（中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司 甘肃 兰州 730050）
【摘 要】基于DEM模型，运用ArcGIS技术对输电线路工程水文分析计算研究,可以减少大量繁琐的计算工作,大大提高计算速度和准确度。本文运用ArcGIS技术提取水文信息，并应用于输电线路工程领域，将成果应用于输电线路工程勘测过程中，进一步为输电线路工程建设提供基础数据和参考。
【关键词】ArcGIS; DEM; 输电线路;水文分析
Influence of Water Conservancy Construction on Environment and Countermeasures
Qi Zhen-hua Zhang Qian-shan Wang Bin
【Abstract】Based on the DEM model, the hydrologic analysis and calculation of transmission line engineering can be reduced by using ArcGIS technology, which can reduce a lot of tedious calculation work and greatly improve the calculation speed and accuracy. This paper uses the ArcGIS technology to extract the hydrological information and apply it to the field of transmission line engineering, and apply the results to the surveying process of the transmission line project, which will provide the basic data and reference for the transmission line project construction.
【Keywords】ArcGIS; DEM; Transmission line; Hydrological analysisArcGIS; DEM; Transmission line; Hydrological analysis
【中图分类号】TM754 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2016）24-0202-02
输电线路工程建设很大程度上依赖于地形、水文、气象、地质等地理信息的支持，输电线路工程经过坡麓地带和河流阶地建设。基于DEM模型，利用ArcGIS技术水文分析工具，可以高效、准确、方便获取所需的地理信息数据，对输电线路水文流域进行分析和研究，能为前期勘测提供准确的地理信息数据，并将其运用于实际工程建设中，为险情预报、土质研究、降水分析等提供帮助。这对输电线路设计的工程造价及工程设计、建设质量起着至关重要的作用。
DEM数据是水文流域分析的主要数据源，能够反映各种分辨率的地形特征，通过 DEM 可以提取丰富的地质地貌、水文信息和大量的地表形态信息。利用ArcGIS技术水文分析工具提取输电线路工程建设区域的水文特征信息，真实反映输电线路工程建设区域水系的空间分布规律，进一步为输电线路工程建设提供基础数据和参考。
1.地形表面分析
1.1 等值线绘制
等值线是DEM表面上相邻的具有相同值的离散点点连接起来的线，等值线分布的疏密在一定程度上反映了表面值的变化情况，等值线越密，表面值的变化越大，反之越小。因此，通过等值线，可以获取表面值变化的趋势。
1.2 地形因子提取
地形因子是为定量表达地貌形态特征而设定的具有一定意义的数学参数或指标，因此地形因子能从不同侧面反映地形特征。根据所描述的空间区域范围，地形因子包括坡度、坡向、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率、坡长、坡形因子、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度。提取地形因子的一般方法是：首先明确各个地形因子的数字特征，建立解译模型，在此基础上，研究基于DEM的提取方法，并通过ArcGIS软件实现。
坡度是坡面倾斜程度的量度，坡度大小直接影响着地表物质流动与能量的规模与强度，是制约生产力空间的重要因子，也是地形描述中常用的参数，在输电线路工程中，坡度大于30度的地方就不宜建塔。坡向是指地形坡面的朝向，为坡面法线在水平面上的投影的方向，直接影响地面对太阳辐射的再分配和地表径流的流向，造成局部地区气候特征的差异。
地形起伏度是指特定的区域内，最高点海拔与最低点海拔的差值，描述一个区域地形特征的宏观性指标。地面粗糙度是特定的区域内地球表面积与其投影面积之比，也是反映地表形态的宏观指标。
地表切割深度是地面某点的领域范围内的平均高程与最小高程的差值，直观地反映了地表被侵蚀切割的情况。高程变异系数是反映分析区域内地表单元格网各顶点高程变化的指标，它以格网单元顶点高程的标准差与平均高程的比值来表示。
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1.3 地形特征信息提取
特征地形要素是指对地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素，是构成地表地形与起伏变化的基本框架。地形特征要素主要包括山顶点、凹陷点、脊点、谷点、鞍点、平地点、山脊线、山谷线和沟沿线。山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线，对地形地貌的研究具有重要意义，在水文方面，分别表示山脊和山谷，对它们的提取即是对分水线和汇水线的提取。
2.水文因子计算
2.1 DEM数据处理
DEM数据是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于经过航空测量方法处理，人为因素及一些真实地形的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时在该区域将得到不合理的或错误的水流方向。
2.2 水文分析计算
2.2.1 无洼地形生成
由于DEM表面存在着一些凹陷的区域，所以在进行水流方向计算式，应该首先对原始DEM数据进行无敌填充，得到无洼地的DEM。其目的是保证流域的连贯性，使整个DEM形成一个自然流水可以畅通无阻地流至区域地形的边缘。对DEM进行预处理，可以确定洼地，得到洼地最低高程，洼地出水口高程，洼地深度，洼地集水区域。
2.2.2 水流流向和流域盆地的确定
水流流向是通过 DEM 提取流域信息最重要的因素，是指流域内水流的指向，它是用最陡坡度法来确定水流的方向。流域盆地是由分水岭分割而成的汇水区域，它通过对水流方向数据的分析确定出所有相互连接并处于同一流域盆地的栅格，流域盆地的确定首先是要确定分析窗口边缘的出水口的位置，也就是说，在进行流域盆地的划分中，所有的流域盆地的出水口均处于分析窗口的边缘，当确定了出水口的位置之后，就可以找出所有流入出水口的上游栅格的位置。通过ArcGIS技术水文分析功能，可以对无洼DEM进行水流流向和流域盆地的确定计算。
2.2.3 汇流累积量计算
汇流累积量表示区域地形每点的流水累积量，是基于水流方向数据得到的，以规则格网表示的数字地面高程模型每点处有一个单位的水量，按照自然水流从高处流往低处的自然规律，根据区域地形的水流方向数据计算每点处所流过的水量数值，便可以得到该区域的汇流累积量。根据实际需要的情况，通过对研究区地形的不断分析，利用现有的地形图辅助检验和实验的方法来确定最合适的阈值。在提取河网时，汇水面积阈值具有较大的影响，汇水累积量的阈值的大小决定了河网的分级，汇水面积阈值越大，河网分级就越少；汇水面积阈值越小，河网分级就越多。
2.2.4 水流长度生成
水流长度指地面上一点沿水流方向到其流向起点间的最大地面距离在水平面上的投影长度。当其他条件相同时，水力侵蚀的强度依据坡的长度来决定，坡面越长，汇聚的流量越大，其侵蚀力就越强，水流长度直接影响地面径流的速度，从而影响对地面土壤的侵蚀力。
2.2.5 河网生成与分级
当生成了无洼地 DEM 后就可以生成正确的水流方向栅格图，当生成了水流方向图并建立了水流汇集矩阵之后，就能生成河网水系图。提取地表水流网络是DEM水文分析的主要内容之一，它主要包括河网的生成、河网连接、河网分级和河网矢量化，进一步生成工程区域的主要流域水系。
2.2.6 流域划分
流域是指流经其中的水流和其他物质从一个公共的出水口排出从而形成的一个集中的排水区域。首先确定流域盆地，其次要弄清楚汇水区出水口，最后生成集水流域。
3.结论
以获取的高精度DEM数据为基础，提取工程区域地形因子，地形特征信息，水流流向，汇流累积量，河网分级，流域和子流域划分等方面信息，可以看出，ArcGIS技术在工程水文分析计算中具有良好的适用性，不但可以减少大量繁琐的计算工作，而且可以大大提高计算速度和准确度，同时为输电线路工程水文数据获取提供了更加成熟的理论基础，更准确的成果数据资料和更加广阔的应用前景。
参考文献
[1]汤国安,杨昕.ARCGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京:科学出版社,2006.
[2]朱庆，田一翔，张叶廷.从规则网格DEM自动提取汇水区域及其子区域的方法[J]．测绘学报,2005,34(2):129-133.
[3]李翀,杨大文.基于栅格数字高程模型DEM的河网提取及实现[J].中国水利水电科学研究院学报,2004,2(3):208-214.
论文作者:漆振华,张千山,王彬
论文发表刊物:《建筑知识》2016年24期
论文发表时间:2017/6/13
标签：地形论文; 水流论文; 水文论文; 流域论文; 河网论文; 高程论文; 区域论文; 《建筑知识》2016年24期论文;