基于DEM的南充境内河网提取

摘 要：该文应用水文分析方法提取南充境内河流网络。采用ARCGIS10.0作为软件平台，基于南充地^影像图得到无洼地DEM。从无洼地DEM提取出水流方向、汇流累积量，最终得到矢量河网。实验发现阈值的设置对提取到的河网起决定性作用。

关键词：DEM；南充市；河网提取

中图分类号 P333 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）11-0033-04

River Network Extraction in Nangchong Based on DEM

Wu Qiangjianzhong et al.

（School of Land and Resources，China West Normal University，Nanchong 637009，China）

Abstract：This paper applicated the method of hydrology for extraction of river network in Nanchong County of Sichuan based on DEM.Using ARCGIS10 as software platform，based on satellite imagery received non_depression DEM.Extract direction of flow，flow accumulation from non_depression DEM and finally received river network.The setting of threshold plays a decisive role for extracting river network.

Key words：DEM；Nanchong City；River network extraction

DEM是描述地球表面形态的多种信息空间分布的有序数字阵列，是地球表面地形地貌的一种离散表达，现已经成为国家空间数据基础设施的“4D”产品之一，是水文分析的主要数据[1]。利用DEM可以快捷的得到数字流域信息[2]。数字流域信息能够反映河流分布的规律并能模拟河流分布的形态，广泛应用于水文预测、城市规划等领域，是地理数据的核心内容之一，也是分布式水文模型的基础数据[3]。数字流域信息对地区规划设计，洪涝灾害监测都有非常重要的意义。因此，基于DEM的流域分析已经非常常见[4-8]，例如，郭超颖研究不同水平分辨率对流域水文特征的影响发现，相同阈值下分辨率越低，地形及水流就越简单，相反则越详细[9]；李霜林等借助ArcGIS平台，在DEM上进行流域分析，提取了长江三峡地区地形的河网、集水区域等重要水文信息，方便了三峡地区水资源利用，地质灾害的监测等[10]。本文基于DEM地表水文分析的方法，运用ArcGIS10.0作为软件平台，提取了南充段嘉陵江流域的水流方向、汇流累积量等河流信息，最终得到矢量河网。

1 研究区域概况

南充市地处四川盆地东北部，介于30°35′N～31°51′N、105°27′E～106°58′E；南北跨度165km（图1），东西跨度143km。东邻达州市，南连广安市，西与遂宁市、绵阳市接壤，北与广元市、巴中市毗邻，幅员面积12479.96km2。嘉陵江流经南充市的阆中、南部、仪陇、蓬安4县市和高坪、顺庆、嘉陵3区，全长298km，沿途接纳了东河、构溪河、西河、西充河等支流，流域面积9753km2，占南充市总面积的78%。北与广元、巴中市毗邻，南与广安市相接，东临达州市，西接遂宁、绵阳市。南充水系比较发达，除嘉陵江外南充还有20余条支小河流和24座大中小型通航水库，较大的支流有东河、构溪河、西河、西充河等，与嘉陵江交汇形成树枝状水系。嘉陵江水系河道蜿蜒曲折，多曲流，河道弯曲系数一般在2以上，在南充青居牛肚坝形成了堪称“世界地貌奇观”的大曲流，河道回旋接近360°；嘉陵江流量大，季节分配不均，年际变化大，夏秋多，冬春少；嘉陵江含沙量大，以细沙粒物质为主。

2 数据与方法

2.1 数据 本研究的数据主要为南充及周边地区的影像地图。为了契合小流域范围内的水域分析，选择下载有符号整型像素深度16位的单波段TIFF格式影像数据，投影类型D_WGS_1984_UTM_Zone_48N，线性单位为：meter，分辨率为30m×30m。实验中下载的DEM数据共有4幅。将四幅影像图在ArcGIS中合并，设置合并后的数据基本信息为有符号整型、像素深度16位、波段数为1。运用按掩膜提取工具去除南充辖区以外的区域，得到只包含南充地区的DEM数据。图幅范围（上：35421199.13288，左：499973.201333，右：692964.201333，下：3318729.13288）；灰度值范围：43～183；可以看出图中灰度值较高的区域为水体，以河流为主。

2.2 研究方法 地表河流网提取是DEM水文分析的主要内容之一，目前河网提取方法主要采用地表径流漫流模型：首先在无洼地DEM上拟用最大坡降法计算每一个栅格的水流方向，然后依据自然水流由高处流往低处的自然规律，计算出每一个栅格在水流方向上累积的栅格数，既汇流累积量。假设每个栅格携带一份水流，那么栅格的汇流累积量就代表该栅格的水流量。基于这种思维，当汇流量达到一定值就会产生地表水流，所有汇流量大于临界值的栅格就存在潜在的水流路径，这些水流路径构成的河流网络就称为河网。本实验从原始DEM数据处理，最后得到矢量河网，主要可以分为提取无洼地DEM的水流方向、计算汇流累积量、设置临界积水面积阈值生成河网、河网矢量化等几个步骤[11]。具体流程如图2所示。

DEM是一种地形表面模型，其中包含有真实洼地和假的洼地既由数据精度不够高所造成的水流积聚地。洼地填平的主要功能是排除由于DEM的精度不够高所产生的假的洼地。这些区域的存在会让分析得不到我们想要的效果甚至出现错误的水流方向，因此做水文分析之前需要对原始DEM数据进行洼地填充生成无洼地DEM。具体步骤如下：