泾河流域DEM流域信息提取_精品文档.pdf

1、第 2 1 卷 第3期 2 0 1 0年6月 水 资 源 与 水 工 程 学 报 J o u r n a l o f Wa t e r R e s o u r c e s&Wa t e r En g i n e e ri n g Vo 1 21 No 3 J u n，201 0 泾河流域 D E M流域信 息提 取 陈 闻 晨(浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 3 2 1 0 0 4)摘要：数字高程模型(D E M)代替等高线地形图实现了区域地形表面的数字化表达，其应用十分广泛。水文分析是 地学分析的一个重要部分，近年来 D E M在水文分析中的应用已经成为研究的热点。本文的研究选

2、区位于泾河流域，采用中国北方 1：2 5万地形图数据为基础生成 D E M数据，进行流域信息的提取，得出结论：可以根据汇流累积单元数 的阈值来生成不同密度的河网，在利用 D E M进行流域信息提取时，要根据研究区情况和研究的目的，选择合适的方 式生成 D E M数据，以求试验结果达到最佳，更好地为不同单位部门的水资源调度决策研究提供支持。关键词：D E M；流域信息；G I S；泾河流域 中图分类号：P 6 4 1 1 文献标 识码：A 文章编 号：1 6 7 2-6 4 3 X(2 0 1 0)0 3 4)1 1 1-0 4 Ex t r a c t e d W a t e r s h e

3、d I n f o r ma t i o n b y Di g i t a l El e v a t i o n M o d e l f o r J i n g h e Ri v e r CHEN W e n-c he n(C o l l e g e O f G e o g r a p h y A n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s，Z h e j i a n g N o r m a l U n i v e r s i t y，J i n h u a 3 2 1 0 0 4，C h i n a)Abs t r a c t：Un l i k

4、 e t h e c o n t o u r ma p，d i g i t a l e l e v a t i o n mo d e l c a n a c h i e v e t he c o nt i n uo u s s u r f a c e t o p o g r a p h y o f t h e di g i t al e x p r e s s i o n，wh i c h ma k e i t h a v e a n e x t e n s i v e a pp l i c a t i o nHy d r o l o g i c a l a n aly s i s i s a

5、 n i mp o r t a n t p a r t i n e a r t h s c i e n c e r e s e a r c h，a nd us i ng DEM t o c a r r y o u t h y d r o l o g i c a l f e a t u r e a n a l y s i s h a s b e c o me a h o t s p o t T a k i n g t h e J i n g h e Ri v e r a s a n e x a mp l e，t h e p a p e r g e n e r a t e d t h e D EM

6、 f r o m t h e 1：2 5 0 0 0 0 c o n-t o u r ma p o f t h e s t u d y a r e a a n d e x t r a c t e d t h e w a t e r s h e d i n f o r ma t i o n o f t h e J i n g h e Ri v e r T h e r e s u l t s s h o w t h a t c o n v e r g e n c e o f t h e c u mu l a t i v e un i t n u mbe r b a s e d o n t h e

7、t h r e s h o l d g e n e r a t e s t h e d i f f e r e n t de n s i t i e s o f fiv e r n e t wo r kW h e n us i n g DEM t o e x t r a c t t he wa t e r s h e d i n f o rm a t i o n，s e l e c t i n g t h e a p pr o p ria t e wa y t o g e n e r a t e t h e DEM d a t a a c c o r d i n g t o t h e c i

8、 r c ums t a n c e s a n d p u r po s e o f t he s t u d y i s v e r y i mp o rta n t To a-e h i e v e t h e be s t r e s ul t s，t h e me t h o d c a n p r o v i d e b e t t e r s u p po n f o r r e s e a r c h o f d i s pa t c hi n g o f wa t e r r e-s o u r c e s w i t h d i f f e r e n t d e p a

9、r t me n t s Ke y wo r d s：D E M；wa t e rsh e d i n f o r ma t i o n；GI S；wa t e r s h e d o f J i n g h e R i v e r 1 概述 D E M(D i g i t a l E l e v a t i o n Mo d e 1)是表示 区域 地形 上的三维向量的有 限序列，其函数的形式描述为：Z =(置，)i：1，2，3，n 式 中：、是 平 面坐 标，是(置，)对 应 的 高 程。D E M 的主要 的模型有：规则格 网模 型，等高 线模型和不规则三角网模型。由于其 中的规则格网 高

10、程矩阵可以方便地被栅格数据结构的地理信息系 统用来计算等高线、坡度、坡 向、山坡阴影、自动提取 流域地形等，故规则格 网模型成为 D E M 最广泛使 用的格式。D E M作为地形表面的一种数字表达形式，具有 多种优点：容易以多种形式显示地形信息，精度不会 损失，容易实现 自动化、实时化等。总的来说，数字 高程模型具有便于储存、更新、传播和处理 的特点。更重要 的是应用 D E M可 以方便 的进行坡度、坡向、坡长等地 形 因子 的提 取。2 0世 纪 5 0年代后 期 以 来，D E M在测绘、土木工程、地质、矿 山工程、景观建 筑、道路设计、防洪、农业、规划、军事工程、飞行器与 战场仿真等

11、领域取得了广泛应用。同样在流域信息 提取中，D E M也受到人们 的青睐。D E M在流域分析 中的应用，在 国外是从 2 0世 纪 6 0年到开始，其 高峰出现在 8 09 O年代。而在 国内是从 9 0年代开始的，并且重点是对国外软件的 研究。在该 领域 中，8 0年代 之前 的研究 是 比较少 的，研究 范 围也仅 限于分 水线 和 山谷 的识别 和提 取。而在 8 0 9 0年代取得 了飞速的发展，相继出 收稿日期：2 0 1 0 4)2-0 2；修回日期：2 0 1 0-0 3-2 4 作者简介：陈闻晨(1 9 8 5 一)，男，浙江杭州人，硕士，主要从事水资源与3 s技术应用研究。

12、1 1 2 水 资 源 与 水 工 程 学 报 2 0 1 0年 现了各种提取河网、流域边界 以及划分子流域的方 法。近几年来，其研究的重点又从提取单一地形特 征(即流域中所有点的特征都是整个流域特征不可 或缺的一部分，由它们组成的流域特征是唯一的)，如河网、分水线等，转到 了分布式子流域 特征(d i s t r i b u t e d s u b c a t c h me n t p r o p e r t i e s ，即对于每个点，该 特征的取值都不同，可以通过数据精简模型求取整 个流域中最具代表性 的值)的提取研究 上，如子流 域长度、坡度、河网密度等的研究计算。中国是世界淡水资源贫

13、乏的国家之一，且水量 动态突变、分布不均。洪涝灾害、淡水资源短缺问题 和水污染 问题是直接影响中国社会经济可持续发展 的三大焦点问题 J。虽然三大 问题 的产生和解决 受制于许多因素，但是水土流失和水土保持是其中 关键。自然界的降雨过程引起的地表径流不仅会导 致土壤侵蚀，还将造成壤 中营养元素 的流失。在 进行流域的水土保持工作 中，对降雨径流过程进行 水文分析，明确坡 面径流 的方向、径流的路径，甚至 流速、侵蚀能力的大小，为制定相应的保护措施提供 更加准确的科学依据。而 D E M在进行流域分析时，具有分析速度快、精度高等许多优点。本文 以泾河流域为例研究应用 D E M 进行流域 信息的

14、提取。数据来源于国家基础地理信息中心提 供的中国北方 1：2 5万地形图数据、全国四级和五级 水系图数据。2 研究方法和过程 2 1 研究区流域概况 泾河流域地处北 纬 3 4。1 2 一3 7。2 0 ，东经 1 0 6。1 4 1 0 9。1 0 ，系属黄河二级支 流，发源于宁夏六盘 山东麓。泾 河全长 4 5 5 1 k m，流域 面积为 4 5 4 2 1 k m ，包括宁夏东南部、甘肃 陇东，陕西关 中西北部 3 3个县市。流域 内地貌有 山区、丘陵、高源、平原四 种类型。山区占4 3 1、以六盘山、关山为代表；高 原沟壑纵横、沟壑面积 占 5 0 以上。泾河流域属大 陆性气候，雨量

15、和气温由东南向西北逐渐递减，年平 均降水量 5 5 0 m m，年平均气 温 1 0 C左右。支流主 要有洪河、蒲河、马莲河、三水河、油河、黑河、泔河。2 2 A R C G I S 9及其水文分析模块简介 A I C G I S 9(C o p y ri g h t 2 0 0 4 E S R I A 1 1 ri g h t s r e s e r v e d，后面同此，不再赘述)是美国环境系统研究 所(E S R I)推出的地理信息系统软件平台，由 d e s k t o p、服务器 G I S、嵌入式 G I S和移动式 G I S组成，不仅具有强大而丰富的空间数据编辑、查询和分析、可

16、视化等 G I S功能，而且还可以方便、灵活地制作各 种专题地图，同时 A R C G I S 9还支持二次开发。常用 的扩展模 块 有 三维 分 析(3 D A n a l y s t)、空 间分 析(S p a t i a l A n a l y s t)、网络分析(N e t w o r k A n a l y s t)等。本文选用了扩 展模块 中的空间分 析模块 中的水文(h y d r o l o g y)模块。水文分析模型(H y d r o l o g y m o d e 1)的主要功能是 从数字高程模型中提取用于地表水文要素的特征信 息，并进行一系列的分析及可视化显示 7 。水文分 析模型主要 由地形处 理(T e r r a i n P r e p r o c e s s i n g)、流 域处理(Wa t e r s h e d P r o c e s s i n g)、网络工具(N e t w o r k t o o l s)、属性工具(A t t r i b u t e t o o l s)四大部分组成。以 下对各部分做简要的介绍。(1)地形处理(T e r r