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一种基于DEM汇水累积量的径流节点提取方法

一、1.方法概述

(1)径流节点提取是水文水资源领域的一个重要研究课题，其目的是确定地表径流的起始点，对于流域水文过程模拟和水资源管理具有重要意义。基于DEM（数字高程模型）的汇水累积量径流节点提取方法，利用DEM数据的高程信息，通过计算每个栅格单元的汇水累积量，从而识别出流域内的径流节点。这种方法具有计算简单、效率高、结果直观等优点。

(2)在具体实施过程中，首先需要对DEM数据进行预处理，包括去除噪声、填充洼地等，以确保数据的准确性。随后，利用GIS软件中的汇水累积量计算工具，对整个流域进行网格化处理，并计算每个栅格单元的汇水累积量。一般来说，汇水累积量达到一定阈值（如1000平方米）的栅格单元被认为是径流节点。例如，在长江流域的某次研究中，通过对DEM数据进行处理，提取出汇水累积量大于5000平方米的径流节点，共计2000个，这些节点覆盖了整个流域的主要径流区域。

(3)为了验证提取结果的准确性，常采用实地调查和监测数据进行分析。例如，在某次研究过程中，通过对提取出的径流节点进行实地调查，发现实际径流起始点与提取结果高度吻合，误差率仅为3%。这一结果表明，基于DEM汇水累积量的径流节点提取方法具有较高的可靠性。此外，该方法还可以应用于不同尺度的流域，从小流域到大型河流，均能取得较好的效果。在实际应用中，基于DEM汇水累积量的径流节点提取方法已成为水文水资源领域的重要工具之一。

二、2.数据准备

(1)数据准备是径流节点提取方法中的基础步骤，主要包括DEM数据、气象数据、土地利用数据等。DEM数据是核心，它提供了地形高程信息，是计算汇水累积量的基础。在选择DEM数据时，需要考虑数据的空间分辨率和精度，通常要求DEM分辨率不低于30米，以确保计算的准确性。例如，在长江流域的研究中，使用了30米分辨率的DEM数据，该数据来源于国家基础地理信息中心。

(2)除了DEM数据，气象数据对于径流节点提取同样重要。气象数据包括降雨量、蒸发量、气温等，这些数据通常来源于气象站或气象卫星。在数据准备阶段，需要收集研究区域内的气象数据，并确保数据的时效性和代表性。例如，在某次研究中，使用了过去5年的气象数据，通过统计分析，选取了与径流变化关系最为密切的降雨量数据。

(3)土地利用数据能够反映地表覆盖情况，对径流节点提取也有一定影响。在数据准备阶段，需要收集研究区域的土地利用数据，如土地利用类型、植被覆盖度等。这些数据可以通过遥感影像获取，或者从地理信息系统数据库中提取。在径流节点提取过程中，土地利用数据可用于区分不同地表类型对径流的影响，从而提高提取结果的准确性。例如，在分析城市流域时，需要考虑建筑物、道路等不透水地表对径流的影响。

三、3.径流节点提取流程

(1)径流节点提取流程的第一步是对DEM数据进行预处理，包括去除噪声、填充洼地等，以确保数据的质量。这一步骤是至关重要的，因为DEM数据的质量直接影响后续计算的准确性。例如，在预处理过程中，可以使用Flood填充算法来填充洼地，减少对汇水累积量计算的影响。

(2)在完成DEM预处理后，进入汇水累积量计算阶段。这一步骤通常通过GIS软件中的汇水累积量计算工具实现，如ArcGIS中的Hydrology工具集。计算过程中，系统会自动识别每个栅格单元的汇水方向，并计算其汇水累积量。根据设定的阈值，通常将汇水累积量达到一定值的栅格单元定义为径流节点。例如，在黄河流域的研究中，设定的阈值为1000平方米。

(3)提取出的径流节点需要进一步分析验证，以确保其准确性。这一步骤通常包括实地调查和与历史水文数据的对比。实地调查可以通过GPS定位，对提取出的径流节点进行实地观测，以确认其是否为真正的径流起始点。同时，将提取结果与历史水文数据进行对比，分析其相关性，进一步验证提取结果的可靠性。例如，在某次研究中，通过对提取出的径流节点进行实地调查，发现实际径流起始点与提取结果高度吻合，验证了方法的准确性。

四、4.实例分析

(1)以某山区小流域为例，该流域面积约为15平方公里，地形起伏较大，属于典型的雨源型流域。为了研究该流域的径流节点提取效果，首先收集了该区域30米分辨率的DEM数据，并通过GIS软件进行了预处理。在汇水累积量计算中，设定阈值为1000平方米，提取出流域内共计200个径流节点。随后，通过对这些节点进行实地调查，发现实际径流起始点与提取结果高度一致，验证了方法的准确性。进一步分析表明，提取出的径流节点覆盖了流域内80%的径流区域，证明了该方法在山区小流域中的适用性。

(2)在对某大型河流的径流节点提取研究中，选取了该河流中游的一段作为研究对象，流域面积为1000平方公里。同样，使用了30米分辨率的DEM数据