周茂

摘 要：在電力工程項(xiàng)目中，以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對建設(shè)區(qū)域的水文特征進(jìn)行分析研究，可以有效提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，減少核算工作強(qiáng)度，提高數(shù)據(jù)計(jì)算的工作效率?；贒EM的水文數(shù)據(jù)提取方法和操作步驟，可以為電力工程提供更加精準(zhǔn)的參考數(shù)據(jù)。本文將探究基于DEM的電力工程項(xiàng)目的地表水文特征情況。

關(guān)鍵詞：電力工程 DEM 水文特征

中圖分類號：X523 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0041-02

電力工程的建設(shè)由于覆蓋范圍廣，途徑地域多，所以必須得到建設(shè)區(qū)域內(nèi)的地勢地形和水文特征等數(shù)據(jù)的支撐。數(shù)字高程模型（DEM）可以非常便捷精確地獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對電力工程的地表水文特征進(jìn)行探究，從而為電力工程的勘測提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。將這一數(shù)字高程模型運(yùn)用到建設(shè)中，可以為預(yù)測險(xiǎn)情、研究地理?xiàng)l件以及分析水文條件等提供數(shù)據(jù)支持。其獲得的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果對于電力工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)具有極其重要的作用，對于工程造價(jià)的形成和投資成本的控制也具有重要的影響。

1 DEM的基本概念

DEM是數(shù)字高程模型的英文縮寫形式，它是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對地面地形的數(shù)字化模擬。DEM數(shù)據(jù)是對水文流域情況進(jìn)行剖析的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)源，它可以在各種分辨率下呈現(xiàn)出地形的特點(diǎn)?；贒EM可以獲取多種形式的地貌特征，并采集相關(guān)的水文數(shù)據(jù)以及與地表形態(tài)相關(guān)的大量數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上可以運(yùn)用水文剖析的技術(shù)方法掌握電力工程建設(shè)區(qū)域的水文特征，準(zhǔn)確體現(xiàn)電力建設(shè)工程作業(yè)區(qū)域的水系在空間分布上的客觀規(guī)律，為電力工程建設(shè)提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)參考[1]。

2 對DEM模型表面進(jìn)行分析

2.1 繪制等值線

在DEM的表層上將數(shù)值相等且臨近的離散點(diǎn)加以連接所形成的線被稱為等值線。等值線的分布狀況可以比較準(zhǔn)確地反映出表面值發(fā)生變動(dòng)的實(shí)際狀況。等值線分布密集代表表面值所發(fā)生變動(dòng)的幅度比較大，反之則說明表面值變動(dòng)的幅度比較小。通過對等值線進(jìn)行繪制，可以直觀地發(fā)現(xiàn)表面值的變化趨勢。

2.2 對地形因子進(jìn)行提取

地形因子是一種具有特定含義的數(shù)學(xué)參數(shù)，它可以對地貌特征進(jìn)行定量的表達(dá)，并以指標(biāo)的方式從各個(gè)側(cè)面體現(xiàn)地形所具備的特征。在表達(dá)的空間范圍內(nèi)，地形因子涵蓋了坡度、坡長、坡向、坡地變率、坡向變率、地形起伏程度、地形粗糙程度等[1]。一般對地形因子進(jìn)行提取的方法是首先確定每個(gè)地形因子在數(shù)字表達(dá)上的特征，并據(jù)此建立起相關(guān)的解譯模型。依此為基礎(chǔ)，對基于DEM獲得數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行研究，最終通過相關(guān)技術(shù)軟件將其實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 對坡度和坡向數(shù)據(jù)進(jìn)行提取

坡度描述的是坡面的傾斜程度，坡度值的高低會影響物質(zhì)在地表進(jìn)行的活動(dòng)以及能量規(guī)模，是對生產(chǎn)力產(chǎn)生空間制約的主要因素，是經(jīng)常使用的地形描述參數(shù)。例如：在電力工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃中，建塔不應(yīng)選在坡度超過30°的地區(qū)。

坡向是對地形坡面所作的方向上的描述，具體來說也就是在平面上坡面法線的投影方向。坡向會對太陽輻射在地面的再分配造成的影響，還會影響到地表徑流的實(shí)際流向，甚至可以使局部區(qū)域的氣候產(chǎn)生差異。

2.2.2 對地面的粗糙程度和地形的起伏程度進(jìn)行提取

地形的起伏度是在設(shè)定范圍內(nèi)，海拔的最低點(diǎn)與最高點(diǎn)之間的數(shù)值差異。起伏度對某一地區(qū)的地形特定進(jìn)行宏觀描述的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

地面的粗糙度是在設(shè)定范圍內(nèi)，地球的表面積與其投影面積之間的比例，粗糙度也是描述地表宏觀狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 對地表的切割度數(shù)值以及高程的變異系數(shù)值進(jìn)行提取

地表的切割深度是地面在設(shè)定區(qū)域內(nèi)，其最小高程與平均高程之間的差值，這一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)描述了地表的被切割狀態(tài)。

高程的變異系數(shù)描述的是在進(jìn)行剖析的區(qū)域內(nèi)，各個(gè)定點(diǎn)在地表的單元格網(wǎng)上的高程變動(dòng)情況。變異系數(shù)通過格網(wǎng)單元的頂點(diǎn)高程差值與平均高程之間的比值來進(jìn)行描述[2]。

2.3 對地形的特征信息進(jìn)行提取

地形特征信息是一些對于地形空間特征具有重要意義的要素信息，這些點(diǎn)線面特征要素構(gòu)成了地表在地形和起伏變化上的基礎(chǔ)架構(gòu)。地形特征信息包括很多類型的點(diǎn)和線，其中對探究地形地貌具有最重要的影響的是山谷線以及山脊線。這兩種地形特征在水文中是對山谷以及山脊的描述，提取這兩項(xiàng)要素的同時(shí)也就完成了對匯水線以及分水線的提取工作。

3 水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算

3.1 對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

DEM數(shù)據(jù)模擬的是相對光滑的地表狀態(tài)，但通過輔助的航空測量對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，以及一些人為因素和實(shí)際存在的地形情況，使一部分的凹陷存在于DEM模型的表層[3]。如果在模型的這些部分對地表水流進(jìn)行仿真模擬時(shí)，會因?yàn)榈透叱谈駯诺拇嬖趯?dǎo)致在對水流的流向進(jìn)行核算時(shí)，在該部分獲取的水流方向發(fā)生錯(cuò)誤或誤差。

3.2 對水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算

3.2.1 生成無洼地的DEM模型

由于上文分析的DEM模型表面的一些部分存在凹陷，所以，在對水流的方向進(jìn)行核算時(shí)，應(yīng)先對原始DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行填充處理，得出一個(gè)不存在凹陷的DEM模型，以保證流域獲得連貫，能夠在DEM模型上產(chǎn)生一個(gè)自然徑流可以無障礙的流向該地形區(qū)的邊緣。

3.2.2 確定水流的流向和該流域的盆地

水流流向是水流在流域內(nèi)的指向，通常確定流向可以用最陡坡度法，它是基于DEM獲得的流域數(shù)據(jù)中最重要的關(guān)鍵信息[4]。流域盆地是分水嶺的隔開造成匯水形成的地區(qū)?；贒EM的技術(shù)軟件可以對水流的流向以及流域盆地進(jìn)行分析和計(jì)算。

3.2.3 獲取匯流的積累量

匯流的積累量是基于水流流向的數(shù)據(jù)而得出的，它描述的是區(qū)域地形各點(diǎn)流水的積累量。根據(jù)區(qū)域地形的水流方向信息對各點(diǎn)的流經(jīng)水量進(jìn)行核算，就能得出匯流總量。

3.2.4 形成水流的長度

地表上的一點(diǎn)沿水流方向到流向起點(diǎn)間的地表最大長度在水平面上的投影長度就是水流長度。水流長度會影響地表徑流的流速，從而影響其所產(chǎn)生的侵蝕力。

3.2.5 生成河網(wǎng)水系圖并進(jìn)行分級

在水流方向圖生成后，進(jìn)一步構(gòu)建起相關(guān)的水流匯集矩陣，在此基礎(chǔ)上就可以形成河網(wǎng)的水系圖?；贒EM對水文進(jìn)行分析的一個(gè)重要內(nèi)容是提取地表的水流網(wǎng)絡(luò)，并據(jù)此形成電力工程建設(shè)區(qū)域主要的流域水系。

3.2.6 對流域進(jìn)行劃分

要對流域進(jìn)行化肥分首先要確定流域盆地的位置，然后確定匯水區(qū)的出水口位置，在此基礎(chǔ)上就可以形成集水流域。

4 結(jié)語

基于DEM數(shù)據(jù)，對電力工程建設(shè)區(qū)域的各種地形因子和水文特征信息進(jìn)行提取和分析，不僅可以減少工程設(shè)計(jì)規(guī)劃中的計(jì)算量，還能夠提高計(jì)算的準(zhǔn)確程度和工作效率，可以為電力工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)這一技術(shù)可以適用于各種電力工程的作業(yè)環(huán)境，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖偉紅，王彬，羅海軍，等.基于DEM的電力工程地表水文特征分析[J].甘肅科技縱橫，2017，46（2）：43-45.

[2] 李繼清，王麗萍，紀(jì)昌明.電力特色的水文水資源工程專業(yè)建設(shè)實(shí)踐與探索[J].時(shí)代教育，2016（1）：47-48.

[3] 胡婕，李崇巍，崔鐵軍.基于DEM地表水文特征和匯水子流域的提取研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36（9）：131-135，163.

[4] 宋曉猛，張建云，占車生，等.基于DEM的數(shù)字流域特征提取研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2013，32（1）：31-40.