基于DEM的数字河网提取及其应用
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发布时间：2013-12-16
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| 【中文关键词】 | ArcGIS 水文分析模块 DEM |
| 【摘要】 | 介绍了ArcGIS水文分析模块提取水系特征的方法、步骤和需注意的问题，并以韩江上游尖山站以上流域为例，利用其DEM资料进行河网提取。将提取结果与25万分之一地形图的河网对比，两者基本吻合。 |
| 【部分正文预览】 | 河网提取是数字流域、分布式水文模型、土壤侵蚀模型等建立的关键技术环节。其核心技术是路径算法，此法可描述地表物质在地形单元之间从高到低的传输和流动。路径算法赖以进行的基础是数字高程模型( Digital Elevation Model，简称DEM) 。近年来，随着地面观测技术和计算机技术的迅速发展，DEM 作为对地形地貌的一种数字化表示方法，在数据获取、存储和管理方面陆续取得了一系列突破。 目前，利用DEM 数据提取流域数字河网主要有谷点提取模型和基于流向提取模型两种。谷点提取模型是通过对比所研究网格的高程与相邻网格的高程来确定谷点，将提取的谷点进行连接处理，从而得到河道和河网。谷点提取模型生成的河网水系往往不连续，特别是在地形起伏较小或者地形复杂处尤为突出。基于流向的河网提取模型是先确定每个网格的流向，然后根据流向计算每一个栅格单元的上游给水区，再选择合适的集水面积阈值确定河网水系，可以生成连续的河网水系。基于流向的不同，目前已提出了多种算法，如D8、DEMON、Dinf、多流向算法、随机八方向算法、多级骨架化算法等等，其中以D8 算法的应用最为广泛。
D8 算法假设单个网格中的水流只有8 种可能的流向，即流入与之相邻的8 个网格中。它用最陡坡度法来确定水流的方向，即在3 × 3 的DEM 网格上，计算中心网格与各相邻网格间的距离权落差( 即网格中心点落差除以网格中心点之间的距离) ，取距离权落差最大的网格为中心网格的流出网格，该方向即为中心网格的流向。
D8 算法提取河网一般分4 个步骤。首先，寻找最大正坡降，确定各栅格唯一的代表该栅格水流方向的特征码。其次，从选定的流域出口栅格开始，遍寻所有流向及流径指向出口的栅格，即可确定该流域的区域及边界。第3 步是提取河网，流域中的每一个栅格均可算出汇流至该栅格的栅格个数，汇流栅格个数超过某一阈值的栅格即可认为是河道，阈值的选择依方法而异。最后，对生成的河网分级。
目前，利用DEM 进行流域分析的工具很多。ArcGIS 水文分析模块是美国ESRI 公司推出的，主要用于地形和河网水系的提取和分析，实现地形可视化。其强大的流域特征分析功能可以满足各种流域DEM 处理的需要。本文利用ArcGIS 水文分析模块和DEM 资料实现了广东省韩江上游尖山站以上流域的河网提取。 |
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