流域水系自动提取的方法和应用-湖泊科学.PDF

第15卷第3 期 湖 泊 科 学 Vol.15, No.3 2003 年9 月 Journal of Lake Sciences Sep., 2003 流域水系自动提取的方法和应用* 1,2 3 1 李昌峰 冯学智 赵 锐 (1中国科学院南京地理与湖泊研究所 南京 210008 2 中国科学院研究生院 北京 1000393 南京大学城市与资源学系 南京210093) 提 要 讨论由栅格数字高程模型(DEM)自动提取流域水系的原理和方法 并以西苕溪中 上游流域为研究区进行了河网生成实验.研究表明 在山地丘陵区和平均地形坡度不小于3 的区域 所生成河网具有很高的可靠性.为了解决在平均地形坡度小于3 的平坦区域河网生 成中产生的虚拟河网与自然水系偏差较大的问题 提出了利用主干河道和平原水系数字化作 为约束条件的生成河网的方法 取得了与实际情况比较接近的结果 从而使水文要素的模拟 更具有实际意义. 关键词 水系 DEM自动提取 集水区面积阈值 流域 + 分类号 P334 .91 1基于DEM的流域水文建模研究 从20世纪80年代后期以来 数字技术就促使一切科学技术发生着一场深刻的变革 水文科学也正在经历着这样一场前所未有的洗礼 水文科学与计算机及信息科学的交叉就 1 形成了当前研究比较活跃的数字水文学 .随着描述流域下垫面空间分布信息技术的日 益完善 流域地形 分水线 河网 子流域的表达和集水面积的计算都能用数字技术来实 现 流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化 分布式物理模型被广泛研究.当 前 基于数字流域模型的产汇流理论的应用构成了数字降水径流模型 模型的基本地形参 数可以自动计算 而且还可以方便的使用具有空间分布特征的遥感信息 大大提高了水文 模拟的效率 丰富了模型的信息 能够充分反映下垫面的空间分布不均匀对水文循环的影 响 2 .在流域水文模型的构建中 利用数字高程模型 进行流域水文模拟并提取水文要素信息得到了众多学者的关注. DEM是描述地面高程值空间分布的一组有序数组 能够反映一定分辨率的局部地形特 征 是目前用于流域地形分析的主要数据 因此也就能根据地形的局部特征 借助一定的 算法 进行一定地理空间范围内的水文模拟. DEM通常有格网(GRID)不规则三角网(TINs) 和矢量(数字划线)(DLGs)3种形式 3 其中栅格DEM比较普遍 计算处理方法简单有效 2 且和遥感数据在结构上容易匹配 在流域水文模拟中得到普遍应用 .当前 许多学者 * 中国科学院知识创新工程重大项目 KZCX1-SW-12-1-2 领域前沿项目 CXNIGLAS- A02- 11 联合资助. 2002-12-15 收稿 2003-05-19 收修改稿. 李昌峰 男 1972 年生 博士研究生. E-mail: chfli@163.com 206 湖 泊 科 学 15 卷 都致力于从栅格DEM中提取流域河网和分水线这两大地貌特征 因为这两大特征是流域水 文建模的主要参数 是实现流域空间离散化的有效途径.在DEM的基础上有多种比较成熟 的提取流域水文要素信息的方法 4 所提取流域的数字特征包括确定单元格网的流向 汇流路径 河网间的拓扑结构等过程 从而为水文模型提供下垫面数据的输入.基于格网 的地形分析技术在流域水文建模中的应用 一般采用了 O’Callaghan和 Mark的坡面径流 5 6 7 模拟方法 Jense,Garbrecht等在此基础由做了进一步的改进 这种算法通常 被称为 D8算法 后又有许多学者提出了多种确定水流流向的算法 8 如 Rho8,FRho