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摘 要

获取全面有效的水资源信息是水资源管理的基础，建立水文模型是研究水文学的重要手段。本文利用ArcGIS自带的水文分析工具，在数字高程模型（DEM）的基础上，对河流的水文特征进行提取。本文将选取部分黄河流域进行汇流分析、水流长度计算、河网分析和盆域分析等一系列水文提取，通过实例具体介绍GIS在水资源管理方面的意义和发展。

关键词：黄河，DEM，地理信息系统，水文分析

Abstract：Get comprehensive information is the basis for effective water resources management, the establishment of hydrological models is an important means to study hydrology. In this paper, ArcGIS comes hydrologic analysis tool, digital elevation model (DEM), based on the hydrological characteristics of the river is extracted. This article will select the part of the Yellow River Basin confluence analysis, flow length calculation, analysis and river basin hydrology domain analysis and a series of extraction, specific description of GIS in water resources management and development of meaning by way of example.

Keywords：The Yellow River, DEM, geographic information system, hydrological analysis

目 录

1 前 言 4

2 研究原理 4

3 研究背景 5

4 研究步骤 5

4.1 洼地填充 5

4.2 无洼地流向分析 6

4.3 计算水流长度 6

4.4 汇流分析 7

4.5 生成河网 7

4.6 平滑河网 8

4.7 生成河流连接 8

4.8 河网分级 9

4.9 盆域分析 10

4.10 分水岭 10

5 研究意义 11

结 论 12

参 考 文 献 13

致 谢 14

1 前 言

自1960年以来，科技的发展和创新使地理信息系统技术也跟着蓬勃发展^[1]。地理信息系统以其强大的空间信息处理功能，在包括生态环境监测、水资源领域、气象领域、城市规划、灾害预测、资源保护等各方面起到了不可取代的重要作用^[2]。1990年以来，水资源领域和计算机技术的结合运用形成了一种数字水文学，使得研究水文领域的方法也有了技术性和革新性的变化^[3]。最近几年，GIS技术在水资源领域的应用更是取得了飞速的进展，有着无法取代的作用。

DEM数据包含丰富的地理信息，是进行流域地形分析的主要数据来源，是地物识别的重要原始数据。ArcGIS具有的水文分析工具可以完成一些基本的水文分析功能，它能从DEM数据中提取出河流的基本特征信息，对河流网络进行栅格矢量化，便于后续的深入分析。

本文通过实例展现GIS的水文分析功能，基于GIS的水文模块，对部分黄河流域的数字高程模型进行流域信息提取和矢量化分析，其得到的结果将有利于建立水文模型，对水资源管理方面提供指导信息。

2 研究原理

水流长度

捕捉倾泻点

分水岭

计算流量

无洼地DEM

DEM数据

检查洼地

有洼地吗

填洼

河网分级

河网矢量化

河流连接

有

没有

图1 技术流程图

水文分析是通过建立地表水流模型来研究水流相关的各种现象。ArcGIS自带的水文工具可以分析水流的起点与终点，重现水流的运动路径与过程，采集需要的水文信息，计算重要的水文因子，并获得矢量化的河网。进行水文分析必须从DEM着手，按照一定的步骤操作。图1展示了本文操作的步骤流程。

3 研究背景

黄河总长约5464公里，流域面积大约75万平方公里，是中国第二大长河。位于青藏高原的巴颜喀拉山脉是黄河的发源地。

黄河上游地形以山地为主，支流多，径流量大，水能资源丰富。中下游经过黄土高原地区，该地区的地形和气候导致水土流失严重，使黄河携带了大量泥沙，含沙量十分惊人。黄河下游支流很少，地形比较平坦，泥沙淤积形成冲击平原，河床升高出现地上悬河，导致黄河中下游洪水泛滥成灾。

本文选取研究区域在大约34°N111°E附近的黄河区域，数据来源为地理空间数据云上下载的精度为30M的数字高程模型。

4 研究步骤

4.1 洼地填充

打开ArcMap，加载原始DEM数据，如图2所示。

DEM通常被认为比较光滑的，然而由于某些原因，DEM数据往往存在着凹陷的区域。洼地的形成一般分为两种，一种是源于对地表的描述，如喀斯特地貌；另一种则源于数据采集和数据内插等操作产生的错误。这些错误会导致洼地区域的流向不合理，使分析结果产生偏差。因此进行水文分析之前，对洼地的处理是必要的。当数据精度足够高时可以忽略这一步。

洼地预处理是指找出栅格数据中每个凹陷的点，对其赋予周围点的最小的那个高程值，使其与周围的高程值连续贯通，以此来消除原数据中的凹陷洼地，产生一个无洼地DEM。

利用ArcGIS填充洼地可以采取两种方式，一种是不设定Z值，将数据中所有洼地都进行处理；另一种是自己通过计算设定Z值，得到自己需要的DEM数据。本文采用不设定Z值的方法。

在ArcMap中打开工具箱，找到【空间分析工具】——【水文】——【填充】，弹出填洼对话框，在【输入表面栅格数据】里选择原始DEM数据，指定【输出表面栅格】的保存路径，命名为“填洼”，点击确定，完成洼地填充操作。结果如图3所示。

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