡区域，面积分别为14.97平方千米，14.62平方千米，占比17.99%，17.57%，该区域多分布在河谷两岸险坡向外过渡延伸区域。定量分析结果以更准确的数据揭示每个斜坡段、斜坡带、斜坡区域坡度值及变化规律。

次之为0°～5°平坡，5°～15°缓坡，15°～25°斜坡区域，面积分别为1.16平方千米、8.34平方千米、12.91平方千米，占比为1.40%、10.03%、15.51%，调查过程中发现该区域多分布居民区、农田耕植区，定量分析与定性结果相互印证一致。

地形坡向分析。区别于传统坡向分析方法，基于ArcGIS空间分析功能，对复杂山区进行坡向分析。将区域内坡向分为8级，在GIS中采用PLANAR方法基于DEM栅格影像进行分析，再用重分类工具划分归至8级坡向区间，由栅格转面工具转为矢量，对不同坡向区间内几何面积进行计算，最后将属性表导出进行统计分析。

结果表明，望关镇大部分山体坡向呈现东（67.5°～112.5°）、西（247.5°～292.5°）、西北（292.5°～337.5°）。面积占比13.18%、14.46%、13.92%，据此可判断望关镇大部分山脉南北走向，在野外调查中，对560处斜坡单元采集地层产状数据，分析所得，区内山脉整体呈南北走向，与定量分析结果一致。同时显示境内东向、西向、西北坡向植被林木覆盖率整体较其他坡向高，该数据能为地方土地利用规划、土地整理及其他研究提供参考依据（如表6所示）。

地貌分类是地貌制图的基础，近几年全国范围内实施的区域地质灾害精细化调查工作，涉及编制大量乡镇地貌分类图，早期调查中野外定性判断、手图标记等方法，逐渐演变至借助遥感影像，采用定性判定，但缺乏数据支撑，分类结果存在很大不确定性、模糊性，已难以满足当前地貌分类实际应用需求。

随着DEM数据理论方法不断发展，基于DEM数字地形分析分类法成为强有力辅助工具，对地形进行多因子数据分析统计，通过大量数据控制变量，改进分类中的不确定性，在分类方法上实现新的突破。

文章以秦巴山区甘肃陇南康县望关镇为例，基于DEM数字地形分析技术提取高程、地形起伏度、地貌形态、坡度、坡向等地形因子数据，依据地貌形态分级标准进行重分类后分析统计，提出了一套基于DEM数字高程的多尺度、多因子地貌特征不确定性分析方法，弥补扩充了现有分类思路与方法，对地貌分类不确定性控制具有一定的参考和应用价值。

（作者单位：甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院）