基于数字地形分析的重庆市忠县区域生态环境系统分析

基于数字地形分析的重庆市忠县区域生态环境系统分析

自然界的地理过程和环境生态过程是不同时空的个体异常变化的。对这种时空变异进行描述和体现,是认知地理规律、模拟生态过程,并有效进行环境管理的关键。在这方面,科研人员进行了大量的探索工作。以栅格作为区域生态环境系统安全评价的基本评价分析单元,具有评价结果空间分布的精准性,但其精准性的微观特性,又使得人们不便于从中观或宏观上去认知和把握其整体的分异规律,也不利于生态环境保护、生态环境建设等生态环境管理工作的实施。小流域是具有相对完整自然生态过程的区域单元。以小流域作为综合评价分析单元,在栅格基本评价分析单元的评价分析结果基础上,进行信息集成,可以克服上述栅格基本评价分析单元在应用中的不足之处。本文内容即运用GIS的基于数字地形分析功能,对重庆市忠县区域进行小流域分割,建立忠县区域生态环境系统安全评价的综合评价分析单元——小流域,并应用于忠县区域生态环境系统安全综合评价研究中。基于数字地形分析的忠县小流域分割步骤如下。一、建立流量网络的步骤1.模型grid建立选择研究区域标准地形图分幅的数字高程grid数据,经过投影转换、拼接、裁切、空白数据填补(分别在Arc/Info和ERDAS软件中实现),形成研究区域数字高程模型grid,见图1。2.grid模块大多数数字高程grid包含一些下陷点(sink)。为了进行水文模型分析,这些下陷点必须被填充起来。启动Arc/Info软件,进入相应的工作空间(workspace)后,再进入grid模块,使用Fill命令进行数字高程grid下陷点的填充。用法为GRID:Fillzxdem25zxdemfill(Fill<in-grid><out-grid>{sink|peak}{z-limit}{out-dir-grid})。3.f过滤函数的法水文表面分析工具主要是Flowdirection函数。这个函数生成一个水流方向的grid。其他的产品,如河流、盆地(小流域)、河流等级顺序都可以从流向grid中得到。确定水流方向的Flowdirection函数用法如下:GRID:zxflow-dir=flowdirection(zxdemfill)。(FLOWDIRECTION(<surface-grid>,{o-drop-grid},{NORMAL|FORCE})。4.f过滤函数的函数Flowaccumulation函数是用来为排水网络中的每个单元累加位于其上游单元的数量,大部分单元会有非常小的值,但也有一些格网单元由于落在干流中将会很快地累加出非常大的值。做河流积流(accumulatedflow)的一个非常重要的参数是选择临界值。临界值的作用是控制河流网络的详细程度。一般可以根据区域地形地貌特征、区域范围大小和制图比例尺大小等因素经过试验确定。本文经过试验比较,选取的临界值为500。做河流积流的Flowaccumulation函数用法如下:GRID:ZxAccumgrd=flowaccumulation(zxflow-dir)。FLOWACCUMULATION(<dir-grid>,{weight-grid})。GRID:Zxstreamgrd=setnull(ZxAccumgrd<500,zxflow-dir)。SETNULL(<condition>,{grid|scalar|number})。5.问卷法用streamorder函数为河流赋予级别号,河流分级(streamordering)是给河段赋值的一种方法,以此说明它们在整个分级系统中的位置,也可以从河流分级中推出该河流的大小。函数用法如下:GRID:zxstr-order=streamorder(Zxstreamgrd,zxflow-dir)。STREAMORDER(<net-grid>,<dir-grid>,{STRAHLER|SHREVE})。6.忠县区域的河流网络GRID:zxstr-vector=streamline(zxstr-order,zxflow-dir)。STREAMLINE(<net-grid>,<dir-grid>,{out-item},{weed})。经过计算和转换,形成的忠县区域的河流网络如图2所示。从图2中可以看出,除了长江主干河道附近由于地形坡降太小,而使得模拟的长江河道略有偏差外,其他区域模拟河道与实际河道拟合度很高(最大偏差50m左右),考虑到本项工作是为建立区域生态安全评价的分析单元所用,由此认为符合精度要求。二、流域建设建立流域的步骤如下。1.流域及其出口点的确定可以在ArcviewGIS3.2视图窗口中,显示出研究区域DEMGRID和河流网络的叠加视图,目视判读出各流域及其出口点的大致范围;在放大视图中确定各流域出口点的精确位置,建立这些河流出口点的Arc-view的Shape文件;转换这些河流出口点的Arcview的Shape文件为Arc/Info的Coverage文件,以备用。本文建立的最终文件名为zxhlckdian的Coverage。2./wsheds法根据流域出口点的位置,Watershed函数将准确划分出所需要的流域。即该流域由分析窗口内一个出水口(pourpoint)单元上游的所有的网格单元组成。函数用法为GRID:zxwsheds=watershed(zxflow-dir,selectpoint(Zxstreamgrd,zxhlckdian))。GRID:wsheds=watershed(flowdirection(elev),selectpoint(elev,*))。SELECTPOINT(<grid>,<point-cov>,{INSIDE|OUTSIDE})。注:此处的SELECT