基于archydrotools的流域特征自动提取_以贵州省内乌江流域为例

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1、地球与环境2006年第34卷第3期30EARTHANDENVIRONMENTVol.34,No.3,2006文章编号：1672-9250（2006）03-0030-08基于ArcHydroTools的流域特征自动提取——以贵州省内乌江流域为例1，21∗唐从国，刘丛强（1．中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州贵阳550002；2．中国科学院研究生院，北京100049）摘要：简要回顾和讨论了基于栅格数字高程模型(DEM)自动提取流域特征的原理和方法，介绍了一个新的基于ArcGIS开发的提取流域特征的

2、工具ArcHydroTools，基于ArcHydroTools提取流域特征包括5个流程：DEM的预处理、水流流向的确定、汇流栅格图的生成、河网的自动生成、子流域边界的划分。最后以贵州省内乌江流域为研究区进行了试验，试验结果表明：提取结果的精度在总体上是符合要求的，但在地势平坦区或人类活动干扰较大的地区，提取的结果与实际相差较大。从提取的效率和试验结果的精度两方面来看，基于ArcHydroTools的流域特征自动提取是切实可行的。关键词：ArcHydroTools；DEM；自动提取；最小水道集水面积阀值；流域特征中图

3、分类号：P208；P331文献标识码：A随着数字技术的迅猛发展，特别是地理信息系本文中利用ArcGIS及其扩展模块ArcHydroTools，统（GIS）在海量数据存储与管理、空间分析及可在1:25万DEM的基础上，通过模拟水流流向、流视化显示和制图等方面的卓越功能，已使目前水文域汇流能力、河网自动生成、子流域边界划分来提模型研究的重点从流域水文统计模型转到GIS与水取流域特征，为下一步建立分布式水文模型及非点文机理模型相结合的分布式水文模型研究方面，而源污染模型提供水文参数。基于DEM提取流域水文特征技术正是这种

4、研究的1基于DEM提取流域特征算法概述[1]关键接口。DEM是描述地面高程值空间分布的一组有序基于DEM提取流域特征算法，最早是1975年[3]数组，能够反映一定分辨率的局部地形特征，通常Peucker和Douglas提出的基于谷点的算法，但该有格网（GRID）、不规则三角网（TINs）、矢量（数算法会生成许多不连续的河道片断，且会产生非单[2]字线划）（DLGs）3种形式，其中栅格DEM最为网格宽度的河网（用该方法提取的河网有可能在其[4－5]普遍，计算处理方法简单有效，且和遥感数据在结垂直于水流流向上占有2个或

5、2个以上的网格）。构上容易匹配，在流域水文模拟中得到广泛应用。目前应用最广泛的算法仍然是1984年O’Callaghan[6]和Mark提出的坡面径流模拟算法，该算法又称水流累积算法，其基础是栅格间水流流向的判别，核收稿日期：2006-03-08；修回日期：2006-04-18基金项目：中国科学院重要方向项目（KZCX3-SW-140）；心是计算每个栅格点上游汇流区的面积即汇流累积中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1-SW-12)值。坡面径流模拟算法按确定水流流向方法的不同第一作者简介：唐从国(1978—)，

6、男，博士，主要从事流域出现了许多改进算法，可以分为单流向算法和多流水文水环境研究。E-mail:tangcongguo@hotmail.com或向算法，其中单流向算法有D8（Deterministic-8easetang@yahoo.com.cn[6][7][8]∗通讯作者：刘丛强，E-mail:liucongqiang@vip.skleg.ac.cnnode）、Rho8（Random-8node）、DEMON、第3期唐从国等：基于ArcHydroTools的流域特征自动提取——以贵州省内乌江流域为例31[9][1

7、0D∞算法等；多流向算法有FD8、FRho8等算法采用降低阻挡处高程穿透法处理，平地处采用修正－12]。D8算法由于成熟稳定、易于程序实现，得到周围高程的方法处理，形成连续的收敛的水道。广泛应用。2实例研究目前基于DEM提取流域特征有多种成熟的软件可用，通过这些软件，可以方便的实现上述一系2.1研究区概况列算法思想。常用的软件有美国贵州省内乌江流域地处云贵高原东部和四川盆2ESRI(EnvironmentalSystemsResearchInstitute)公司地南沿，流域面积66990km，占乌江流域总面积[16

8、]提供的ArcGIS及相应的水文扩展模块；美国陆军的76.24%，属亚热带季风气候区，雨量丰沛，全工程公司研制的GRASS（GeographicResources年降雨量80%以上集中在5～8月，多年平均降雨AnalysisSupportSystem）系统[13]；RIVIX提供的量分布大致从西向东减少，西部地区1141mm，中[17]RiverTools（