雷花

摘 要 選取黑河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，以SRTM_DEM作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用ARCGIS的水文分析模塊，通過(guò)設(shè)置不同的閾值進(jìn)行流域水文特征的信息提取，結(jié)果生成了較為滿(mǎn)意的河網(wǎng)，證明基于DEM數(shù)據(jù)提取流域信息的方法是可行且可信的。

關(guān)鍵詞 黑河 SRTM_DEM ARCGIS 流域信息

中圖分類(lèi)號(hào)：P343；TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

中國(guó)是洪災(zāi)多發(fā)的國(guó)家之一，洪災(zāi)的發(fā)生對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)造成巨大的破壞，因此洪水預(yù)報(bào)就顯得尤為重要。常用的方法是利用暴雨信息產(chǎn)生匯流水文模型計(jì)算來(lái)預(yù)報(bào)洪水，而流域信息是進(jìn)行水文模擬的必要信息，提取流域信息也就是構(gòu)建現(xiàn)代分布式水文模型、進(jìn)行水文模擬以及其他相關(guān)研究的前提，由于流域信息種類(lèi)很多、數(shù)據(jù)量大，利用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)方法進(jìn)行流域信息自動(dòng)提取具有十分重要的意義。近年來(lái)，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用，以及精確詳細(xì)的DEM數(shù)據(jù)的方便獲取，從DEM數(shù)據(jù)中提取水系網(wǎng)絡(luò)和流域邊界兩大地貌特征備受關(guān)注，成為GIS應(yīng)用于水文及環(huán)境研究的重點(diǎn)，也是今年來(lái)水文模型的熱點(diǎn)。本文以黑河為研究區(qū)域，基于ARCGIS軟件的水文分析模塊（Hydrology），根據(jù)SRTM_DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行了黑河流域的河網(wǎng)提取并進(jìn)行了精度分析。

1 DEM流域水文特征提取原理與方法

基于DEM進(jìn)行流域提取的基本原理是根據(jù)地形特征計(jì)算每個(gè)柵格單元上水的流向，根據(jù)流向進(jìn)行匯流能力計(jì)算，通過(guò)匯流能力定義閾值，得到一定匯流能力下的河網(wǎng)、根據(jù)河網(wǎng)的交匯關(guān)系劃分河段，再根據(jù)流向劃分每個(gè)河段的集水區(qū)域，最后根據(jù)河段的河網(wǎng)關(guān)系合并集水區(qū)域構(gòu)成流域?；贒EM地表水文分析的主要內(nèi)容包括水流方向提取、匯流累積量計(jì)算、河流網(wǎng)絡(luò)提取等。

（1）洼地填充： DEM是比較光滑的地形表面模型，但是由于DEM誤差以及一些真實(shí)地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在著一些凹陷的區(qū)域。在進(jìn)行水流方向計(jì)算時(shí)，由于這些區(qū)域的存在，往往得不到合理的甚至錯(cuò)誤的水流方向。因此，在進(jìn)行水流方向的計(jì)算之前，應(yīng)該首先對(duì)原始DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行洼地填充，得到無(wú)洼地的DEM。

（2）水流方向的確定：水流方向是指水流離開(kāi)每一個(gè)柵格單元時(shí)的指向。在ARCGIS中，通過(guò)對(duì)中心柵格的8個(gè)鄰域柵格編碼，中心柵格的水流方向便可由其中的某一值來(lái)確定。水流的流向是通過(guò)計(jì)算中心格網(wǎng)與鄰域格網(wǎng)的最大距離權(quán)落差來(lái)確定。距離權(quán)落差是指中心柵格與鄰域柵格的高程差除以?xún)蓶鸥耖g的距離，柵格間的距離與方向有關(guān)，如果鄰域柵格對(duì)中心柵格的方向值為2、8、32、128，則柵格間的距離√2倍的柵格大小，否則距離為1。

（3）匯流累計(jì)量計(jì)算與河網(wǎng)的提?。涸诘乇韽搅髂M過(guò)程中，匯流累計(jì)量是基于水流方向數(shù)據(jù)計(jì)算得到的；河網(wǎng)的生成基于匯流累積量數(shù)據(jù)，根據(jù)不同級(jí)別的溝谷設(shè)定不同的閾值，但是不同區(qū)域相同級(jí)別的溝谷對(duì)應(yīng)的閾值也是不同的。

2研究區(qū)和STRM_DEM數(shù)據(jù)介紹

黑河流域是我國(guó)西北地區(qū)第二大內(nèi)陸流域，位于河西走廊中部，大致介于 98€？101€？0′E，38€？42€癗之間，為甘蒙西部最大的內(nèi)陸河流域。本文采用的是空間分辨率為90米的STRM_DEM為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，版本STRM3 V4.1。

3研究過(guò)程及結(jié)果

3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理

Hydrolog是基于Geo Database數(shù)據(jù)格式開(kāi)發(fā)的水文數(shù)據(jù)模型，本文基于該模型提取河網(wǎng)。在經(jīng)過(guò)一系列預(yù)處理得到黑河流域的DEM影像數(shù)據(jù)后，進(jìn)行河網(wǎng)信息提取，具體如圖1所示。

3.2水文信息提取

分別提取了匯流累積量大于2000、5000、10000的矢量河網(wǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖2所示。根據(jù)生成的水流方向，流域出口點(diǎn)等數(shù)據(jù)計(jì)算生成集水流域面積，并提出集水流域面積大于2000柵格和5000柵格的集水區(qū)域，

4結(jié)果分析

將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下：

（1）通過(guò)對(duì)比提取得到河網(wǎng)，很容易發(fā)現(xiàn)，匯流量的閾值設(shè)定的越小，提取的河網(wǎng)分叉越多，河流長(zhǎng)度越長(zhǎng)。

（2）對(duì)比提取出來(lái)的集水區(qū)域，很容易發(fā)現(xiàn)，集水區(qū)多集中在下面，符合黑河流域現(xiàn)實(shí)情況。

（3）我們?cè)谔崛〉暮泳W(wǎng)中可以明顯發(fā)現(xiàn)，在黑河的東邊有很多細(xì)小的支流，符合實(shí)際。

（4）黑河的北部鄰接蒙古，但是由于地形和人為活動(dòng)的影響，這個(gè)地方提取出些許的河網(wǎng)，所以應(yīng)按照實(shí)際情況予以剔除。

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)DEM對(duì)于河網(wǎng)的提取雖然有一定的誤差，但是DEM填充地形洼地的流域提取方法很好地解決了河網(wǎng)的提取問(wèn)題。通過(guò)設(shè)定不同的閾值，提取河網(wǎng)，集水區(qū)域，結(jié)果都還比較好。

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