王彬

摘 要：運用GIS軟件ARC/INFO、ArcView，以磐石市地形資料為例，探討了數(shù)字高程模型（DEM）的建立并介紹其基本原理及其基本應(yīng)用。本次DEM的建立以磐石地區(qū)1：10000地形紙圖為數(shù)據(jù)源，矢量數(shù)據(jù)內(nèi)插生成DEM的方法，并提取該地區(qū)的水文特征。

關(guān)鍵詞：ArcView；DEM；GIS；水文特征提取

1 引言

今年的中央一號文件對水利工作作出了重大戰(zhàn)略部署，水文是水利的重要基礎(chǔ)，今后水文工作的發(fā)展方向必將是自動化和信息化。在此背景下，研究水文特征，收集水文資料、進(jìn)行水文分析、關(guān)注水文情勢預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警，則顯得尤為重要。近年的防汛抗洪中，水文監(jiān)測預(yù)報為科學(xué)有序地防洪搶險做出了重要貢獻(xiàn)，充分說明了水文工作在社會事業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的重要性和必要性。

地球信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是一種采集、儲存、管理、分析，顯示與應(yīng)用地理信息的計算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，作為一種多信息源的空間化、動態(tài)化、多學(xué)科交叉的信息科學(xué)和技術(shù)，其優(yōu)勢正好符合反映流域或區(qū)域水文系統(tǒng)要素的空間分布和動態(tài)變化的要求。因此它成了流域水文模擬研究中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 研究區(qū)概況

2.1 研究區(qū)地理位置

磐石市為飲馬河、輝發(fā)河、富太河、擋石河等河的發(fā)源地，地理坐標(biāo)東經(jīng)125°40′～126°40′，北緯42°39′～43°27′。磐石市地處吉林省中南部，吉林市南部，東靠樺甸市，南鄰輝南縣，西與梅河口市、東豐縣、伊通縣接壤，北與雙陽縣、永吉縣毗連。

2.2 研究區(qū)氣象水文

磐石市地處內(nèi)陸山區(qū)的中緯度亞溫帶大陸性氣候區(qū)，四季分明，寒暑溫差變化顯著，多年平均氣溫4.72攝氏度，多年平均降水量為697.2mm（其中約有80%降水量集中在6～8月份）。

該區(qū)冬季多受西伯利亞高空寒冷高氣壓帶影響，主導(dǎo)風(fēng)向為西南風(fēng)，年平均風(fēng)速2.5m/s。蒸發(fā)量多年平均值為1320.1mm（直徑20cm蒸發(fā)皿），蒸發(fā)量大于降水量。磐石市標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1.62m，無霜期100～150天，年平均日照時數(shù)為2372.6小時。

本區(qū)水系較發(fā)育，地表水系為松花江的支流輝發(fā)河水系。低山丘陵區(qū)的溝谷地帶發(fā)育季節(jié)性河流，流量不大。

2.3研究區(qū)地形地貌

磐石市地處長白山麓，地形中部、東北部高，南北部較低，似屋脊地勢，海拔300m～1000m，成為境內(nèi)松花江兩大支流水系-飲馬河水系和輝發(fā)河水系的分水嶺。勘測區(qū)地貌總體特征：低山丘陵分布廣泛，山體短小，走向紊亂?？睖y區(qū)地勢以中-低山、丘陵為特征，最高峰為七個頂子，海拔為569.7m。區(qū)內(nèi)地勢北高南低，平均海拔高度318～325m。按照地貌成因及形態(tài)，可分為構(gòu)造剝蝕低山、丘陵和沖積河谷地貌（如圖1）。地形地貌條件是影響地表水運動以及地下水的補(bǔ)徑排條件的重要因素。

3 研究區(qū)DEM的建立

本文所介紹的主要內(nèi)容是基于DEM的地表水文分析，是利用水文分析工具提取重要地形指標(biāo)，如坡度、坡長、坡向等。通過對這些基本水文因子的提取和對基本水文分析，可以在DEM表面之上再現(xiàn)水流的流動過程，最終完成水文分析過程。

3.1 1：10000柵格DEM的建立

GIS中常用的DEM是基于2.5維表現(xiàn)形式的規(guī)則網(wǎng)格（GRID）和三角網(wǎng)（TIN），以及基于二維平面形式表示的等值線圖。其中以等高線為數(shù)據(jù)源制作DEM是最常用的一種方法，傳統(tǒng)的地形圖被廣泛用作數(shù)據(jù)源應(yīng)用于DEM的生成。

1：10000DEM的建立，利用大比例尺數(shù)字地圖為信息源，是最快捷的方法，一般采用Arc/info軟件。地形圖上的等高線含有豐富的高程信息，利用這些高程信息產(chǎn)生DEM數(shù)據(jù)，可以發(fā)揮地形圖的作用，而地表的地形變化一般來說都是比較小的。結(jié)合課題，本次DEM的建立以磐石地區(qū)1：10000地形紙圖為數(shù)據(jù)源，矢量數(shù)據(jù)內(nèi)插生成DEM。DEM的建立簡單概括為：第一步柵格底圖的生成；第二步高程信息的獲取；第三步將生成的矢量圖利用不規(guī)則三角形內(nèi)插生成DEM。通過以上DEM的生成步驟，在操作過程中嚴(yán)格要求，利用Arcview軟件，我們生成了研究區(qū)的數(shù)字高程模型如圖2。

3.2 基于DEM的重要地形因子分析和提取

3.2.1 研究區(qū)高程因子：是地面任一點距大地水準(zhǔn)面的垂直距離。DEM所提供的原始數(shù)據(jù)即為海拔高程，是DEM最基本信息。如圖3

3.2..2 研究區(qū)幾個重要地形因子的提?。豪蒙傻腄ME可以提取研究區(qū)坡向因子。坡向影響著地面光熱等資源的分配，決定地表徑流的流向，是影響地理景觀的重要因子之一。利用它可以計算研究區(qū)域內(nèi)的每一點的太陽光照量，從而測定每一點的生物量；提取研究區(qū)坡長因子。坡長直接影響地面徑流的速度，相同條件下，坡面越長，匯聚的流量越大，侵蝕能力越強(qiáng)；提取研究區(qū)等高線。等高線是地面上高程相同的各點連成的閉合曲線。根據(jù)等高線圖形，可以量算各點的高程、坡向和坡度，也可以形象地表現(xiàn)出研究區(qū)的地貌形態(tài)特征；提取研究區(qū)平面曲率因子，通過生成的圖形可以反映出研究區(qū)地表所有的山脊線和山谷線。較大比例尺DEM可提取出溝脊線和溝谷線；提取研究區(qū)溝壑密度因子。溝壑密度的提取可通過水文分析的方法來獲得，然后通過統(tǒng)計查詢，查出溝壑的長度，再除以區(qū)域面積，則可得到區(qū)域的溝壑密度。其關(guān)鍵是確定溝壑的標(biāo)準(zhǔn)。溝壑密度能從宏觀上真實反映地形破碎程度和地面被徑流切割的程度，是反映土壤受侵蝕程度的重要定量指標(biāo)。研究區(qū)溝壑密度值越大，地表與降雨、徑流接觸發(fā)生侵蝕的面積就越大，降雨徑流的沖刷力和侵蝕力就越大，越易引起土壤侵蝕。

4 結(jié)束語

DEM的主要應(yīng)用有：（1）在測繪中繪制等高線，生成坡度圖、坡向圖、剖面圖等，以輔助地形、地貌分析；（2）在環(huán)境與規(guī)劃中可用于土地現(xiàn)狀的分析、各種規(guī)劃及洪水險情預(yù)報等；（3） 與GIS聯(lián)合進(jìn)行空間分析，提取水文特征。

在水文模擬應(yīng)用中主要是描述流域地形。包括流域劃分和子流域的邊界確定，河網(wǎng)的識別和提取坡度、坡向、坡長、密度、地形起伏、地面粗糙度的確定等，從而為流域分布式水文模型的構(gòu)建提供下墊面參數(shù)。隨著DEM提取水文特征技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，今后在平坦地區(qū)利用DEM提取水文特征的精度將會有進(jìn)一步的提高。

本次研究利用軟件GIS生成的DEM對磐石市水文特征進(jìn)行定量分析，可以清楚地掌握磐石市的水文特征。并且該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實用性，建立系統(tǒng)的成本低。所建立的的系統(tǒng)、圖件和研究結(jié)果將為當(dāng)?shù)厝藗兊纳a(chǎn)生活提供科學(xué)保障。