■魏那 段凱

（吉林省航測遙感院吉林長春130051）

淺談東北地區(qū)利用特征點水文分析

■魏那 段凱

（吉林省航測遙感院吉林長春130051）

東北地表水文分析主要是用水文分析工具提取地表水流徑流模型的水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網(wǎng)絡以及對研究區(qū)的流域進行分割等。如何用特征點DEM數(shù)據(jù)來提取東北地區(qū)水文特征的方法，是本文需要論述研究的。

東北地表 水文因子 分析

0　引言

隨著科技技術的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)技術也日趨完善。地表水文分析主要是利用水文分析工具提取地表水流徑流模型，運用對這些基本水文因子的提取和基本的水文分析，在DEM上再現(xiàn)水流的流動過程，最終完成水文分析。

1　技術路線

用特征點數(shù)據(jù)，對東北地區(qū)的水文進行分析研究，本文利用ARCGIS這一軟件中的水文分析模塊進行分析，然后對研究區(qū)的流域進行分割等。提取河流網(wǎng)絡、自動劃分流域，最后完成水文分析過程。

1.1基于DEM的水文分析

DEM數(shù)據(jù)是流域地形、地物識別的重要原始資料，能夠反映一定分辨率的局部地形特征。一方面，通過DEM數(shù)據(jù)可以提取地表形態(tài)信息，如坡度、坡向；另一方面，按照一定的算法，通過DEM數(shù)據(jù)可以確定地表水流路徑、河流網(wǎng)絡和流域的邊界。Horton、Strahler和Shreve等都對流域的結構提出了自己的見解,本文采用1967年Shreve描述的“具有一個根的樹狀結構流域”結構模式,該結構主要包括兩部分:結點集和界線集。

1.2流向分析

地表徑流在流域空間內總是從地勢高處向地勢低處流動,最后經(jīng)流域出口排出流域。采用FLOW DIRECTION()函數(shù)來確定水流方向柵格單元格的水流方向是指水流流出該單元格的方向。對于空間內某一柵格單元格,與其相鄰的共有8個單元格(水平、垂直和對角線)。FLOWDIRECTION()賦予每個單元格一位于1～255之間的整數(shù)值來表示水流方向。從中心單元格開始,周圍相鄰8個單元格的水流方向可以定義為與之相鄰近的8個格網(wǎng)點中坡度最陡的單元。坡度按下式計算:

式中，hi是柵格單元高程，hj是相鄰柵格單元高程，D為兩個柵格中心之間的距離，若兩柵格單元為水平或垂直方向相鄰，則D為單元格長度；若為對角線方向，則D為2!×單元格長度，流動的8個方向分別用不同的代碼編碼。用以上計算坡度的方法循環(huán)處理每個格網(wǎng)點，直到每個柵格點的水流流向都得到確定，這樣表示整個流域柵格單元之間連通性的水流方向柵格數(shù)據(jù)模型就建立起來了。

1.4匯流分析

流域匯流分析的主要目的是確定河流網(wǎng)絡,進而在河流網(wǎng)絡的基礎上確定流域邊界即分水線ARC/INFO的GRID模塊下的FLOW ACCUMULA～TION()函數(shù)通過確定所有流入本單元格的累積上游單元格數(shù)目來生成流域匯流能力柵格圖。其中河流網(wǎng)絡的生成是提取流域邊界中關鍵的一步,可以通過設置NIP閾值來確定河流網(wǎng)絡,大于NIP值的單元格為溝谷線上的點,連接各個溝谷線上的點就形成了河流網(wǎng)絡。本文采用的閾值為50000格網(wǎng),采用CON()函數(shù)來確定河流網(wǎng)絡。

2　研究區(qū)數(shù)據(jù)來源及分析實例

2.1研究概況

東北地區(qū)水系結構，與地形、氣候緊密相關。山地成為河流的輻散中心，而平原則成為河流的輻合中心。所以對該地區(qū)的水文進行分析，更好的為東北地區(qū)農業(yè)、防災減災、工業(yè)等領域提供科學的依據(jù)起著重要意義。本文選擇東北地區(qū)做為研究目標區(qū)，進行水文分析。

2.2東北地區(qū)水系特征提取

水文分析是DEM數(shù)據(jù)應用的一個重要方面。特征點地表水文分析的主要內容是利用水文分析工具提取地表水流徑流模型的水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網(wǎng)絡（包括河流網(wǎng)絡的分級等）以及對研究區(qū)的流域進行分割等。經(jīng)過對這些基本水文因子的提取、分析，再現(xiàn)了水流的流動過程。

2.3匯水面積的計算與河網(wǎng)提取

特征點的水文分析，內容就是要得到地表的水流網(wǎng)絡。經(jīng)過多次實驗研究，目前常用的河網(wǎng)提取方法是地表徑流漫流模型：在無洼地特征點上利用最大坡降法得到每一個柵格的水流方向；然后利用水流方向柵格數(shù)據(jù)計算出每一個柵格在水流方向上累積的柵格數(shù)，即匯流累積量。綜上所訴，當匯流量達到一定值的時候，就會產(chǎn)生地表水流，所有匯流量大于臨界值的柵格就是潛在的水流路徑，由這些水流路徑構成的網(wǎng)絡，就是河網(wǎng)。

3　東北地區(qū)流域信息提取

流域（watershed）又稱集水區(qū)域，是指流經(jīng)其中的水流和其它物質從一個公共的出水口排出從而形成的一個集中的排水區(qū)域，也可以用流域盆地（basin）、集水盆地（catchment）或水流區(qū)域（contributing area）等來描述流域。Watershed數(shù)據(jù)顯示了區(qū)域內每個流域匯水面積的大小。流域間的分界線即為分水嶺。分水線包圍的區(qū)域稱為一條河流或水系的流域，流域分水線所包圍的區(qū)域面積就是流域面積。

4　結論語

東北地區(qū)實例，本文淺談特征點自動提取流域分水嶺和流網(wǎng)的基本方法,對東北地區(qū)進行水文分析，通過對這些基本水文因子提取和詳細分析，可以在DEM表面上再現(xiàn)水流的流動過程，然后完成水文分析。如何驗證利用特征點提取的水文信息，并且分析不同精度的特征數(shù)據(jù)對流域信息的提取的影響，這將都是需要進一步的研究和深化的。

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P641.4+3[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～269～1

魏那（1984～），女，2006年畢業(yè)于軍事經(jīng)濟學院，工程師，研究方向為航測遙感與地理信息系統(tǒng)的應用。