GIS环境下黑河流域信息提取

2016-03-14雷花

科教导刊·电子版 2016年3期

关键词：黑河

雷花

摘要选取黑河流域为研究区，以SRTM_DEM作为基础数据，应用ARCGIS的水文分析模块，通过设置不同的阈值进行流域水文特征的信息提取，结果生成了较为满意的河网，证明基于DEM数据提取流域信息的方法是可行且可信的。

关键词黑河 SRTM_DEM ARCGIS 流域信息

中图分类号：P343；TP79 文献标识码：A

0引言

中国是洪灾多发的国家之一，洪灾的发生对自然生态系统和经济社会系统造成巨大的破坏，因此洪水预报就显得尤为重要。常用的方法是利用暴雨信息产生汇流水文模型计算来预报洪水，而流域信息是进行水文模拟的必要信息，提取流域信息也就是构建现代分布式水文模型、进行水文模拟以及其他相关研究的前提，由于流域信息种类很多、数据量大，利用现代测量技术、计算机技术以及相关方法进行流域信息自动提取具有十分重要的意义。近年来，随着地理信息系统（GIS）的应用，以及精确详细的DEM数据的方便获取，从DEM数据中提取水系网络和流域边界两大地貌特征备受关注，成为GIS应用于水文及环境研究的重点，也是今年来水文模型的热点。本文以黑河为研究区域，基于ARCGIS软件的水文分析模块（Hydrology），根据SRTM_DEM数据进行了黑河流域的河网提取并进行了精度分析。

1 DEM流域水文特征提取原理与方法

基于DEM进行流域提取的基本原理是根据地形特征计算每个栅格单元上水的流向，根据流向进行汇流能力计算，通过汇流能力定义阈值，得到一定汇流能力下的河网、根据河网的交汇关系划分河段，再根据流向划分每个河段的集水区域，最后根据河段的河网关系合并集水区域构成流域。基于DEM地表水文分析的主要内容包括水流方向提取、汇流累积量计算、河流网络提取等。

（1）洼地填充： DEM是比较光滑的地形表面模型，但是由于DEM误差以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。在进行水流方向计算时，由于这些区域的存在，往往得不到合理的甚至错误的水流方向。因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。

（2）水流方向的确定：水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。在ARCGIS中，通过对中心栅格的8个邻域栅格编码，中心栅格的水流方向便可由其中的某一值来确定。水流的流向是通过计算中心格网与邻域格网的最大距离权落差来确定。距离权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2、8、32、128，则栅格间的距离√2倍的栅格大小，否则距离为1。

（3）汇流累计量计算与河网的提取：在地表径流模拟过程中，汇流累计量是基于水流方向数据计算得到的；河网的生成基于汇流累积量数据，根据不同级别的沟谷设定不同的阈值，但是不同区域相同级别的沟谷对应的阈值也是不同的。

2研究区和STRM_DEM数据介绍

黑河流域是我国西北地区第二大内陆流域，位于河西走廊中部，大致介于 98€？101€？0′E，38€？42€癗之间，为甘蒙西部最大的内陆河流域。本文采用的是空间分辨率为90米的STRM_DEM为基础数据，版本STRM3 V4.1。

3研究过程及结果

3.1数据预处理

Hydrolog是基于Geo Database数据格式开发的水文数据模型，本文基于该模型提取河网。在经过一系列预处理得到黑河流域的DEM影像数据后，进行河网信息提取，具体如图1所示。

3.2水文信息提取

分别提取了汇流累积量大于2000、5000、10000的矢量河网数据，结果如图2所示。根据生成的水流方向，流域出口点等数据计算生成集水流域面积，并提出集水流域面积大于2000栅格和5000栅格的集水区域，

4结果分析

将得到的数据进行对比分析，结果如下：

（1）通过对比提取得到河网，很容易发现，汇流量的阈值设定的越小，提取的河网分叉越多，河流长度越长。

（2）对比提取出来的集水区域，很容易发现，集水区多集中在下面，符合黑河流域现实情况。