GIS環(huán)境下黑河流域信息提取

雷花

摘 要 選取黑河流域為研究區(qū)，以SRTM_DEM作為基礎數據，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，證明基于DEM數據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)系統和經濟社會系統造成巨大的破壞，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、數據量大，利用現代測量技術、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（GIS）的應用，以及精確詳細的DEM數據的方便獲取，從DEM數據中提取水系網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SRTM_DEM數據進行了黑河流域的河網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地形特征計算每個柵格單元上水的流向，根據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、根據河網的交匯關系劃分河段，再根據流向劃分每個河段的集水區(qū)域，最后根據河段的河網關系合并集水區(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數據進行洼地填充，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與鄰域格網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據計算得到的；河網的生成基于匯流累積量數據，根據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數據介紹

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為基礎數據，版本STRM3 V4.1。

3研究過程及結果

3.1數據預處理

Hydrolog是基于Geo Database數據格式開發(fā)的水文數據模型，本文基于該模型提取河網。在經過一系列預處理得到黑河流域的DEM影像數據后，進行河網信息提取，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的矢量河網數據，結果如圖2所示。根據生成的水流方向，流域出口點等數據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

將得到的數據進行對比分析，結果如下：

（1）通過對比提取得到河網，很容易發(fā)現，匯流量的閾值設定的越小，提取的河網分叉越多，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，集水區(qū)多集中在下面，符合黑河流域現實情況。

（3）我們在提取的河網中可以明顯發(fā)現，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，所以應按照實際情況予以剔除。

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

參考文獻

[1] 康敏捷，欒維新，等.Arc Hydro Tools流域提取方法應用[J].中國科技論文.2012（5）：377-381。

[2] 湯國安，楊昕.ARCGIS地理信息系統空間分析實驗教程[M].北京：科華出版社，2006.

[3] 朱思蓉，吳華意.Arc Hydro水文數據模型[J].測繪與空間地理信息，2006，29（5）：87-90.

[4] 唐從國，劉從強.基于Arc Hydro Tools的流域自動提取——以貴州省內烏江流域為例[J].地球與環(huán)境.2006，34（3）：30-37.

[5] 王程，韓新海.ARCGIS環(huán)境下基于DEM的水文特征提取[J].地下水，2011（7）：174-176.

[6] 翁明華，姚成，李致家.數字化流域及流域信息提取方法研究[J].水文，2009，29（5）：13-17.