澜沧江流域地理信息处理与地貌形态特征分析，本文主要内容关键词为：澜沧江论文,地貌论文,流域论文,地理信息论文,形态论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
0 引言
地理信息是开展区域生态环境与资源研究的重要基础，对区域空间地理信息进行数量化处理与分析是深化相关区域资源环境研究的重要基础内容。作为区域地理信息的重要组成要素，地貌通过海拔、坡度、坡向、相对高度、山体走向等特征组合构成形态与分布多样的地表景观，并对区域生态环境与资源的地域优势种类分布、利用方式和利用程度等具有主导作用[1]。回顾地貌学研究发展，自20世纪50年代以来，由于认识到定性描述存在的不足，而定量地貌形态分析可通过提取各种有用地形基本要素与地貌特征形态参数直接为有关部门进行区域综合开发利用规划，以及为更高层次的区域综合研究提供实用基础信息，具有全面、系统地定量研究地表形态的作用，因此，地貌学逐渐从以往的定性描述转入数理定量分析研究阶段[2]。但按传统研究方法，由于地貌数据庞大、计算繁琐使定量地貌研究发展缓慢，而今随着计算机与空间技术的迅猛发展，特别是具有强大的空间数据获取与管理、分析、计算等功能的3S技术的应用，为地貌定量研究提供了有力的技术支持[3—4]。
就流域地理单元而言，地貌特征影响着流域生态环境格局及水资源的形成、分布及总量等方面[3；5]。因此，综合3S技术应用， 就澜沧江流域地貌特征开展相关定量分析，认识流域水资源系统及其生态环境状况，对于探讨澜沧江流域跨境水资源的分配研究是十分必要的。
1 研究区概况及资料处理
依据对有关研究资料的整理，中国境内的澜沧江流域面积为167487km[2]，河长2161km[6]。澜沧江上、中、下游段的划分是以昌都以上地区为上游段，昌都—旧州地区为中游段，旧州以下至流出国境处地区为下游段[7]。澜沧江在杂多县以上的地区为河源区，上游段有东西两支，东支为扎曲，西支为昂曲，两支流在西藏的昌都附近相汇。中游段河长约790km，河流深切高原岩体，两岸高山对峙，河谷幽深，形成相对高差达1000～2000m的“V”型峡谷，其自然地理景观垂直变化十分明显，河谷温干少雨，为河谷旱生硬叶灌丛景观，山腰温凉湿润，有冷、云杉林分布，该流域段呈狭长形，两岸支流一般短小，水网不甚发育。下游段河长约700km，该段位置偏南，地势低下，年降水量充沛，植物生长繁茂，形成亚热带季风林景观[8—10]。澜沧江云南省境内按地貌特征可分为3段：（1）功果桥以上，河流两侧为起伏巨大的高山区，主河谷深切，横断山脉中的他念他翁山、云岭和怒山南北纵向并列，为典型的南北走向V 形河谷。该地区的分水岭的间距仅在30～40km之间；（2）功果桥至景云桥，进入中山宽谷区，为青藏高原向云贵高原的过渡带，地形破碎，河流下切强烈，虽然山势较上段略低，但主河谷仍是明显的V形峡谷；（3）景云桥至南阿河口（澜沧江于此出国境，改称湄公河），山势渐低，河谷由南北向转向东南。该河段河谷水道有宽狭相间的变化，主要呈现为中低山宽峡谷的特征，其中景洪市就位于相对宽阔的槽型谷段[9—12]。
为开展本研究，收集到澜沧江流域比例尺为1∶25万的全要素电子地图，数据格式为ARC／INFO矢量格式；研究区20世纪90年代末期的TM遥感数据，空间分辨率为30m的，格式为IMG。对收集到的各种数据进行坐标匹配与格式统一处理是开展相关地貌特征研究的基础，在本研究中，利用GIS工具，通过坐标匹配数据处理，将各种数据统一为等面积割圆锥投影，采用全国统一的中央经线和双标准纬线，即中央经线为东经105°，双标准纬线分别为北纬25°和北纬47°，参考椭球体采用Krasovsky椭球体。全部空间栅格数据均通过利用Erdas遥感图像处理统一到IMG格式，数据统计与整理分析采用基于Execel数据处理，综合GIS 与图像处理系统属性管理模块共同完成。
2 地貌分析专题图处理
利用GIS空间数据管理与分析工具对收集到的流域地面高程数据进行处理，分别采用数字高程模型、地形要素模型、形态参数模型等，得出研究区高程专题图、坡度专题图、坡向专题图、以及综合遥感数据的地表形态专题图等。
2.1 数字高程模型（DEM）
数字高程模型（DEM ）作为以栅格数据格式记录表达地表空间位置和高程的有序集合，是进行地貌形态、结构等信息提取与特征分析的基础信息。坡度、坡向等因子均可以直接或间接从DEM中导出。为进行地貌特征分析，基于研究区1∶25万比例尺地形数据处理获得澜沧江流域数字高程模型（DEM）数据，建立流域100m空间分辨率的DEM，得到流域高程专题图（图1）。
图1 研究区DEM
Fig.1 The demo of lancing basin Dem
2.2 海拔高度分层专题图
海拔即高程，指地面任一点距大地水准面的垂直距离。通过对研究区DEM高程数量进行等级分层，将高程按照需要分为相应的分级类型，并利用Excel进行有关高程类别及像元对应面积数量的统计分析。
2.3 坡度专题图
坡度指水平面与局部地表之间夹角或其正切值，是局部地表高度变化的比率指标，可量化表达地表面在该点的倾斜程度。坡度是重要的地形因子之一，坡度的大小直接影响流域地表的物质流和能量再分配，影响流域土壤发育、植被分布，制约着流域生态环境格局与土地资源开发利用可能的方式与类型。研究区坡度状况对于阐明流域地貌成因、山坡稳定性和地貌发育过程具有重要的意义。澜沧江流域的坡度专题图是基于数字高程模型，利用GIS空间处理工具直接处理获得， 坡度分级则结合流域实际状况与研究需要设计算法处理得到。
2.4 坡向专题图
坡向指局部地表坡面在水平面上投影与正北方向的夹角。坡向也是地理景观的重要因子之一，它影响流域地面光热资源的分配，决定地表径流流向。澜沧江流域的坡向专题图，同样是利用数字高程模型，直接运用GIS空间处理工具获得，基此再进行坡向分级处理，获得需要的专题图。
2.5 研究区地形起伏度
地形起伏度表示地表单元地势起伏的复杂程度，可由地表实际面积与投影面积之比表示，也可由相对高差的变化表示，在宏观的区域内反映地面的起伏特征，对水土流失、洪涝灾害、农业灌溉和军事机械化作战有重要意义。澜沧江流域地形起伏度专题图提取是通过对栅格DEM进行邻域分析， 求得最大值与最小值差值获得地形起伏度专题图（图2）。
图2 研究区起伏图
Fig.2 The demo of lancing basin Bypsography
2.6 流域地表形态专题图
为了对流域地表形态结构及其覆盖获得直观认识，基于DEM，结合遥感对地观测获得的流域地表覆盖影像，建立制作地形阴影图是必要的。在Erdas软件中，基于投影变换处理，获得澜沧江流域具有相同地图投影和坐标系统的数字高程模型DEM和遥感图像，利用Shaded Relief模块，可以获得流域的阴影地貌图（图3）。
图3 研究区地表形态图
Fig.3 The dem of lancing basin shaded relief with TM image
3 流域地貌形态特征数量分析
3.1 地貌高度统计与分析
对澜沧江流域处理得到的像元大小为100m的DEM，基于不同高程进行像元所对应面积的统计，将数量结果绘制成直方图4。统计结果表明，澜沧江流域高差起伏大，高程分布范围在600m～6000m之间，不同高程所对应的分布面积不同。结合直方图进行分析可得到，在总体上，不同高程对应的面积分布状况呈现两个峰值。在3500m～6000m高度范围之间，面积分布最大值（4243km[2]）出现在4700m海拔高度附近，在500m～3500m高度范围之间，面积分布峰值（3148km[2]）出现在1300m海拔高度附近。
图4 不同高程的面积分布直方图
Fig.4 The histogram of area distribution in different altitude
根据中国山地和丘陵的等级划分系统，对澜沧江流域的海拔高度专题图进行分级处理。按地表海拔高度进行地貌特征数量统计，得出结果如表1，不同地貌分布结构如图5所示意。
图5 不同地貌的分布结构示意
Fig.5 The area composing chart of the different physiognomic types
表1 高程与地貌类型统计资料
Tab.1 The statistic result of the different altitude
海拔/m 面积/m[2]比例/%地貌类型
5000 87185.24 极高山
3500～5000 72667 43.69
高山
1000～3500 75757 45.55
中山
500～1000
9183
5.52
低山
汇总 166326
分析澜沧江不同地貌类型数量结构可得出，澜沧江流域均为山地地貌，主体为高山和中山地貌，极高山与低山地貌所占比例不大。结合高程空间分布图，地貌的空间分布状况特点表现为：极高山与高山主要集中分布于上游地区，中山分布于中下游地区，低山分布比较零散，主要分布于下游，零星分布于澜沧江河谷地区。
3.2 地貌坡度统计与分析
利用对澜沧江流域处理得到像元大小为100m的坡度图像，基于像元统计得到不同坡度的面积分布，绘制直方图6。分析直方图与统计结果得出，澜沧江流域坡度分布幅度大，从0到87坡度均有分布，但坡度分布面积相对集中在0～43度之间，大于43度的坡地仅零星分布。
图6 不同坡度的面积分布直方图
Fig.6 The histogram of area distribution in different slope
另外，依据云南省地貌坡度的五级分类指标体系，对澜沧江地理信息空间处理获得的澜沧江流域的坡度图进行像元统计，并转化为面积单位，整理得到澜沧江地貌坡度统计结果如表2。参照对澜沧江流域实际土地资源的调查结果，对比表中数量结构进行分析可得出，该数量结构在平坡及缓坡的比例结构与澜沧江实际状况有较大差异。分析导致该结果的原因，在于本研究所采用的DEM数据来源于1∶25万地形数据，而该比例尺精度对应的地形等高线的等高距为100m，由于澜沧江流域地势起伏巨大，因此该比例尺精度的地形数据存在对流域地貌高低起伏较大程度的综合取舍，导致坡度的定量提取及统计结果存在与实际状况的较大误差，不符合客观实际状况。因此可得出，由该1∶25万地形精度数据处理得出的坡度结果，仅限于在较宏观空间尺度上整体认识流域地貌空间格局特征有一定参考意义，而其坡度数量统计结果因对地貌起伏的大幅度综合取舍，已失去符合客观实际的生产指导意义。
图7 不同坡向的面积分布直方图
Fig.7 The histogram of area distribution in different aspect
表2 坡度统计资料
Tab.2 The statistic result of the different slope
坡度/°面积/m[2] 比例/%
0 21968 13.21
1～829842 17.94
9～15
37097 22.30
16～25 48536 29.18
26～35 20533 12.35
35～90
8350
5.02
汇总
166326100.00
3.3 地貌坡向分析
坡向取决于流域本身的地貌大地构造特征，对澜沧江流域处理得到的像元大小为100m的坡向图象，按像元进行不同坡向的面积分布统计，绘制得到直方图7。 结合直方图的统计特性进行分析表明，在0～360度的方位角内，澜沧江流域各坡向的面积分布均值在267km[2]附近，标准偏离差为336km[2]。
为结合坡向进行流域光热分配状况分析，对不同坡向进行分级处理得统计整理表3。分析表中澜沧江流域不同坡向数量结构，绘制不同坡向的面积分布结构示意图8可看出，澜沧江平坡地稀少，其它各方向的坡度分布相对均衡，因此，流域各方位的地面光热资源与地表径流分配也随之呈现相对均衡状态。
表3 坡向统计资料
Tab.3 The statistic result of the different aspect
序号 方位角/°比例/% 坡向描述 面积/m[2]
1 337.5～22.5 10.64 北 17690
2 22.5～67.5 12.33东北 20506
3 67.5～112.512.28 东 20418
4 112.5～157.510.95东南 18210
5 157.5～202.511.25 南 18705
6 202.5～247.512.46西南 20732
7 247.5～292.511.98 西 19931
8 292.5～337.510.59西北 17618
9
0 7.52平地 12516
汇总 166326
图8 不同坡向的面积分布结构示意
Fig.8 The area composing chart of the different aspect types
4 结语
流域地貌形态定量分析是流域资源环境综合开发研究的基础。通过本研究，获得了对澜沧江流域有关坡度、坡向等地貌特征的定位、定量分析与整体认识，为澜沧江流域资源环境提供了坚实的信息支持平台。基于本研究还认识到，随着3S空间信息处理技术的快速发展并趋向成熟，基于DEM进行流域地貌地理信息处理，开展流域地貌特征相关定量分析已具有完善、可靠的技术支撑，但在具体到流域数据处理与分析研究中，对所用于研究的有关基础地理数据的空间精度及其潜在误差传递需要有客观的认识。特别是在地貌起伏剧烈的云南山区峡谷流域，由于不同空间地理数据在有关地形数据等高距、比例尺精度、像元大小等方面潜在着制图综合取舍与空间信息损失，因此有可能导致一些特征数据处理结果与实际状况存在较大偏差，甚至失去实际应用意义。因此，结合实际调查状况，对相应地貌特征处理结果进行客观分析是十分必要的。今后，随着对云南省国际河流流域环境资源研究的不断深化，利用更高空间分辨率精度的基础地理信息，建立多尺度的地理信息体系，对流域有关生态环境与资源的综合开发利用与管理将具有重要的现实指导意义。