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1、第13卷第4期长江流域资源与环境Vol.13No.42004年7月ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasinJuly2004 文章编号:100428227(2004)0420343206GIS环境下基于DEM的中国流域自动提取方法徐新良,庄大方,贾绍凤,胡云峰(中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘 要:应用地理信息系统平台,建立基于水文站网和水资源信息的空间化水循环数据库是研制开发全国水循环信息管理系统的关键和基础,为了与全国水文站网的观测资料相匹配,水循环数据
2、库的结构将按流域组织,因此快速、有效地自动提取全国流域是所有工作进展的前提。为了从数字高程数据中自动提取全国流域,以提高基于GIS的全国水资源信息获取的效率,从DEM的特性出发,提出了一种从DEM中自动提取全国流域的实用方法。该方法利用1:25万DEM数据,首先将全国流域划分为14大流域片,并在每一流域片内分别提取流域。提取过程如下:首先对DEM数据进行填洼和削峰,然后确定每个栅格单元的水流方向,再根据各栅格单元的水流方向,计算出每个栅格单元的汇流能力,根据汇流能力采用阈值法确定河流网络,最后通过河流网络和流域出水口
3、,快速识别出所有子流域。另外,还给出了利用GIS软件ARC/INFOGRID提取全国流域的AML程序代码,并以海河流域作为实验区将抽样测量结果和自动提取结果进行了实验对比分析,其结果表明利用该方法提取的流域数据与利用手工方法绘制的流域基本一致,证明该方法是有效的。关键词:水文;流域;数字高程模型(DEM);地理信息系统(GIS);自动提取文献标识码:A21世纪以来,随着社会经济的发展,水资源短缺问题已经成为人们日益关注的焦点,深入了解水1 从DEM提取流域的算法基础资源的空间分异格局以及时空演变规律,挖掘水资源的潜力
4、,充分利用和合理调配水资源是今后流域DEM是数字高程模型的英文简称(DigitalEle2管理的重点。“3S”技术的引进,为水文科学注入了vationModel)是流域地形、地物识别的重要原始资新的血液,尤其是GIS在数据管理、空间分析及可料。DEM的原理是将流域划分为m行n列的四边视化显示和制图等方面的卓越功能,已使目前水文形(CELL),计算每个四边形的平均高程,然后以二模型研究的重点从流域统计模型转到GIS与成熟维矩阵的方式存储高程。由于DEM数据能够反映水文模型相结合的分布式水文模型的研究方一定分辨率的局部地
5、形特征,因此通过DEM可提[1,2]面。取大量的地表形态信息,这些信息包含流域网格单[7]运用GIS中栅格系统的空间分析方法来提取元的坡度、坡向以及单元格之间的关系等。同时水系,研究地表水文特性,国内外在这方面已开展了根据一定的算法可以确定地表水流路径、河流网络[3～6]大量的工作。本文利用GIS软件ARC/INFO和流域的边界。因此从DEM提取流域特征,一个的地表水文分析模块,在1:25万DEM的基础上,良好的流域结构模式是设计算法的前提和关键。本[8]通过模拟水流方向、流域汇流能力、河网的自动生文采用1967年S
6、hreve描述的流域结构模式,成、流域出水口的确定、子集水区边界的划分来提取Shreve使用一个具有一个根的树状图来描述流域2全国面积大于100km的所有流域。该项工作是建结构(如图1所示)。立全国水循环信息系统的数据库基础,也是进一步该结构主要包括两部分:结点集和界线集。河探讨中国流域空间分布特征和时空变异的关键。流网络中的每一段沟谷都有一个汇流区域,这些区 收稿日期:2003204214;修回日期:2003208206 基金项目:中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程“中国水循环信息系统开发研究”项目(C
7、XIOG2E01208201)资助. 作者简介:徐新良(1972～ ),男,山东省青岛人,博士生,主要从事地图学与地理信息系统的应用研究.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.344 长江流域资源与环境 第13卷 建立地形等高线数字化矢量图;(2)建立空间拓扑关系和地图投影坐标系统,采用双标准纬线等面积割圆锥投影,中央经线为105°E,双标准纬线分别为25°N和47°N,采用KRASOVSKY椭
8、球体;(3)采用三角化不规则网(TIN:TriangulatedIrregularNet2work)方法,将矢量等高线图转成TIN数据结构,并进行空间插值;(4)将TIN数据结构转换成格网结构(Lattice);(5)对格网数据进行重采样,建立100m图1Shreve流域结构模式图分辨率的DEM数据。Fig.1DrainageStructure
