摘 要 利用DEM自動提取流域特征是近年來研究流域分析的熱點，DEM空間分辨率的改變對流域特征提取有重要影響，運用ArcGIS10.2軟件對10 m×10 m的DEM柵格資料進行處理，得出110 m、210 m……910 m九組分辨率的DEM數(shù)據(jù)，分析不同空間分辨率DEM的流域特征變化，對比取樣后與未取樣的DEM數(shù)據(jù)之間的變化，進一步驗證不同空間分辨率DEM對流域特征變化的影響。

關鍵詞 空間分辨率；流域特征；DEM；平均取樣；云南省元謀縣

中圖分類號：P333； S126 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.22.008

知網出版網址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.s.20160904.0027.007.html 網絡出版時間：2016-9-4 0：27：00

隨著現(xiàn)代化科學技術的不斷發(fā)展，尤其是計算機技術以及GIS應用的逐漸廣泛，DEM（數(shù)字高程模型）成為近年來流域水系分析、地形特征提取等數(shù)字地形分析領域的熱點[1]，DEM作為地形地貌數(shù)字化表達方式，具有多形式的顯示方式與不易損失精度等優(yōu)點，使其逐漸取代了傳統(tǒng)的存儲介質[2]。一般來說，DEM的數(shù)據(jù)類型有柵格型、不規(guī)則三角網（TIN）和矢量型（等高線）3種，其中柵格型DEM數(shù)據(jù)結構較為簡單，在數(shù)字地形分析方面采用較多[3]。如郭超穎等[4]基于DEM對馬蓮河流域數(shù)字地形分析，提取流域的基本地形特征以及流域水系、劃分小流域等。

DEM 對于提取地形特征與流域特征具有諸多優(yōu)點，因此利用DEM提取流域特征是建立分布式水文模型的基礎[5]，水文模擬研究和基于空間技術地形特征提取大多是在DEM的基礎上進行的[6]。DEM包含的信息會隨著分辨率的變化而變化，空間分辨率作為DEM的重要影響因素，是近年來學者們重點研究對象。根據(jù)郝振純等[7]研究得出，DEM空間分辨率的不同，包含的信息量也相應不同；吳險峰等則在大、中型流域內分析了DEM分辨率對流域特征的影響，DEM的分辨率對提取河網的精確性有較大影響，網格的增大增加了平地流向的隨意性，網格單元越小，提取結果越精確；根據(jù)孫龍等[8]研究以岷江上游為例，基于SWAT模型得出，不同空間分辨率DEM的平均高程變化基本不變，但隨著空間分辨率降低，高程范圍逐漸縮?。桓鶕?jù)陳楠等[9]對不同空間分辨率DEM對坡度不確定性研究，空間分辨率的變化會造成 DEM 提取坡度的不確定性變化。

以往學者對于流域特征研究主要集中在小、中型流域[2，10]，其運用的DEM數(shù)據(jù)的分辨率較低，因此對于高精度的較大型流域的流域特征提取較少。隨著DEM數(shù)據(jù)的分辨率的不斷提高，其所包括的信息量也不斷增加，對于計算機的容量以及速度要求也較高，雖然DEM數(shù)據(jù)分辨率精度的提高對流域特征信息的涵括較多，但盡可能采取高分辨率的DEM數(shù)據(jù)也較為不現(xiàn)實[11]。本文運用的是10 m×10 m的DEM數(shù)據(jù)，對于不同空間分辨率的流域特征的變化具有較為實際的意義。由于各個流域對于DEM數(shù)據(jù)的分辨率要求不同，本文通過對DEM進行重取樣，探討取樣后與原始數(shù)據(jù)下，不同空間分辨率的流域特征參數(shù)的變化，通過對比取樣前與取樣后的流域特征參數(shù)變化，更加精確地得出流域中不同空間分辨率DEM的流域特征變化。

1研究區(qū)概況

云南省元謀縣，介于101°35′～102°25′E、25° 25′～26°07′N，流域面積約2021.47 km2，海拔899～2835 m，地勢周圍高中間低，四周為山地，中部為元謀盆地，金沙江一級龍川江由南向北縱貫盆地；東部山地高出盆地1200～1400 m，由山頂至盆地間呈梯狀下降；西部多山岡和丘陵，山頂海拔1300～1500 m；南部山地海拔1400～2600 m；北部山地海拔1800 m以上。區(qū)內熱量豐富，降水少且季節(jié)分配不均，蒸發(fā)量大，氣候干熱。

2數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)的獲取與預處理

本文以元謀縣1∶5萬地形圖等高線數(shù)據(jù)為信息源，通過 PCI Geomatica 9.0遙感軟件的OrthoEngine模塊內插生成10 m×10 m的DEM數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)來自國家基礎地理信息中心下載1∶400萬的矢量邊界圖，在ArcGIS10.2中用已經定義投影的矢量邊界裁剪內插數(shù)據(jù)，得出元謀縣縣域內的DEM數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

基于元謀縣DEM數(shù)據(jù)，采用平均取樣方法。在ArcGIS10.2中，運用鄰域分析對DEM數(shù)據(jù)進行平均取樣，采樣窗口依次為3×3， 5×5， 7×7……19×19。然后通過重采樣工具分別對不同窗口進行重采樣，生成150 m、250 m、350 m……950 m等9組分辨率的DEM數(shù)據(jù)。依據(jù)得出的9組數(shù)據(jù)，利用ArcGIS10.2軟件的水文分析工具提取該縣的流域特征參數(shù)，包括高程、流域面積、坡度、河網長度、河網密度。最后對比分析得出在同一取樣方法下，不同分辨率的DEM數(shù)據(jù)的流域特征參數(shù)的值的變化。同樣地，用3×3， 5×5， 7×7……19×19的等9組柵格數(shù)據(jù)，提取未取樣下的流域特征參數(shù)值，通過對比分析，得出不同空間分辨率下流域特征值的變化。

3結果與分析

3.1高程

計算出平均取樣與未取樣的不同分辨率下的高程最大值、最小值（見表1）。由表1可知，平均取樣下與未取樣下的高程值變化趨勢較為平穩(wěn)，最大高程在空間分辨率為410 m、710 m時，平均取樣最大高程值大于非取樣高程值；而最小高程在分辨率在510 m、610 m、710 m時，平均取樣最小高程值小于非取樣最小高程值。從總體上看，不同空間分辨率下的平均取樣高程值與未取樣高程值基本上較為接近。

3.2坡度

根據(jù)表2可知，平均取樣的坡度最值基本等于未取樣的坡度最值，隨著空間分辨率的增大，坡度最高值呈勻速下降趨勢，起伏較小；而坡度最小值基本接近于0，并且隨著空間分辨率的增大逐漸增加，因此坡度的最值差距隨著分辨率的變大而逐漸縮小。

3.3河網長度

河網長度是研究流域特征的重要參數(shù)之一，是指河道干支流的總長度[12]。通過水文分析提取不同空間分辨率下的河網長度（見表3），河網長度基本隨著分辨率的增大而減小，分辨率小于410 m時，河網長度急劇下降，大于410 m時，河網長度漸趨平緩，并且110 m分辨率下的河網長度與910 m下的河網長度相距較大?？梢?，平均取樣河網長度與非取樣河網長度基本一致，分析原因在于由于平均取樣下坡度與非取樣下坡度基本一致，坡度的一致使匯流速度一致，因此得出的河網長度基本一致。

3.4流域面積

流域面積是流域的基本特征，其不僅決定流域內的河流流量，同時也直接影響著徑流的過程，流域面積包括干流與各支流的流域面積。表4為提取不同分辨率下的流域面積的變化情況。由表4可見，平均取樣流域面積隨著空間分辨率的增大而增大，但變化幅度不大，基本在2050 km左右；而非取樣流域面積相反，其流域面積值隨著空間分辨率的增大而減小，均值在2030 km左右。從整體上看，平均取樣流域面積大于非取樣流域面積，并隨著分辨率的增大而差距加大，當分辨率≥810 m時，兩者的差距趨于穩(wěn)定。

3.5河網密度

河網密度等于干支流的總長度和流域面積之比[13]，即表示河流某斷面以上流域內單位面積上的河流長度，可以描述水系發(fā)育和河流的疏密程度。表5為平均取樣與非取樣下不同空間分辨率的河網密度值，根據(jù)數(shù)據(jù)可以得出，不同取樣下的河網密度隨著空間分辨率的增加而減小，并且兩者的差距很小。由于河網密度值為河網長度與流域面積的比值，根據(jù)上文可知，平均取樣與非取樣下的河網長度值十分相近，而流域面積值隨著分辨率的改變而變化較小，河網密度基本跟隨這河網長度的趨勢改變。

4結論與討論

通過對云南省元謀縣流域特征參數(shù)值進行對比分析，得出以下結論。

（1）不同空間分辨率下的DEM所包含的流域信息量不同。隨著空間分辨率的增大，其流域的坡度、高程、河網長度、流域面積值會逐漸減小。根據(jù)9組不同空間分辨率DEM數(shù)據(jù)，以100 m為差距，各組之間得出的值差距不同，對于高程、流域面積而言，不同空間分辨率得出的結果差距較小，并且變化趨勢較為平穩(wěn)；而坡度、河網長度以及河網密度，不同空間分辨率得出的結果差距較大，其中坡度最值呈勻速遞減。

（2）取樣方法運用下與未取樣下的流域特征參數(shù)值也不同。通過對比，平均取樣下坡度、河網長度、河網密度值都較為接近未取樣下的值；而平均取樣高程最值與未取樣高程最值基本較為相近，平均取樣流域面積與未取樣流域面積值差距較大，平均取樣下流域面積值隨著空間分辨率的增大而增大，未取樣流域面積隨著空間分辨率的增大而減小。

空間分辨率的變化會對空間參數(shù)的特性產生影響，隨著分辨率的變化，包含的信息量也相應不同，隨著空間分辨率的變大，流域地形漸趨平坦化，以及河網長度、密度逐漸減小，流域面積變化較小。與前人研究結果對比，本文不同空間分辨率下的流域特征參數(shù)值不同與前者研究較為相似，但根據(jù)研究區(qū)內的實際情況，通過運用較為精細的DEM柵格資料對較為大型的流域進行研究，得出的結果更為精確。

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（責任編輯：丁志祥）