王彬

摘 要：运用GIS软件ARC/INFO、ArcView，以磐石市地形资料为例，探讨了数字高程模型（DEM）的建立并介绍其基本原理及其基本应用。本次DEM的建立以磐石地区1：10000地形纸图为数据源，矢量数据内插生成DEM的方法，并提取该地区的水文特征。

关键词：ArcView；DEM；GIS；水文特征提取

1 引言

今年的中央一号文件对水利工作作出了重大战略部署，水文是水利的重要基础，今后水文工作的发展方向必将是自动化和信息化。在此背景下，研究水文特征，收集水文资料、进行水文分析、关注水文情势预测、预报、预警，则显得尤为重要。近年的防汛抗洪中，水文监测预报为科学有序地防洪抢险做出了重要贡献，充分说明了水文工作在社会事业和经济社会发展中的重要性和必要性。

地球信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种采集、储存、管理、分析，显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术，作为一种多信息源的空间化、动态化、多学科交叉的信息科学和技术，其优势正好符合反映流域或区域水文系统要素的空间分布和动态变化的要求。因此它成了流域水文模拟研究中的关键技术之一。

2 研究区概况

2.1 研究区地理位置

磐石市为饮马河、辉发河、富太河、挡石河等河的发源地，地理坐标东经125°40′～126°40′，北纬42°39′～43°27′。磐石市地处吉林省中南部，吉林市南部，东靠桦甸市，南邻辉南县，西与梅河口市、东丰县、伊通县接壤，北与双阳县、永吉县毗连。

2.2 研究区气象水文

磐石市地处内陆山区的中纬度亚温带大陆性气候区，四季分明，寒暑温差变化显著，多年平均气温4.72摄氏度，多年平均降水量为697.2mm（其中约有80%降水量集中在6～8月份）。

该区冬季多受西伯利亚高空寒冷高气压带影响，主导风向为西南风，年平均风速2.5m/s。蒸发量多年平均值为1320.1mm（直径20cm蒸发皿），蒸发量大于降水量。磐石市标准冻结深度为1.62m，无霜期100～150天，年平均日照时数为2372.6小时。

本区水系较发育，地表水系为松花江的支流辉发河水系。低山丘陵区的沟谷地带发育季节性河流，流量不大。

2.3研究区地形地貌

磐石市地处长白山麓，地形中部、东北部高，南北部较低，似屋脊地势，海拔300m～1000m，成為境内松花江两大支流水系-饮马河水系和辉发河水系的分水岭。勘测区地貌总体特征：低山丘陵分布广泛，山体短小，走向紊乱。勘测区地势以中-低山、丘陵为特征，最高峰为七个顶子，海拔为569.7m。区内地势北高南低，平均海拔高度318～325m。按照地貌成因及形态，可分为构造剥蚀低山、丘陵和冲积河谷地貌（如图1）。地形地貌条件是影响地表水运动以及地下水的补径排条件的重要因素。

3 研究区DEM的建立

本文所介绍的主要内容是基于DEM的地表水文分析，是利用水文分析工具提取重要地形指标，如坡度、坡长、坡向等。通过对这些基本水文因子的提取和对基本水文分析，可以在DEM表面之上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。

3.1 1：10000栅格DEM的建立

GIS中常用的DEM是基于2.5维表现形式的规则网格（GRID）和三角网（TIN），以及基于二维平面形式表示的等值线图。其中以等高线为数据源制作DEM是最常用的一种方法，传统的地形图被广泛用作数据源应用于DEM的生成。

1：10000DEM的建立，利用大比例尺数字地图为信息源，是最快捷的方法，一般采用Arc/info软件。地形图上的等高线含有丰富的高程信息，利用这些高程信息产生DEM数据，可以发挥地形图的作用，而地表的地形变化一般来说都是比较小的。结合课题，本次DEM的建立以磐石地区1：10000地形纸图为数据源，矢量数据内插生成DEM。DEM的建立简单概括为：第一步栅格底图的生成；第二步高程信息的获取；第三步将生成的矢量图利用不规则三角形内插生成DEM。通过以上DEM的生成步骤，在操作过程中严格要求，利用Arcview软件，我们生成了研究区的数字高程模型如图2。

3.2 基于DEM的重要地形因子分析和提取

3.2.1 研究区高程因子：是地面任一点距大地水准面的垂直距离。DEM所提供的原始数据即为海拔高程，是DEM最基本信息。如图3

3.2..2 研究区几个重要地形因子的提取：利用生成的DME可以提取研究区坡向因子。坡向影响着地面光热等资源的分配，决定地表径流的流向，是影响地理景观的重要因子之一。利用它可以计算研究区域内的每一点的太阳光照量，从而测定每一点的生物量；提取研究区坡长因子。坡长直接影响地面径流的速度，相同条件下，坡面越长，汇聚的流量越大，侵蚀能力越强；提取研究区等高线。等高线是地面上高程相同的各点连成的闭合曲线。根据等高线图形，可以量算各点的高程、坡向和坡度，也可以形象地表现出研究区的地貌形态特征；提取研究区平面曲率因子，通过生成的图形可以反映出研究区地表所有的山脊线和山谷线。较大比例尺DEM可提取出沟脊线和沟谷线；提取研究区沟壑密度因子。沟壑密度的提取可通过水文分析的方法来获得，然后通过统计查询，查出沟壑的长度，再除以区域面积，则可得到区域的沟壑密度。其关键是确定沟壑的标准。沟壑密度能从宏观上真实反映地形破碎程度和地面被径流切割的程度，是反映土壤受侵蚀程度的重要定量指标。研究区沟壑密度值越大，地表与降雨、径流接触发生侵蚀的面积就越大，降雨径流的冲刷力和侵蚀力就越大，越易引起土壤侵蚀。

4 结束语

DEM的主要应用有：（1）在测绘中绘制等高线，生成坡度图、坡向图、剖面图等，以辅助地形、地貌分析；（2）在环境与规划中可用于土地现状的分析、各种规划及洪水险情预报等；（3） 与GIS联合进行空间分析，提取水文特征。

在水文模拟应用中主要是描述流域地形。包括流域划分和子流域的边界确定，河网的识别和提取坡度、坡向、坡长、密度、地形起伏、地面粗糙度的确定等，从而为流域分布式水文模型的构建提供下垫面参数。随着DEM提取水文特征技术的不断发展和完善，今后在平坦地区利用DEM提取水文特征的精度将会有进一步的提高。

本次研究利用软件GIS生成的DEM对磐石市水文特征进行定量分析，可以清楚地掌握磐石市的水文特征。并且该系统具有较强的实用性，建立系统的成本低。所建立的的系统、图件和研究结果将为当地人们的生产生活提供科学保障。