基于DEM的黄土小流域人工地貌景观特征及时空变异研究

Digital terrain analysis was using in the field of spatial pattern and revolution of loess landform and has lots of progress. However, it has not been used for digital description and analysis of artificial landform. The systematic theory for this problem has not been established. With the theory and methodology of landscape ecology and digital terrain analysis, this study focuses on the Jiuyuangou watershed as study area where the water soil conservation project has changed the natural landform typically, and investigates the digital description method, characteristics and spatial and temporal pattern of the artificial landform in a small loess watershed using DEM, DOM，Remote Sensing images with high resolution and Lidar data. Firstly, this study will construct the classification system of artificial landform of a small loess watershed. Secondly, this study will study the digital description method and the indexes and its quantitatively express of the characteristic of artificial landform. Finally, through the comparison analysis on the DEM data of different periods, the morphology, structure, distribution and pattern will be analyzed to discover the characteristics of the spatial and temporal evolution of artificial landform. This study will enrich the research content and methodology of digital terrain analysis, and will supply an available reference for water and soil conservation, ecological restoration and regional sustainable development of the Loess Plateau.

目前，数字地形分析的方法虽然在定量描述黄土地貌的形态特征及空间分布与演变规律方面取得了大量成果，却尚未涉及人工地貌景观的数字化描述与分析方法，更远未形成相关规律性、系统性认识。本研究以水土保持工程措施改变自然地貌形态最为典型的陕北韭园沟小流域为样区，结合景观生态学与数字地形分析等理论与方法，以高分辨率DEM、DOM、遥感影像以及雷达数据为主要信息源，对黄土小流域人工地貌的数字化描述方法、景观特征与时空变异进行系统研究。首先，通过研究人工地貌景观的基本地学内涵、表现形式与形态特征，建立黄土小流域人工地貌景观的科学分类系统；其次，研究人工地貌景观数字化描述方法与定量表达指标体系；最后，通过分析不同时期DEM的复合对比，研究黄土小流域人工地貌景观在形态、结构、分布与格局上的时空演变特征。该研究可望丰富数字地形分析的研究内容与方法体系，为黄土高原的水土保持、生态修复、区域可持续发展规划等提供参考。

数字地形分析的方法虽然在定量描述黄土地貌的形态特征及空间分布与演变规律方面取得了大量成果，却尚未涉及人工地貌景观的数字化描述与分析方法，更远未形成相关规律性、系统性认识。本项目的主要成果如下：（1）对人工地貌景观的概念进行了界定，分析了黄土小流域人工地貌景观的形成因素，建立了黄土小流域人工地貌景观的分类系统。（2）通过多分辨率DEM和遥感影像数据，对梯田这一黄土小流域典型人工地貌景观的自动提取方法进行研究，提出了基于DEM光照晕渲模拟的梯田提取方法、基于面向对象影像分析的梯田提取方法和基于傅里叶变换的梯田提取方法。（3）结合数字地形分析和景观分析，从田坎、梯田田块和小流域三个尺度，从地形特征、地形分布特征、地貌景观格局特征、土地景观格局特征四个方面，提出了梯田这一黄土小流域典型人工地貌景观空间特征的指标体系及量化方法。（4）通过梯田对黄土小流域坡度坡长因子（LS因子）的影响分析，对人工地貌作用的定量研究进行初步探讨。基于以上研究，本项目从地貌景观的分类系统、自动提取、特征量化及格局分析等方面探索了基于DEM和遥感影像的黄土小流域人工地貌景观的研究方法。研究表明，结合数字地形分析方法和景观分析方法，可以更加全面、系统的认识黄土高原小流域人工地貌的形态与格局，为理解人为地貌作用及其影响提供途径，研究成果可望为黄土高原的水土保持、生态修复、区域可持续发展规划等提供参考。