雷花

摘 要 選取黑河流域為研究區(qū)，以SRTM_DEM作為基礎數(shù)據(jù)，應用ARCGIS的水文分析模塊，通過設置不同的閾值進行流域水文特征的信息提取，結果生成了較為滿意的河網(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。

關鍵詞 黑河 SRTM_DEM ARCGIS 流域信息

中圖分類號：P343；TP79 文獻標識碼：A

0引言

中國是洪災多發(fā)的國家之一，洪災的發(fā)生對自然生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)造成巨大的破壞，因此洪水預報就顯得尤為重要。常用的方法是利用暴雨信息產(chǎn)生匯流水文模型計算來預報洪水，而流域信息是進行水文模擬的必要信息，提取流域信息也就是構建現(xiàn)代分布式水文模型、進行水文模擬以及其他相關研究的前提，由于流域信息種類很多、數(shù)據(jù)量大，利用現(xiàn)代測量技術、計算機技術以及相關方法進行流域信息自動提取具有十分重要的意義。近年來，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）的應用，以及精確詳細的DEM數(shù)據(jù)的方便獲取，從DEM數(shù)據(jù)中提取水系網(wǎng)絡和流域邊界兩大地貌特征備受關注，成為GIS應用于水文及環(huán)境研究的重點，也是今年來水文模型的熱點。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)進行了黑河流域的河網(wǎng)提取并進行了精度分析。

1 DEM流域水文特征提取原理與方法

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

（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。在進行水流方向計算時，由于這些區(qū)域的存在，往往得不到合理的甚至錯誤的水流方向。因此，在進行水流方向的計算之前，應該首先對原始DEM數(shù)據(jù)進行洼地填充，得到無洼地的DEM。

（2）水流方向的確定：水流方向是指水流離開每一個柵格單元時的指向。在ARCGIS中，通過對中心柵格的8個鄰域柵格編碼，中心柵格的水流方向便可由其中的某一值來確定。水流的流向是通過計算中心格網(wǎng)與鄰域格網(wǎng)的最大距離權落差來確定。距離權落差是指中心柵格與鄰域柵格的高程差除以兩柵格間的距離，柵格間的距離與方向有關，如果鄰域柵格對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）匯流累計量計算與河網(wǎng)的提取：在地表徑流模擬過程中，匯流累計量是基于水流方向數(shù)據(jù)計算得到的；河網(wǎng)的生成基于匯流累積量數(shù)據(jù)，根據(jù)不同級別的溝谷設定不同的閾值，但是不同區(qū)域相同級別的溝谷對應的閾值也是不同的。

2研究區(qū)和STRM_DEM數(shù)據(jù)介紹

黑河流域是我國西北地區(qū)第二大內陸流域，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陸河流域。本文采用的是空間分辨率為90米的STRM_DEM為基礎數(shù)據(jù)，版本STRM3 V4.1。

3研究過程及結果

3.1數(shù)據(jù)預處理

Hydrolog是基于Geo Database數(shù)據(jù)格式開發(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)過一系列預處理得到黑河流域的DEM影像數(shù)據(jù)后，進行河網(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)，結果如圖2所示。根據(jù)生成的水流方向，流域出口點等數(shù)據(jù)計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結果分析

將得到的數(shù)據(jù)進行對比分析，結果如下：

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

（2）對比提取出來的集水區(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)實情況。

（3）我們在提取的河網(wǎng)中可以明顯發(fā)現(xiàn)，在黑河的東邊有很多細小的支流，符合實際。

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

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)DEM對于河網(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)的提取問題。通過設定不同的閾值，提取河網(wǎng)，集水區(qū)域，結果都還比較好。

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