基于dem的河网水系生成研究

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1、基于DEM的河网水系生成研究摘要：介绍了在ArcGIS9.3环境下从DEM屮生成水系的一，种实用方法。首先进行DEM的生成以及预处理，其次判断流向和划分集水区，最后提取河流网络，生成需要的水系图件。以蓝叩县为例，进行河网生成的操作，最后和实际水系比较基本吻合。此方法快速简单、成本低，具有很高的应用价值。关键词：ArcGIS；DEM；蓝田县；水系中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800(2012)011007902作者简介：萇沙沙(1987-),女，长安大学环境科学与工程学院硕士研究生，研究方向为水文地质、工程地质、环境地质。0引言近年来，随着计算机功能的

2、H益强大以及GIS的普及和应用，DEM数据已能精确方便地获取，直接从DEM中提取河网水系的方法也渐渐成熟，并且U经成为为前研究流域地貌信息的一种重要手段。DEM是描述地面高程值空间分布的一组冇序数组，能够反映一定分辨率的局部地形特征，通常有格网(GRID).不规则三角网(TTNs)、矢量(数字线划)(DLGs)3种形式，其中最为普遍的是采用栅格DEM格式。1研究区概况蓝田县位于陕西省中部秦岭北麓，关中平原东南部，属西安市，是古城西安的东南门户，因境内盛产美玉而得名。县境东西长64km,南北宽55km,总面积1969km2o蓝田县地形地貌复杂，南部和东部为秦岭山地，屮西部蓝川、

3、白鹿嫄相间，北部为横岭，海拔800-2000m,最高峰王顺山海拔2311mo河流有辎、溝、焦、汤、青河汇入渭河。属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均气温13.1°C,年降水量720nrni。2河网水系的生成基于DEM提取河网水系的方法有很多，主要概括有两种基本方法：第一种方法是用一个矩形窗口扫描DEM矩阵來确定洼地，位于洼地内的栅格单元标记为水系的组成部分，该方法的缺陷在于生成的水系不连续；另一种方法是O'Callaghan和Mark(1984)提出的坡面流模拟方法,模拟地表径流在地表的流动來产生水系。此算法依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理，确定DEM中每个栅格单元的水流方向

4、，然后根据栅格单元的水流方向计算每个栅格单元的上游给水区，再选择合适的水道给养面积阈值来确定河网。经研究证明，该方法简单易行，可直接生成相互连接的河网，被认为是一种比较好的方法。本文提取水系的具体流程如图1所示。图1水系模拟流程2.1DEM数据的生成木文底图釆用水利部门的蓝田县1：50000地形图。通过扫描将地形图输入ArcGIS9.3软件中进行数字化形成电子地图，再在ArcGIS9.3软件中进行3D分析，最后转变为栅格DEM数据，其分辨率为30mX30m,作为以下的基础数据。2.2DEM数据的预处理一般都要对DEM数据进行预处理，预处理包括填洼、削峰以及平坦格网的处理。DE

5、M被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形(如喀斯特地貌)的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域，所以一般都要对其进行填洼处理；对于平坦格网的处理一般是采用高程增量迭加算法來设定流向。在ArcMap中加载DEM数据，通过Arctoolbox,执彳亍SpatialAnalystTools/Hydrology/Fill进行填洼处理。(a)填充处理前的DEM(b)填充处理后的DEM图2数据处理2.3流向分析水流方向的确定是运用DEM进行水文分析模拟过程的基础。经过预处理的DEM就可以用来计算格网内部的水流方向了。水流方向的确定采用D8算法，即首先计算

6、DEM每一栅格单元与其相邻的8个单元之间的坡度，然后按最陡坡度的原则设定该单元的水流方向。在上一步的基础上，执行SpatialAnalystTools/Hydrology/FlowDirection进彳亍流向分析，得到水流方向图。图3水流方向图4集水能力2.4集水区划分集水能力强的栅格所在的区域称为集水区，集水能力特征值为零的则代表着区内的高地，据此可划分研究区域内分水岭的空间分布和集水区的边界。通过水流方向图我们可以计算出流经哪些栅格单元的水流量高于其他栅格，対水流方向进行逆向跟踪，可以计算出能够注入该栅格的所有栅格的数目，并将其标注为该栅格的汇流特征值，因此，输出栅格图的

7、每一个栅格单元的值就代表着注入该栅格单元的所有栅格单元的数目，其值越高，注入水流越多。在上一步的基础上，执行SpatialAnalystTools/Hydrology/FlowAccumulation进彳亍汇流累积量的计算，即生成集水能力图。2.5研究区河网水系生成（1）阈值的确定。阈值决定了河流的源头并直接决定生成的河网形态。阈值越大，提取的河网越稀疏，相反则河网密集。阈值为提取河网中的关键参数。在设定阈值时，应对研究区域和研究对象进行充分分析，通过实验和利用现有地形图等一些其它数据辅助检验的方法来确