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摘 要

数字高程模型（DEM）是重要的空间数据，更是流域分析的主要数据来源，提供了丰富的地质地貌和水文特征信息。基于DEM的流域特征的自动提取是流域数字化研究的重点，流域水文信息是建立水文模型的重要数据支撑，建立完善的水文模型有利于水资源利用、生态保护、农业生产等方面的发展，因此对于河网水系的信息提取和特征分析具有重要的理论价值和社会意义。本文以黄山地表水文流域为例，采用ArcGIS软件的水文分析模块详细介绍了基于DEM提取水文特征并生成河网的方法，包括流向计算、洼地判定、洼地填充、计算水流长度、汇流分析、河网的生成和分级、子流域的划分和分类。研究表明，黄山地表河网水系起伏交错，经过反复试验，阈值为1000时提取的河网最符合实际情况。流域整体河网密度较大，多为狭长型小流域，植被破坏和水土流失严重。

关键词：DEM，流域特征，水文分析，河网分级，子流域

Abstract：Digital elevation model (DEM) is an important spatial data, it is the main data source of watershed analysis, and provides a wealth of information on the geological features and hydrological characteristics. Based on the automatic extraction of watershed characteristics of DEM is the focus of the digitalization of basin, hydrological information is established the important data of hydrological model support, establish perfect hydrological model for the water resources utilization and ecological protection, agricultural production and other aspects of development, so for river drainage network information extraction and feature analysis has important theoretical value and social significance. The Huangshan surface hydrology, for example by hydrological analysis module of ArcGIS software described in detail based on the method of DEM extraction hydrological characteristics and generate river network, including flow calculations, determine the depression, depression filling, flow length, convergence analysis, network generation and classification, sub basin classification and calculation was introduced in detail. Studies have shown that Huangshan surface drainage network ups and downs staggered, after repeated tests, the threshold for 1000 extraction of river network accords with the actual situation. The whole river basin density for narrow small watershed, vegetation destruction and soil erosion.

Keywords：DEM, watershed characteristics, hydrological analysis, stream order, Sub Basin

目 录

1 绪论 4

1.1 问题的提出 4

1.2 研究背景与意义 4

1.3 国内外研究现状 5

2 研究基础 6

2.1 研究区域概况 6

2.2 数据基础 6

2.3 研究方法及技术路线 7

3 黄山区域地表河网提取实现 8

3.1 流域DEM预处理 9

3.2 确定格网水流方向 11

3.3 汇流分析 12

3.4 河网生成及河网分级 14

3.5 精度分析 15

3.6 流域分析 18

3.7 本章小结 19

4 子流域分析 19

4.1 子流域划分 19

4.2 子流域分类 21

4.3 本章小结 23

结 论 25

参 考 文 献 26

致 谢 28

1. 绪论

1.1 问题的提出

上世纪九十年代，基于美国前副总统戈尔《数字地球》的演讲 ，“数字地球”^[1]衍生出了“数字中国”、“数字城市”、“数字流域”等众多新概念在国际水文领域广泛流传，引起了世界各国领导和专家学者的重视。“数字流域”的概念在1998年由张勇传^[2]院士提出，此后我国进入到“数字黄河”、“数字海河”、“数字长江”等一系列数字流域的建设规划。迫于我国的水资源问题十分严峻，亟需分析数字化的流域特征以研究和解决我国江河水利水害问题。

在传统的流域水文分析中，水文特征信息的采集和整理全部由手工完成，耗时巨大，并且精确度较低，因此水资源的管理规划需要自动化的、快速精确的改革。基于对水资源的变革需求，“数字流域”这一概念被人们广泛应用于水利建设中，“数字流域”是“数字地球”的有机组成部分，它是关于流域的信息集合。全局化的数字流域分析可以精确模拟流域特征和发展规律，为城市规划、防洪灌溉等多方面提供服务。

随着GIS技术的飞速发展，DEM被广泛应用，基于DEM^[3.4]的数字水系和流域的提取可以高效又准确的建立水文模型，DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）的概念是Miller在1958年提出来的，它是描述地面高程值在空间分布上的一组有序数组，是数字地形模型的组件之一。针对不同的地形复杂程度，DEM数据能够利用不同的分辨率反映出局部地形的特征^[5]，这样就便于计算机自动提取出一定地理范围里的河流水系，因此它是研究流域水文模型^[6]的主要基础数据。

1.2 研究背景与意义

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