周茂

摘 要：在电力工程项目中，以DEM数据为基础，对建设区域的水文特征进行分析研究，可以有效提高数据准确度，减少核算工作强度，提高数据计算的工作效率。基于DEM的水文数据提取方法和操作步骤，可以为电力工程提供更加精准的参考数据。本文将探究基于DEM的电力工程项目的地表水文特征情况。

关键词：电力工程 DEM 水文特征

中图分类号：X523 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0041-02

电力工程的建设由于覆盖范围广，途径地域多，所以必须得到建设区域内的地势地形和水文特征等数据的支撑。数字高程模型（DEM）可以非常便捷精确地获得相关数据信息，对电力工程的地表水文特征进行探究，从而为电力工程的勘测提供了数据基础。将这一数字高程模型运用到建设中，可以为预测险情、研究地理条件以及分析水文条件等提供数据支持。其获得的数据和分析结果对于电力工程项目的设计和建设具有极其重要的作用，对于工程造价的形成和投资成本的控制也具有重要的影响。

1 DEM的基本概念

DEM是数字高程模型的英文缩写形式，它是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟。DEM数据是对水文流域情况进行剖析的关键性数据源，它可以在各种分辨率下呈现出地形的特点。基于DEM可以获取多种形式的地貌特征，并采集相关的水文数据以及与地表形态相关的大量数据，并在此基础上可以运用水文剖析的技术方法掌握电力工程建设区域的水文特征，准确体现电力建设工程作业区域的水系在空间分布上的客观规律，为电力工程建设提供进一步的数据参考[1]。

2 对DEM模型表面进行分析

2.1 绘制等值线

在DEM的表层上将数值相等且临近的离散点加以连接所形成的线被称为等值线。等值线的分布状况可以比较准确地反映出表面值发生变动的实际状况。等值线分布密集代表表面值所发生变动的幅度比较大，反之则说明表面值变动的幅度比较小。通过对等值线进行绘制，可以直观地发现表面值的变化趋势。

2.2 对地形因子进行提取

地形因子是一种具有特定含义的数学参数，它可以对地貌特征进行定量的表达，并以指标的方式从各个侧面体现地形所具备的特征。在表达的空间范围内，地形因子涵盖了坡度、坡长、坡向、坡地变率、坡向变率、地形起伏程度、地形粗糙程度等[1]。一般对地形因子进行提取的方法是首先确定每个地形因子在数字表达上的特征，并據此建立起相关的解译模型。依此为基础，对基于DEM获得数据的方法进行研究，最终通过相关技术软件将其实现。

2.2.1 对坡度和坡向数据进行提取

坡度描述的是坡面的倾斜程度，坡度值的高低会影响物质在地表进行的活动以及能量规模，是对生产力产生空间制约的主要因素，是经常使用的地形描述参数。例如：在电力工程的设计规划中，建塔不应选在坡度超过30°的地区。

坡向是对地形坡面所作的方向上的描述，具体来说也就是在平面上坡面法线的投影方向。坡向会对太阳辐射在地面的再分配造成的影响，还会影响到地表径流的实际流向，甚至可以使局部区域的气候产生差异。

2.2.2 对地面的粗糙程度和地形的起伏程度进行提取

地形的起伏度是在设定范围内，海拔的最低点与最高点之间的数值差异。起伏度对某一地区的地形特定进行宏观描述的数据标准。

地面的粗糙度是在设定范围内，地球的表面积与其投影面积之间的比例，粗糙度也是描述地表宏观状态的标准。

2.2.3 对地表的切割度数值以及高程的变异系数值进行提取

地表的切割深度是地面在设定区域内，其最小高程与平均高程之间的差值，这一数据标准系统描述了地表的被切割状态。

高程的变异系数描述的是在进行剖析的区域内，各个定点在地表的单元格网上的高程变动情况。变异系数通过格网单元的顶点高程差值与平均高程之间的比值来进行描述[2]。

2.3 对地形的特征信息进行提取

地形特征信息是一些对于地形空间特征具有重要意义的要素信息，这些点线面特征要素构成了地表在地形和起伏变化上的基础架构。地形特征信息包括很多类型的点和线，其中对探究地形地貌具有最重要的影响的是山谷线以及山脊线。这两种地形特征在水文中是对山谷以及山脊的描述，提取这两项要素的同时也就完成了对汇水线以及分水线的提取工作。

3 水文数据进行分析和计算

3.1 对DEM数据进行处理

DEM数据模拟的是相对光滑的地表状态，但通过辅助的航空测量对数据的进一步处理，以及一些人为因素和实际存在的地形情况，使一部分的凹陷存在于DEM模型的表层[3]。如果在模型的这些部分对地表水流进行仿真模拟时，会因为低高程格栅的存在导致在对水流的流向进行核算时，在该部分获取的水流方向发生错误或误差。

3.2 对水文数据进行分析和计算

3.2.1 生成无洼地的DEM模型

由于上文分析的DEM模型表面的一些部分存在凹陷，所以，在对水流的方向进行核算时，应先对原始DEM数据进行填充处理，得出一个不存在凹陷的DEM模型，以保证流域获得连贯，能够在DEM模型上产生一个自然径流可以无障碍的流向该地形区的边缘。

3.2.2 确定水流的流向和该流域的盆地

水流流向是水流在流域内的指向，通常确定流向可以用最陡坡度法，它是基于DEM获得的流域数据中最重要的关键信息[4]。流域盆地是分水岭的隔开造成汇水形成的地区。基于DEM的技术软件可以对水流的流向以及流域盆地进行分析和计算。

3.2.3 获取汇流的积累量

汇流的积累量是基于水流流向的数据而得出的，它描述的是区域地形各点流水的积累量。根据区域地形的水流方向信息对各点的流经水量进行核算，就能得出汇流总量。

3.2.4 形成水流的长度

地表上的一点沿水流方向到流向起点间的地表最大长度在水平面上的投影长度就是水流长度。水流长度会影响地表径流的流速，从而影响其所产生的侵蚀力。

3.2.5 生成河网水系图并进行分级

在水流方向图生成后，进一步构建起相关的水流汇集矩阵，在此基础上就可以形成河网的水系图。基于DEM对水文进行分析的一个重要内容是提取地表的水流网络，并据此形成电力工程建设区域主要的流域水系。

3.2.6 对流域进行划分

要对流域进行化肥分首先要确定流域盆地的位置，然后确定汇水区的出水口位置，在此基础上就可以形成集水流域。

4 结语

基于DEM数据，对电力工程建设区域的各种地形因子和水文特征信息进行提取和分析，不仅可以减少工程设计规划中的计算量，还能够提高计算的准确程度和工作效率，可以为电力工程的设计和建设提供数据基础。同时这一技术可以适用于各种电力工程的作业环境，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 肖伟红，王彬，罗海军，等.基于DEM的电力工程地表水文特征分析[J].甘肃科技纵横，2017，46（2）：43-45.

[2] 李继清，王丽萍，纪昌明.电力特色的水文水资源工程专业建设实践与探索[J].时代教育，2016（1）：47-48.

[3] 胡婕，李崇巍，崔铁军.基于DEM地表水文特征和汇水子流域的提取研究[J].环境科学与管理，2011，36（9）：131-135，163.

[4] 宋晓猛，张建云，占车生，等.基于DEM的数字流域特征提取研究进展[J].地理科学进展，2013，32（1）：31-40.