基于DEM的河流流域自动提取及其应用

胡晓婷

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127)

1 从DEM提取流域水文特征简介

数字高程模型(DEM)是目前用于流域分析的主要数据，由于DEM数据能够反映一定分辨率的局部地形特征，因此通过DEM可提取大量的地表形态信息，这些信息包含流域网格单元的坡度、坡向以及单元格之间的关系等。同时根据一定的算法可以确定地表水流路径、河流网络和流域的边界。因此从DEM提取流域特征，一个良好的流域结构模式是设计算法的前提和关键。Horton、Strahler和Shreve等都对流域的结构提出了自己的见解，1967年Shreve描述的“具有一个根的树状结构流域”结构模式较为普遍(如图1所示)。

图1 Shreve流域结构模式图

基于DEM流域河网水系的提取方法很多，概括起来，主要有两种基本的方法从DEM提取水系。第一种方法是用1个矩形窗口扫描DEM矩阵来确定洼地，位于洼地内的栅格单元标记为水系的组成部分。这种方法最严重的缺陷在于生成的水系不连续，特别对于地形起伏较小或地形复杂处，上述缺陷更为突出。另一种方法是o’CallaghanMark(1984)提出的坡面流模拟方法，模拟地表径流在地表的流动来产生水系。该算法依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理，确定DEM中每一个栅格单元的水流方向;然后根据栅格单元的水流方向计算每一个栅格单元的上游给水区，再选择合适的水道给养面积阂值来确定河网。该方法提出从DEM数据提取流域信息可分为以下3个基本流程。

(1)填洼和计算流向矩阵(洼地指一个栅格的高程比周围的8个栅格的高程都低)。……