基于GIS的小流域坡度坡长因子计算方法研究

【摘要】：坡度坡长因子是影响土壤侵蚀的主要地形因子。在经验土壤侵蚀模型中,地形对侵蚀的影响用坡度坡长因子来表征。坡度的提取算法已经很成熟,坡长的提取仍然存在很多问题。因此,本研究重点分析和总结前人关于坡长的定义框架,构建坡长的理论体系和分析不同坡长提取方法的优缺点,建立小流域坡长的提取模型和方法,分析坡长在小流域的空间分异规律以及坡长与其他地形因子的关系。最后,用经过改进的坡长算法和D8算法计算的坡度,得到小流域的坡度坡长因子值。主要研究结果如下: (1)基于累积流量算法,通过对流向算法的改进,提取的流域坡长与实际非常吻合,符合坡长分布的格局特征,做作为流域分布式坡长提取的基本方法。累计流量的单位汇水面积的坡长提取算法由于受到多种因素如坡长指数m、多流向算法的选择、等高线长度系数等的影响和制约,故而误差较大,所以如何选择合适的坡长指数、多流向算法、计算精确的等高线长度系数,均需要大量实验来进行验证; (2)不同的径流算法,得到的坡长和LS差异非常大,为了取得更为真实的地学模拟结果,在LS因子的计算过程中必须充分考虑径流算法的特点。单流向算法水流仅流向单一的最陡下坡方向,无法真实反映地形变化情况。多流向算法比单流向算法更加适合模拟坡面漫流。用多流向算法计算的坡长,其结果表面连续、光滑,格局特征优于单流向算法的坡长。 (3)不同坡度段上坡长的差异很大,坡面较为平缓时的坡长较大,尤其是在0-3度时坡长非常大,而坡面较陡时坡长较小;不同坡向,坡长的分布也不一致。南坡和北坡坡长均值远大于其他坡向;凹形坡的坡长均值最大而凸形坡上坡长均值最小,直型坡的坡长均值介于凹形坡和凸形坡之间。 (4)基于两种流向算法计算的LS因子差异较大。从频率分布看,多流向LS因子值明显大于单流向LS因子。总体而言,多流向LS因子相对单流向LS因子较好。