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ARCGIS环境下基于DEM的流域特征提取


水 资 源 与 水 工 程 学 报 9 ! ":’ 9 ! 8’ , 9 > # $ $ % & ’ ( ) * + , ’ .+ / 0 ) 1 0 2 ’ ( ) 3 0 24 .+ / 0 ) 5 * 6 7 * 0 0 ) 7 * 6 ; 0 < = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
第! 卷第! 期 " 年 # $ $ % #月

?1 @ A B C环境下基于 D 5 E 的流域特征提取
赵 健! >贾忠华 ! >罗 纨 #
西安理工大学 环境科学研究所 >陕西 西安 " 西安理工大学 水资源研究所 >陕西 西安 " F ! 9 ! $ $ G H I# 9 ! $ $ G H J 摘 要 K研 究 选 取 位 于 陕 西 省 延 安 城 南 ! 采用! 大比例尺的比例 #L O ! $ $ $ $ M 处的万花乡向阳沟小流域N 尺 PM 分辨率的 D 作为基本的地形数据 应用 公司开发的 地理信息系统 软件进行流 > 5 E 5 C 1 B ?1 @ A B C 经分析得到了研究区域河网特征以及研究区其它常用的 流 域 特 征 信 息 > 与实际河流水系 域特征的提取 N

特征基本吻合 > 认为应用 D 5 E 划分的流域结果是合理的 N 关键词 K?1 ID @ A B C 5 EI流域特征 中图分类号 K R R R Q 文献标识码 K? 文章编号 K! % " # S % G R F # $ $ % J $ ! S $ $ " G S $ R T

U V W X Y Z W [ \Z Y W Z ] ^[ _ W ‘ X a ‘ [ X W b [ c d X a ^e U fg c b _ hi j k l m n
! ! # s o pi qr b Y _>r m io ] a _ h ] g Y>t u q vY _

F ! 9 >*{ >*{ >( " ! $ $ G H >2 I w x y z { z | z }~ !" x # { $ ~ x %} x z & ’ ( ) { } x ) } + & x,x { # } $ y { z -~ !. } ) / x ~ ’ ~ 0 + & x / & & x 1 { / { x & # 9 >*{ >*{ >( " ! $ $ G H >2 J w x y z { z | z }~ !3& z } $4 } y ~ | $ ) } y + & x,x { # } $ y { z -~ !. } ) / x ~ ’ ~ 0 + & x / & & x 1 { / { x &

K6 >+A >/ i 5 c W X Y Z W 7 08 + 8 0 ) 2 / ( 9 7 0 2 7 ’ :/ ’( 2 0 ?1 @ A B C 0 ’ 6 ) + 8 7 7 3 + , B * ’ ) M+ / 7 ’ *C ; 2 / 0 M2 ’ / :+ ) 0 ’0 < S

O ! $ $ $ $2 9T / ) + 3 // 3 + , 0+ * 0 2 ’ , ( / 7 ’ * 7 S 7 03 7 + ) + 3 / 0 ) 2’ -:+ / 0 ) 2 7 0 9< ;+ 2 2 ( M7 * 6D 5 E :7 / 7! 9 PM )

>+:+ #L >7 + * 6 ; + * 6 6 ’ ( / 0 ) 2 7 0 9, ’ 3 + / 0 9! M) ’ M2 ’ ( / 7 0 ) *’ =+ * + + *3 7 / ; 2 3 7 ’ 2 0 */ ’, 0 + ) */ 7 0 3 7 + ) + 3 / 0 ) 2

>/ >2 ’ :+ / 0 ) 2 7 0 9) ’ MD 5 E9.7 / 7+ * + , ; 2 7 2 ’ ?1 @ A B C 7 0 9 + / ++ < ’ ( / / 7 0 :+ / 0 ) 2 7 0 9 ( 3 7+ 2 , ’ :9 7 ) 0 3 S >/ 9 M0 * / 8 ) ’ 8 0 ) / 7 0 2 7 0 ;+ ) 02 + M0+ * 9) + / 7 ’ * + , K?1 ID >[ ?@ a X \ c @ A B C 5 EI3 + / 3 7 M0 * / 8 ) ’ 8 0 ) / 7 0 2 目 前> 利用 D 5 E 进 行 流 域 分 析 的 工 具 很 多> 是 J > ?1 @ A B C的 水 文 分 析 模 块 F A; 9 ) ’ , ’ 6 ;E’ 9 0 , 美 国 环境系 统 研 究 所 公 司 F 为 ?1 J 5 C 1 B @ A B C推 出 的 一 个水文分析 模 块 > 主要用于地形和河流网系的 提取和分析 > 实现地形模型可视化 N 其强大的流域特 征分析功能可以满足各种流域 D 5 E 处 理 的 需 要N 本 文 运 用 ?1 @ A B C的 水 文 分 析 模 块 F A; 9 ) ’ , ’ 6 ; 利用 D J > #L E’ 9 0 , 5 E 数据对陕西延安城南! M处 的万花乡向阳沟小流域进行了流域特征提取 N

9@ >2 :’ ) L 2 + * 9’ ) / 7 0 ) 3 + / 3 7 M0 * / 8 ) ’ 8 0 ) / 7 0 2 + ) 0 3 ’ , , 0 3 / 0 9 ’ M8 + ) 7 * 6:7 / 7/ 7 0 + 3 / ( + , 3 + / 3 7 S / 7 ’ * / ) 0 + M* 0 /

B 9 B ?1 @ A B C的水文分析模块简介 水 文分析模型主要由地形处理F 6 0 ) ) + 7 *Q ) 0 S

流域处理F 网 C C J J 8 ) ’ 3 0 2 2 7 * 6 .+ / 0 ) 2 7 0 9Q ) ’ 3 0 2 2 7 * 6 络工具F J C属 性 工 具 F :0 / :’ ) L6 ’ ’ , 2 ?/ / ) 7 < ( / 0 四大部分组成 N 其中 K J 6 ’ ’ , 2 工具实 F ! J地 形 处 理 F J 6 0 ) ) + 7 *Q ) 0 8 ) ’ 3 0 2 2 7 * 6 现K 坑洼填平 C J D 5 E 再处理F D 5 E 1 0 3 ’ * 9 7 / 7 ’ * 7 * 6 流向确定F 流量累积 F J C J C ; 7 , , C 7 * L 2 ; , ’ :D 7 ) 0 3 / 7 ’ *

B ?1 @ A B C的水文分析介绍
水 文 分析模型 F 的 主 要功 能 J A; 9 ) ’ , ’ 6 ;M’ 9 0 , 是从数字 高 程 模 型 F 中提取用于地表水文要 D 5 EJ 素特征信息 > 并进行一系列的分析及可视化显示 N

河系定义F F J C S ; , ’ : ?3 3 ( M( , + / 7 ’ * C / ) 0 + MD 0 7 * 7 集水区栅格描绘F C J / 7 ’ * @ + / 3 7 M0 * / 2A ) 7 9D 0 , 7 * S

集水区矢量化F J C 0 + / 7 ’ * @ + / 3 7 M0 * / 2Q ’ , ; 6 ’ *Q ) ’ S 流径处理F 等 JC J 3 0 2 2 7 * 6 D ) + 7 * + 6 0D 7 * 0Q ) ’ 3 0 2 2 7 * 6 功能 N 工具实 F # J流域处理 F J .+ / 0 ) 2 7 0 9Q ) ’ 3 0 2 2 7 * 6

收稿日期 K # $ $ P S $ ! S $ # I 修稿日期 K # $ $ P S $ G S # H 基金项目 K 陕西省重点实验室基金项目 赵健 F 男F 汉族 J 湖北武汉人 > 硕士 > 主要从事流域 A 作者简介 K ! E " E S J > > 万方数据 B C研究 N

第 X期

赵 健U 等! :S ; F T 4环境下基于 L V 的流域特征提取

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现! 分批流域描绘" 2 3 # $ % & ’($ % ) * + ’ ) ,) . / 0 ) $ % / 1 0 分批子流域描绘 "# 8 $ % & ’4 5 67$ % ) * + ’ ) ,) . / 0 ) $ 确 定 排 水 区 质 心 2 3 " 2 3 % / 1 0 * $ / 0 $ 9 ):* ) $; ) 0 % * 1 / , 确定最长流径 " 等功能 ? 2 < 1 0 9 ) + % = . 1 7> $ % ’ 实现 ! 水文网络 " @ 2网络工具 " 2 A) % 71 * BC 1 1 . + 生成 " 节点生成 " 2 3 DE , * 1A) % 71 * BF ) 0 ) * $ % / 1 0 A1 , ) 存储流向" G 2 3 < / 0 B4 & ’ ) H$F ) 0 ) * $ % / 1 0 4 % 1 * )= . 1 7 设置流向 等功能 2 3 " 2 ? / * ) & % / 1 0 4 ) % = . 1 7/ * ) & % / 1 0 实 现! 查找下 " I 2属 性 工 具 " 2 :% % * / 6 5 % )C 1 1 . + 一 个下游流线 " 计算 2 3 = / 0 ,A) J % 1 70 + % * ) $ H< / 0 ) 下游流线到边界长度" ; $ . & 5 . $ % )< ) 0 9 % ’1 70 8 计算下游流线到交汇点长度 2 3 + % * ) $ HK 1 *L , 9 ) + 存 " 2 3 ; $ . & 5 . $ % )< ) 0 9 % ’1 70 + % * ) $ HK 1 *M 5 0 & % / 1 0 + 储流域出口" 属性确定" 2 3 4 % 1 * ):* ) $N5 % . ) % + ; 1 0 8 属性积聚" 2 3 + 1 . / , $ % ):% % * / 6 5 % ) + :& & 5 H5 . $ % ):% 8 显示时间序列 " 等功 2 3 2 % * / 6 5 % ) + / + O . $ EC / H)4 ) * / ) + 能? P Q R :S ; F T 4的水文分析方法 水流网络的 :* & F T 4作为提取研究地流域划分 3 重 要 工具 U 提供了 一 种 描 绘 地 表 物 理 特 性 的 水 文 分 析 方法 U 它以数字高程模型 " 作为数据 来 源 在 L V2 对 排 水系统进行 分 析 后 定 量 描 绘 该 系 统 ? 在描述这 些过程是有先后顺序的 ? 当描述流域或渠道网络时 U 根 据 输入数据的 特 性 某 些 步 骤 是 必 需 的 U 某些是可 选择的 ? 水流通过地表通常是流向最陡的方向 U 一旦 水 流 流向被确定 下 来 U 就可算出有多少网格的水流 流 入 给定的网格 ? 这一信息将决定流域边界和水流 网络 ? :* & F T 4中水文分析是以 M ) 0 + ) 0与 1 H/ 0 / W 5 ) 年提出的算法为依据进行计算 ? 图X 的流程图 " X Y Z Z 2 简要说明从 L V 中提取水文信息的步骤 ?

R :S ; F T 4的水文分析应用探讨
R Q P 研究区概况 研究地区位于延安市城南 X [B H 处的万花乡向 阳 沟 小 流 域 U该 流 域 地 处 东 经 X \ Y ] X Z ^ I _ ‘ a 北纬@ 海 拔 X\ X \ Y ] [ b ^ X _ ‘ U b ] @ [ ^ @ \ ‘ a@ b ] @ _ ^ \ \ ‘ ? _ [ a

相对高差 [ 属陕北黄土高原梁峁丘陵 X@ \ [HU _ \HU 沟壑区 " 沟口巴歇尔量水堰侧流断面控制面积@ Q _ 主沟长 [ 干沟比降 bcU 流域平均比降 ? Q YB B H2 HU [ 支毛沟X 条? 土壤 沟壑密度[ @ Z Q XcU Q I ZB HG B HU
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以黄绵土为主 U 少量红胶土 ? 由于受到地质 3 地貌 3 人 类 活 动3 气 候 等 多 种 因 素 的 影 响U 流域水土流失严
[ 占流域面积的 X 该流 重U 流失面积 @ \ \c? Q b I bB HU

域延河的生态环境和地区经济的发展有着重大的意 义? R Q R 数据源 L V 数据源是由陕西省基础地理信息中心提 即为 [ 栅格数据形式采用 L 横纵坐 _H[? U 4 S T F S T 标的分辨率均为 _HU 个U f 方向上共有栅格 XX I I g 方向上共有栅格 Y 个U 个? _ [ h方向上共有栅格 X R Q i 研究区河网特征提取 :* & F T 4环 境 下 河 网 特 征 提 取 的 有 关 命 令 集 成 根据 提取过程须按一定 L V 格 网 特 征 提 取 原 理U 程序进行 ? 利 用 :S " X 2洼 地 填 补 ! G ; T A= N的 = T < <指 令U 处理 以及突起" 在进 2 2 U L V 的洼地" + / 0 B O ) $ B 行这个指令之前可以先使用 4 找出 + T AjU / 0 B以 及 或者可以利用 = O ) $ B的 所 在 地 U T < <后 的 影 像 与 原 对" [ 2生 成 水 流 方 向 栅 格 ? L V 进行流向分 析? 应用水文分析库" 下的流向确定 2 DE , * 1 . 1 9 E

数字高程模型 U 栅格大小为 _He _HU 供的 X d X \ \ \ \

在 水文分析库" 菜 单 中U 使 用 起 来 方 便? 2 DE , * 1 . 1 9 E

始影像相减 U 即可得到洼地填补的位置以及填补量 ?

" 2命 令 U生 成 Z方 向 水 流 流 向 ? = . 1 7 / * ) & % / 1 0 的流向分析是比较网点与周边八个网点间 :* & F T 4 的高程大小与落 差 U 将高程下降最大的方向视为该 网点的流向 U 因此 产 生 的 流 向 网 格 图 层 为 八 方 位 之 分析结果 ? 根据无坑洼 " @ 2流 向 累 积 栅 格 ? L V 水流方 向栅格图层 U 应用水文分析库 " 下的流向 2 DE , * 1 . 1 9 E 累 积" 命令进行流向累积栅格 2 = . 1 7 :& & 5 H5 . $ % / 1 0 的计算 ? 此功能的 原 理 是 假 想 在 集 水 区 的 每 一 网 格
图 X :* & F T 4中水文分析流程图 万方数据

上降下一单位的 水 量 U 而后按网格的流向来向下移 动U 其移动经过的 网 格 则 使 其 累 积 流 量 值 提 升 一 个

L A

水 资 源 与 水 工 程 学 报

年 ; R R A

单位 ! 因此 ! 每一网格皆可计算出其所累积的上游流 量值 ! 由于投入每一网格的水量皆为一单位 ! 故流量 累 积 值亦代表各 网 格 的 上 游 集 流 网 格 数 量 ! 将之乘 上网格面积便可得到每一网点的上游集水面积 " # $ %对流向累积栅格设置阈值并进行水流网络 的提取 " 应用水文分析库 # 下的定义河系 % &’ ( ) * + * , ’ 命令对流向累积栅格设置集流 # % . ) / 0 12 / 3 4 5 4 . 4 * 5 阈 值" 集流阈值 # 为 % . 6 ) / 7 6 * + (* 3 3 + * 80 9 9 : 1: + 0 . 4 * 5 河 系 网络提取的 关 键 因 子 ! 利用所订定的累积流量 值# 或称为集水面积 % 作 为 河 道 认 定 的 门 槛 标 准" 初 始进行分析时 ! 可选择自小至大的几个集流阈值 ! 以 便 观 察最适河系 提 取 集 流 阈 值 大 致 的 坐 落 范 围 ! 本 研究最终确定 ;< 为集流域值 " = > 以设定的 集 流 阈 值 为 标 准 ! 利用 # > %河系提取 " 流径处理 # 命令自流量累 % 2 ) 0 4 5 0 , /? 4 5 /@ ) * 9 / 7 7 4 5 , 积 值 网格图层中 提 取 河 系 网 格 图 层 ! 凡是累积流量 大于等于集流阈值的网格即被定义为河道 " 利用 集 水 区 栅 格 描 绘 # # A %子流域的提取 " C B 0 . 集 水 区 矢 量 化 % E # 9 6 1/ 5 . 7D ) 4 (2 / + 4 5 / 0 . 4 * 5 B 0 . 9 6 C 命 令 进 行 子 流 域 划 分 % " 1/ 5 . 7@ * + ’ , * 5@ ) * 9 / 7 7 4 5 , FG B D H -是根据水流网络上每条流径的分叉和水流 方 向 决定子流域 边 界 " 每一条子流域上只有一条流 径! 同时该子流域内的所有栅格都应指向流径 "
图 ; 研究区域的子流域及水流网络图

由于提取出的水流网络与向阳沟流域治理措施 图 中 的 河 流 水 系 基 本 吻 合! 可以认为应用 2 J K划 分的流域结果是较为合理的 "

U 结



目前 ! 利用 2 在D J K 数据 ! H -平台支持下可以 快速准确地获取 流 域 的 河 网 结 构 ! 并可以根据汇流 累积单元数的阈值来生成不同密度的河网 " 但2 J K 的空间分辨 率 E 以及不同地形 2 J K 资 料 生 产 方 式! 特色等因素对提 取 结 果 有 一 定 影 响 ! 同时选取适当 阈值对集流面积的大小以及提取空间正确性也需要 进一步的相关探讨 " 参考文献 V
鲁学军! 等T 地理信息系统导论W 北京V 科学 W M X陈 述 彭 ! T KX 出版社 ! ; R R R T M T 冯险峰! 等T W ; X曾 彬 ! N T FG B H YZ [空间分析实用指南W KX N ; R R ; T FG B H YZ [ 中国技术咨询与培训中心 ! 孙 志 鸿T 网格式数值高程模型提取河系集流阈 W S X詹仕坚 ! 值之探讨 W 台湾大学地理学报 ! X T ; R R R ! ; < V ; L P$ > T \ 郝振纯 T 基于 2 地球科 W $ X李丽 ! X T J K 流域特征提 取 综 述 W \ 学进展 ! ; R R S ! M < # ; % V ; > M P; > A T 汤 国 安! 刘 咏 梅! 等T 河网径流节点及其基于 W > X易 红 伟 ! 水 土 保 持 学 报! X T ; R R S ! M = # S % V M M S 2 J K 的自动提取W \ PM M < T

I 结果分析
本 研究中采用地理信息系统# 将 F) 9 D H -软 件 % 数字高程 模 型 # 作为基本的地形数据处理后 2 J K% 将向阳沟地区划分为 ; 个子流域 ! 一条主渠道 E 若干 L 条 支 渠作为水流 网 络 " 研究区其它常用的流域特征 信息见表 M 研究区域河网特征见图 ; ! "
表 M 研究区部分流域特征 出口 高程 N 1 流域 面积 N O 1
;

地面 起伏 N 1

支沟 数量 个 N M S M A

最长 河道

河网 密度
PM

干沟 比降 N Q

N O 1 N O 1

实际值 M R > ; S T A $ A ; > R 模拟值 M R > R S T A S M ; > M

; T = R ; T $ < R A T R R S T S M ; T ; > M S T $ ;

万方数据

ARCGIS环境下基于DEM的流域特征提取
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 赵健, 贾忠华, 罗纨, ZHAO Jian, JIA Zhong-hua, LUO Wan 赵健,贾忠华,ZHAO Jian,JIA Zhong-hua(西安理工大学,环境科学研究所,陕西,西安 ,710048), 罗纨,LUO Wan(西安理工大学,水资源研究所,陕西,西安,710048) 水资源与水工程学报 JOURNAL OF WATER RESOURCES AND WATER ENGINEERING 2006,17(1) 46次

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引用本文格式:赵健.贾忠华.罗纨.ZHAO Jian.JIA Zhong-hua.LUO Wan ARCGIS环境下基于DEM的流域特征提取 [期刊论文]-水资源与水工程学报 2006(1)


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, 2008 2008 年 11 月 JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY 基于 ArcGIS 环境下 DEM 流域特征提取及应用孙庆艳 1 余新晓 1 胡淑萍 1 肖 洋 1 李金海 2...

ArcGIS环境下基于DEM的信息提取及应用_图文.pdf

ArcGIS环境下基于DEM的信息提取及应用 - 第29卷 第4期 2010年1

基于ArcGIS的流域数字特征提取模型_论文.pdf

基于ArcGIS的流域数字特征提取模型 - 建立一个基于ArcGIS的从DEM数据中提取流域数字特征的模型,并按照模型运行顺序分析了其功能,而且利用该模型提取某一地区的流域数字...

基于DEM的青龙河流域数字河网提取.doc

该文基于 SRTM DEM 数据以青龙河水域为研究对象进 行流域特征信息提取,提取结果...面径流漫流模型的数字河网提取方法,并在 ArcGIS 环境下通过青龙河流域的实例...

基于ArcGIS的地形特征提取.pdf

流域边界 图 1 全局算法流程图 特征地形要素从表示的内容上可分为地形特征点...ARCGIS环境下基于DEM的流... 3页 1下载券 ArcGIS环境下基于DEM的水... ...

基于ArcGIS和DEM在水文流域模拟中的应用_王敏嫱_图文.pdf

基于ArcGISDEM在水文流域模拟的应用_王敏嫱_天文/地理_自然科学_专业资料。...后, 利用填洼算法再次对 DEM 进行修正 , 由此提取的流域特征比较符合实际 。 ...

利用ARCGIS实现滇池SRTMDEM数据的流域特征自动提取研究.pdf

利用ARCGIS实现滇池SRTMDEM数据的流域特征自动提取研究 - DOI:C

ArcGis+9.0中基于DEM的水文信息提取方法_图文.pdf

王玉富.王翰钊.WANG Yu-fu.WANG Han-zhao ArcGIS环境下基于DEM的流域特征提取[期刊论文]-湖北民族学院学 报(自然科学版)2010,28(4) 5. 李晶.张征.朱建刚.牟...

基于ArcGIS的DEM流域划分.pdf

:!! 塑Q:垒 基于ArcGISDEM流域划分程峥,李永胜。高微微(西北大学城市与环境...本文利用ArcGIS中的水文分析工具从DEM中提取流域水文特征。主要包括:DEM的预...

基于DEM的ArcGIS水文分析河网和流域的提取_图文.doc

基于DEM的ArcGIS水文分析河网和流域的提取 - 基于 DEM 的 ArcGIS 水文分析 河网和流域的提取 一、实验背景 水文分析是DEM 数据应用的一个重要方面。而利用...

基于ArcGIS的DEM流域划分.pdf

33 NO. 6 基于 ArcGIS 的 DEM 流域划分程峥, 李永胜 , 高微微( 西北大学...基于 ArcGIS 环境下 DEM 流 30 ( 02 ): 域特征 提取及应用[J].北京林业...

基于ArcGIS的DEM流域划分_程峥.pdf

33 NO. 6 基于 ArcGIS 的 DEM 流域划分程峥, 李永胜 , 高微微( 西北大学...基于 ArcGIS 环境下 DEM 流 30 ( 02 ): 域特征 提取及应用[J].北京林业...

GIS环境下基于DEM的流域自动提取方法.pdf

ARCGIS环境下基于DEM的流域... 3页 2财富值喜欢此文档的还喜欢 ...提取一定地理空 间范 围内的 自然 水系基 特征 .通过 DM 可以提取大量的地表...

基于DEM的流域水文特征提取方法研究_图文.pdf

基于DEM的流域水文特征提取方法研究 - 运用GIS软件ArcGIS,以黄土丘陵沟壑区小流域为例,探讨了从数字高程模型(DEM)中提取流域水文特征的详细过程,包括:DEM的生成和预...

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