基于DEM數(shù)據(jù)的電力工程地表水文特征探究

周茂

摘 要：在電力工程項目中，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，減少核算工作強度，提高數(shù)據(jù)計算的工作效率?；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)字高程模型運用到建設(shè)中，可以為預(yù)測險情、研究地理條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)果對于電力工程項目的設(shè)計和建設(shè)具有極其重要的作用，對于工程造價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?；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)提供進一步的數(shù)據(jù)參考[1]。

2 對DEM模型表面進行分析

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)生變動的實際狀況。等值線分布密集代表表面值所發(fā)生變動的幅度比較大，反之則說明表面值變動的幅度比較小。通過對等值線進行繪制，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行定量的表達，并以指標(biāo)的方式從各個側(cè)面體現(xiàn)地形所具備的特征。在表達的空間范圍內(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]。一般對地形因子進行提取的方法是首先確定每個地形因子在數(shù)字表達上的特征，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)的方法進行研究，最終通過相關(guān)技術(shù)軟件將其實現(xiàn)。

2.2.1 對坡度和坡向數(shù)據(jù)進行提取

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)在地表進行的活動以及能量規(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行提取

地形的起伏度是在設(shè)定范圍內(nèi)，海拔的最低點與最高點之間的數(shù)值差異。起伏度對某一地區(qū)的地形特定進行宏觀描述的數(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)描述的是在進行剖析的區(qū)域內(nèi)，各個定點在地表的單元格網(wǎng)上的高程變動情況。變異系數(shù)通過格網(wǎng)單元的頂點高程差值與平均高程之間的比值來進行描述[2]。

2.3 對地形的特征信息進行提取

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，提取這兩項要素的同時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)進行分析和計算

3.1 對DEM數(shù)據(jù)進行處理

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)的進一步處理，以及一些人為因素和實際存在的地形情況，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行仿真模擬時，會因為低高程格柵的存在導(dǎo)致在對水流的流向進行核算時，在該部分獲取的水流方向發(fā)生錯誤或誤差。

3.2 對水文數(shù)據(jù)進行分析和計算

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，在對水流的方向進行核算時，應(yīng)先對原始DEM數(shù)據(jù)進行填充處理，得出一個不存在凹陷的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行分析和計算。

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)域地形各點流水的積累量。根據(jù)區(qū)域地形的水流方向信息對各點的流經(jīng)水量進行核算，就能得出匯流總量。

3.2.4 形成水流的長度

地表上的一點沿水流方向到流向起點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)水系圖并進行分級

在水流方向圖生成后，進一步構(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對水文進行分析的一個重要內(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 對流域進行劃分

要對流域進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行提取和分析，不僅可以減少工程設(shè)計規(guī)劃中的計算量，還能夠提高計算的準(zhǔn)確程度和工作效率，可以為電力工程的設(shè)計和建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時這一技術(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

[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)實踐與探索[J].時代教育，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展[J].地理科學(xué)進展，2013，32（1）：31-40.