基于地貌结构与汇水特征的沟谷节点提取与分析——以陕北黄土高原为例-论文.pdf

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1、第23卷第1期水科学进展Vo1．23．NO．12012年1月ADVANCESINWATERSCIENCEJan．，2012DOI：CNKI：32．1309．P．20120104．2012．002基于地貌结构与汇水特征的沟谷节点提取与分析——以陕北黄土高原为例朱红春，汤国安，吴良超，钱柯健(1．南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏南京210046；2．山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛2665903．中煤航测遥感局，陕西西安710054)摘要：沟谷节点是流域中线状沟谷或河网的交汇点，集中反映了沟谷的地貌结构和水文特征。有效

2、获取并分析沟谷节点的结构与特征规律，对于系统、深入地研究流域地貌的空间形态结构、径流特征具有重要的作用。利用陕北黄土高原多地貌类型为实验区，设计并实现了基于高精度DEM的沟谷节点提取算法模型和等级标定方法，获取了实验区各级沟谷节点的数量和汇水值；运用数学模型分析法，分析了沟谷节点的数量和汇水值的分级数量关系，得到了具体的数学模拟方程；同时，运用等差分级的方式，分析了汇水累积量级差在不同地貌区的差异，初步探讨了地表形态在空间上的分异规律。关键词：数字高程模型；沟谷节点；分级；提取与分析中图分类号：TP343文献标志码：A文章编号：1001

3、—6791(2012)01007—07沟谷是反映流域地形特征的基本骨架，沟谷的产生过程和水文特征是所在流域地质、地貌、气候等诸多因素作用的综合反映，沟谷的获取手段、形态结构及其水文属性的研究，一直是流域水文学的重要研究内容。近年来，数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)是GIS数字地形分析和水文分析的基本数据源，利用DEM为数据源，运用DEM数字地形分析方法，进行沟谷的提取方法、流域与沟谷的水文特征分析、沟谷网络空间结构与分异的规律探求等方面的研究，已经成为地学和GIS领域的重要研究热点并取得了一系列的研究成

4、果，发展了众多的基于DEM沟谷网络自动提取算法，形成了黄土沟谷特征线的提取和基于DEM的流域分割的一整套技术方法。。，总结、提炼了一系列对流域地貌及沟谷特征分析的模式与方法。然而，目前对沟谷的研究大都是在面(流域面、正负地形面)和线(水系网络、沟谷纵剖面)层面上进行的；而在一个完整沟谷系统中，控制形态结构和水文属性跃迁标定的是线状沟谷的交汇点，即沟谷节点。已有的研究成果中(沟谷节点被称为径流节点)，仅仅提出了简单的基于线状沟谷的节点提取方法，并初步分析了节点的关键属性，没有建立兼顾地貌结构和水文特征的提取方法，缺乏针对沟谷节点水文和地形

5、特征的综合分析和验证。本文拟开展兼顾形态结构和成因机理的沟谷节点方面的研究，设计高效可行的DEM沟谷节点的提取方法，分析其在空间结构和属性描述上的规律，对于进行从交汇点一网络线一流域面的多维沟谷特征的探求，具有重要的作用；同时，也开辟了基于点分析模式深人研究沟谷空间分异特征和发育演进规律的新途径。收稿日期：2011-04—02：网络出版时间：2012-01—04网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／32．1309．P．20120104．2012．002．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(

6、41001294；40930531)作者简介：朱红春(1977一)，男，山东泰安人，副教授，主要从事DEM数字地形分析、GIS与遥感系统开发与应用。E—mail：sdnyxa@163．com—8水科学进展第23卷1沟谷节点的概念模型及提取方法1．1沟谷节点的涵义沟谷节点是指在某个级别完整流域的沟谷体系中，沟谷之间在空间上形成的交汇点(如图l所示)。对于每一个节点，均具有其空间特征(空间位置坐标)与属性特征(该点的河流水文和地形特征)；而节点的组合结构与水文属性的变化，体现了沟谷的空间结构特征与属性变化特征，也一定程度上映像了沟谷发育演化

7、的规律。1．2沟谷节点的分级流域地貌研究表明，沟谷的许多描述指标，如沟谷数量、平均长度、流域面积、汇水量等都与沟谷的级别存在密切的联系’⋯，因此，需要对沟谷节点进行等级划分。沟谷节点的分级原则和方法，主要是在沟谷网络级别划分的基础上进行的。按照沟谷节点所属支流的级别可将其分为：1级、2级、3级⋯⋯。分类的依据及方法与河流水系的各级支流等级划分原则一致，目前，普遍认可的沟谷网络划分是Strahler分级方法¨，沟谷网络分级的结果如图2所示。按照Strahler的等级划分原则，节点的级别确定为交汇于该点的两条(或多条)沟谷中级别最低的沟谷的

8、级别。例如：两条1级沟谷交汇形成2级沟谷，该节点的级别为第1级节点；1级沟谷和2级沟谷或3级沟谷甚至更高级别沟谷的交汇点的级别都为1级。同样，2级沟谷和3级沟谷交汇点的级别属于2级，依次类推。具体的节点划分