山西省位于黄土高原东部，东部有太行山、西部 吕梁山纵贯南北，中部为一系列断陷盆地，属温带大 陆性气候区，以半干旱气候为主，年降水量360~621 mm，并由盆地向高山递减^[1]。受特殊自然环境影响，山 西农业发展一方面主要区域为中部盆地，另一方面存 在水源性短缺困境。地处晋中盆地东侧的太谷县，是 山西典型的农业强县，以红枣、设施蔬菜、水果、苗木 花卉和规模养殖五大特色产业^[2]闻名全国，被农业部 和国家林业局授予“全国现代农业示范区”和“中国枣 乡”；同时，2011 年全县人均水资源占有量320 m³、平 均水资源量2 550 m³·hm^-2，均低于全省人均水平388 m³和平均水平2 700 m³·hm^-2，属于山西省水资源严重 紧缺县^[3]。农业强县和水资源紧缺的双重现状，使得太 谷县水资源合理利用在全省内尤其重要。本论文以DEM 为基础数据开展太谷水资源地域划分研究^{[4, 5]}，一方 面为全县农业水资源利用提供水资源地域分布信息， 另一方面也为全省乃至国内同类研究提供借鉴。 1 研究资料与方法 1.1 研究资料

本论文研究资料包括山西省DEM 影像和太谷县 行政区域图片。

DEM 影像由中科院国际科学数据服务平台下 载，该DEM 是平台下中国90 m分辨率数字高程数据 产品，列号59、行号5，其范围包括除大同市以外的山 西大部分地区。

太谷县行政区域图片由太谷县人民政府网下载。 1.2 方法

本论文使用ArcGIS9.3 软件，运用D8 典型算法， 逐级分析太谷县DEM 影像数据，得出太谷地表水流 域划分结果。 2 结果与分析 2.1 太谷地表水流域划分 2.1.1 提取太谷DEM

采用太谷经纬度坐标定位太谷县行政区域图，打 开Extract By Mask工具，输入山西DEM 影像和已定 位的太谷行政区栅格图，执行Extract 命令得到太谷 DEM，见图 1。

图 1 太谷县DEM

图选项

太谷DEM 边缘栅格单元设定为外流向，根据D8 算法规则^[6]运用Flow Direction 工具计算其水流流向， 结果见图 2。

图 2 太谷县地域水流流向

图选项

D8 确定流向数值包括1（东）、2（东南）、4（南）、8 （西南）、16（西）、32（西北）、64（北）、128（东北）。统计 流向属性表确定值字段VALUE，对应COUNT 约占 99.19%，存在不确定流向数值，说明太谷DEM 存在 洼地，应填洼。

打开Fill 工具，输入太谷DEM，阈值不设置，即 洼地全部填平，填洼后DEM效果同图 1。 2.1.3 地域汇流累积量

基于无洼地DEM，使用Flow Direction 工具计算 太谷地域水流流向，结果见图 3。

图 3 太谷县无洼地水流流向

图选项

得到太谷无洼地水流流向栅格数据后，打开 Flow Accumulation 工具，输出数据类型采用Integer， 计算太谷地域汇流累积量，结果见图 4。

图 4 太谷县地域汇流累积量

图选项

以汇流累积量为基础数据，使用Single Output Map Algebra 工具提取太谷河网^{[7, 8]}，分析太谷地形地 貌、土壤、气候特征，设定汇流累积量阈值大于1 700， 对应属性VALUE 约占96.49%，得到太谷河网分布 图，见图 5。

图 5 太谷县河网

图选项

基于太谷河网和无洼地水流流向图，使用Stream Link 工具分析河网出水口，结果见图 6河网段节点。

图 6 太谷县河网节点

图选项

同样基于太谷河网和无洼地水流流向图，使用 Stream Order 工具^[9]，采用Shreve 方法，分析各河网段级别，结果见图 7。

图 7 太谷县河网级别

图选项

太谷河网提取与特征分析，为流域分割奠定了基 础。为此，打开Basin 工具，输入太谷无洼地水流流向 图，计算流域盆地，结果见图 8。

图 8 太谷县流域盆地

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在流域盆地大区域分割基础上，需进一步详细分 割小流域区域。打开Watershed 工具，输入太谷河网 节点和无洼地水流流向图，计算集水区域，结果见图9。

图 9 太谷县集水区域

图选项

对于通过DEM 分析太谷县地域水流流向，运用 了D8 算法规则，判断得知太谷县DEM 原始数据存在不确定流向数值，即“洼地”现象，DEM 填洼后保证 了原始数据使用的准确性，再次计算可知所有水流流 向确定。基于准确的无洼地水流流向结果，计算得出 太谷县地域汇流累积量，为河网计算与分析奠定基 础。DEM 填洼前后高程值VALUE 无变化，对应的 COUNT值发生增减。 2.2.2 河网分析

太谷县地域河网提取以汇流累积量为基础，分析 其地形地貌、土壤、气候特征，阈值按累积量属性表 VALUE 所占比例确定。

设定北纬37°19′21″、东经112°31′08″至北纬37° 30′10″、东经112°50′27″为界线1，北纬37°21′25″、东 经112°29′55″至北纬37°30′39″、东经112°40′28″为界 线2。界线1 向东向南的太谷县地表形态依次为黄土 丘陵、砂页岩低山和砂页岩中山，界线2 以西以北地 表形态为黄土质平原，界线1和界线2 之间地表形态 为黄土台地与黄土质平原相间分布。以DEM 底图设 定研究界线1和界线2，分布位置见图 10。

图 10 太谷县界线1和界线2 分布方位

图选项

太谷县特殊的地形地貌、土壤，加之大陆性半干 旱气候，综合分析确定河网汇流累积量阈值比例应大 于95%，对应VALUE值1 700是太谷河网形成的可能 最小值，大于1 700所有VALUE 值比例达96.49%。

结合河网出水口及级别的分析结果，可以准确判 断太谷县境可形成较为明显的两大地表水流域，即图 7 所示的8级和5级河流域。 2.2.3 集水区域分析

太谷县河网由东南向西北方向延伸，级别逐级提 高，以8级和5级河流域为两大最发达河流。集水区 域以流域盆地为分区基础，按照河网节点调整并详细 划分集水区域类别，形成图 9 所示的29类集水区。 2.3 太谷农业水环境地域划分

通过地表水流域划分结果及分析，得出太谷29 类集水区，结合太谷县农业强县和水资源严重短缺的 现状^[10]，合理划分农业水环境地域类别，将为农业高 效合理利用水资源提供重要依据^{[11, 12]}。

分析太谷地形地貌和土壤的区域分布特征，即以 界线1和界线2 呈西南东北条形分布，在图 9 集水区 域类别划分基础上，结合图 7河网级别合并类别相近 集水区，得出太谷全县农业水环境地域类别划分结 果，见图 11。

图 11 太谷县农业水环境类别

图选项

图 11 所示太谷农业水环境地域类别分为7 类， 1~7 分别为高集水区、较高集水区、一般集水区、较低 集水区、低集水区、空集水区、非集水区。

对比图 11 和图 9，太谷集水区未涉及图 11 中的7 类区，是河网计算导致，河网分析作了说明，但为了 太谷全县农业水环境类别研究的完整性，农业水环境 地域类别划分增加此区，最终7 类区单独列出。 3 讨论

太谷县是农业强县，水资源是农业发展命脉，结 合农业水环境地域类别划分结果，探讨太谷特色农业 地域布局，可为应对太谷水资源严重短缺瓶颈、发挥 五大特色农业效益提供一定依据。

按五大特色农业需水性要求，1、2 类集水区主导 水果、苗木花卉和设施蔬菜，3、4 类集水区主导红枣， 5 类集水区可适当发展红枣，6、7 类集水区不宜布置 特色农业，规模养殖宜在2、3类区适当发展。

在各类集水区五大特色农业布局基础上，参照图 6 所示太谷河网及出水口，各集水区内特色农业一方 面沿河网呈线形向两边扩展，另一方面以河网出水口 为中心呈圆形向周围辐射，综合两个布局优势，能为 五大特色农业长足发展提供更有力保障。

探讨太谷县五大特色农业水环境产业布局，主要 以DEM 为基础数据进行计算，并结合地形地貌、土壤 分析。但农业产业布局并非只依据水环境类别，其他 诸多因素也是布局的重要因素^[13]，如植被、降水、地下 水资源等现状因子，本研究突出特点在运用新方法和 思路为优化太谷农业发展布局提供新的有价值参考 信息，从而更好地为太谷农业合理发展服务。 4 结论

本论文采用D8 典型算法，计算了太谷县DEM 水流流向和汇流累积量，并提取河网和分析其特征， 得出太谷县地表水流域划分结果，太谷县包括29 类 集水区，又结合流域特征参数，进一步划分出太谷农 业水环境类别区。在农业水环境类别区划分基础上， 从太谷农业发展面临的现状探讨了五大特色农业产 业布局，为太谷农业发展布局提供了有价值的信息。