...基于时间序列的天宫一号高光谱数据和Landsat ETM+多光谱数据提取...
王曼 陈胤名 杨东岩
摘 要：本文将研究2017年7月13日发生特大洪灾的吉林永吉流域，利用WMS软件，根据数字高程模型（DEM）提取流域水系的原理和方法，提取出该流域的水文特征信息。
关键词：數字高程模型；流域建模系统；流域提取；水文特征
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.189
0 引 言
2017年7月13日的强降水天气，使吉林省吉林市部分县（市）区遭遇特大暴雨袭击，永吉县温德河发生特大洪水灾害。由于此地区经常发生洪水灾害，故以此流域为研究对象，提取流域水系。使用WMS软件对吉林永吉境内的温德河流域进行研究，并输入7月13日至7月14日的降雨数据，模拟此次洪水过程，进行灾害分析。
1 DEM原理
在DEM中提取水系的原理是坡面流模拟原理：水总是沿斜坡方向流动，最终流向高程最低的那个栅格。先计算出DEM中每个高程数据点的水流方向，再计算出每个高程数据点的上游集水区，利用上游集水区的高程数据，用累计流量最小值法确定属于水系的高程点，再根据水流方向，从流域源头将所有水系追索出来，并进行子流域的划分，构建河网，提取流域特征参数[1]。主要工作流程包括：输入DEM、数据预处理、计算水流方向、计算汇流累积量、生成河网、提取子流域、计算流域特征参数。其中河网的疏密程度取决于最小汇流累积值。
2 流域提取
2.1 流域概况
温德河流域位于长白山向松嫩平原的过渡地带，此流域处于北温带大陆性季风气候区，降水时空分布很不均匀，多年平均降水量687.6mm，其中6至9月份的降水量约占年降水量的70%左右。吉林永吉县四面群山环抱，地势相对低洼，由于短历时强降雨，四面山的水急速下来，形成“牤牛水”，城区内经常发生洪水灾害。2017年7月13号突发暴雨，导致14号凌晨发生特大洪水，洪峰达到3350m3/s。
2.2 DEM数据来源
本研究中利用的数字高程模型（DEM）数据是90m精度的SRTM地形文件，利用gis软件提取出来，本研究数据覆盖范围为：东经126°22′～126°39′，北纬43°19′～43°48′。
2.3 坐标系统转换
本模型中的DEM是用经纬度表示的椭球体坐标系，即WGS84地理坐标系，要适用于WMS，便要转换为用X、Y坐标表示的平面直角坐标系，即UTM投影坐标系，本文研究中此流域设定为：北半球、东经 125°～130°。
2.4 设定汇流累积量
区域内每个栅格的流水累积量用汇流累积量来表示。栅格的汇流累积量越大， 表明能够流入的流量就越多，汇流能力也就越强。汇流累积最小值的大小决定了河网的疏密程度，将上游集水量等于集水最小值的栅格点定义为起始点，河流则是上游集水量大于集水最小值的栅格点，WMS定义河网正是基于这个原理[2]，提取河网需要提取出汇流栅格中所有大于或等于集水最小值的栅格。选取一个合理的最小汇流累积值以过滤对研究无影响的支流，以生成有效的河网。本研究中输入的最小值为20km?，计算出的流域汇流面积为993.47km?。
2.5 河网生成
WMS 中的河网提取是利用地形参数化程序 （TOPAZ）完成的，主要步骤有：DEM 预处理、确定流向、计算汇流面积、提取河网、划分子流域、确定流域边界等。
2.6 流域提取
在WMS中输入Create Outlet Point命令，以设定流域出口点，本流域的出口点坐标为：X：297542.4000、Y：4839204.5000。将该出口点视为终点，向上游提取流域，并利用水流方向，统计出口点上游所有流经此点的栅格，并一直检索到流域边界，将符合条件的栅格连接在一起，由此划出流域。本研究流域的出口点在永吉县中心，口前站附近。
2.7 流域特征参数提取
WMS可以自动计算出下列特征参数：流域面积、流域坡度、平均高程等。下表1为本研究中的流域特征参数值。
3 结 论
（1）本研究所采用的是90 m精度的高程数据，分辨率较低，并且在提取DEM数据的过程中也有可能产生误差，这两者都会影响结果。本研究中的吉林永吉流域地形崎岖不平，属于山区，DEM数据精度对结果会影响比较大。
（2）河网提取的精确度取决于最小汇流累积值的设置，值越小则提取的流域水系越精细，但会有无意义的支流影响模拟效率；值越大则提取的水系越简略，但可能会忽略重要的因素。所以要根据实际情况，谨慎选择合适的值。经过各方面考虑综合，本研究设置最小汇流累积值为20km?，模拟结果可满足实际应用的要求。
（3）利用现有WMS软件，根据DEM数据提取流域特征参数等水文信息，拥有高效率的优点，并且节约人力成本，但在精确度上还无法确保与某些特殊地形区域实际河网情况一致，因为会存在一定的误差。所以基于DEM提取流域特征参数等水文信息的方法有待进一步改良。同时，在此基础上可结合MODClark等水文模块进行后续研究，并且可利用SMS软件进行洪泛模拟，两者结合使用。
参考文献：
[1]谢小华，朱建平.基于DEM和WMS的流域特征提取及应用[J].江西水利科技，2014，40（02）：135-138.
[2]黄娟，申双和，殷剑敏.基于DEM的江西潦河流域河网信息提取方法[J].气象与减灾研究，2008，31（01）：49-53.
作者简介：王曼（1994-），女，江苏盐城人，硕士，主要从事水利工程的研究。
