关于流域边界细化的探讨_李纯.pdf

地矿测绘2023，39(1):5659CN 531124/TDISSN 10079394Surveying and Mapping of Geology and Mineral esources关于流域边界细化的探讨*李纯1，尹静2，杨帆1(1云南省测绘资料档案馆(云南省基础地理信息中心)，云南 昆明650000;2云南省国土资源规划设计研究院，云南 昆明650000)摘要:文章通过分析已有的流域数据及其存在的问题，探讨了流域边界细化的必要性，提出了在现有流域分区的基础上，采用水文分析方法，借助高分辨率 DEM 和 DOM，参考相关的专题资料和其他行业资料，对流域边界进行精细化的工作思路，可为流域区域性自然资源调查监测提供范围保障。以赤水河流域(云南段)为例，提取并细化了流域边界及其子流域边界，证明了流域边界细化方法的可行性，细化的流域边界综合考虑了流域的自然属性和社会属性，方便了政府的需求和管理，从影像上看，不仅减少了流域边界不合理走向，更符合客观性和现实性。关键词:DEM;流域边界;细化;赤水河流域(云南段)中图分类号:P 208文献标识码:A文章编号:10079394(2023)01005604Discussion on Watershed Boundary efinementLI Chun1，YIN Jing2，YANG Fang1(1Yunnan Provincial Archives of Surveying and Mapping(Yunnan Provincial Geographic Center)，Kunming Yunnan 650000，China;2Yunnan Institute of Land esources Planning and Design，Kunming Yunnan 650000，China)Abstract:By analyzing the existing watershes data and its existing problems，the paper discusses the necessityof refining the watershed boundary，and proposes a refined working idea of watershed boundary dased on the existingwatershed zoning，using the hydrological analysis method，with the help of high-resolution DEM and DOM，and refer-ring to relevant thematic data and other industry data，which can provide scope guarantee for the regional natural re-sources survey and monitoring of the basinTaking the Chishui iver basin(Yunnan section)as an example，the wa-tershed boundary and its sub-watershed boundary are extracted and refined，which proves the feasibility of the water-shed boundary refinement method The refined watershed boundary takes into account the natural and socialattributes of the watershed comprehensively，which is convenient for the government s needs and managementFromthe perspective of image，the unreasonable direction of the boundary is reduced，which is more in line with the ob-jectivity and realityKey words:DEM;watershed boundaries;refinement;Chishui iver basin(Yunnan section)0引言流域是指干流及其支流形成的集水区域，有着自然属性与社会属性，是一种特殊的地形单元。流域可形成相对独立的地形地貌、水文和气候环境，而人类活动又赋予了其社会属性，以流域为基本单元进行环境保护、污染治理、资源分配等，已被许多研究实践证明是改善生态环境、合理利用自然资源的有效途径1。流域边界主要有两种获取方法:一是从等高线65*收稿日期:20221121DOI:10.16864/ki.dkch.2023.0001地形图上人工判读，二是通过提取数字流域特征自动提取。在等高线地形图上确定流域边界是从流域出口点沿与等高线垂直的山脊线方向，所形成的封闭线即为流域边界2。随着信息技术的发展和数字高程模型(DEM)的出现与应用，O Callaghan等提出了坡面流模拟的 DEM 流域分析方法3，被认为是目前最为有效的数字流域特征提取模型，后人在此基础 上 开 展 了 大 量 的 研 究 和 应 用46。ArcGIS 软件集成的水文分析工具，就应用了坡面流模拟的方法。在实际应用中，流域边界提取一般采用自动提取和人工判读相结合的方法。全国第一次水利普查数据是现阶段比较完整、权威的水利行业数据，包括了水系轴线和流域数据。由于水利普查采用的 DEM、DOM 分辨率较低，导致流域划分结果精度较低或界线偏差较大。而且近十年来，随着社会经济的发展，人为建设导致大面积地形变化，影响了流域边界的走向，如水库等水利工程、大型机场的建设，导致目前存在流域界线穿过水域、机场跑道的现象。以流域为基本单元开展项目时，每个作业单位从不同渠道收集作业区或者自己划定界线，导致各项目之间流域范围不一致，难以实现流域自然资源专项调查数据资源共享。因此流域边界细化具有一定的必要性。1数据来源与工作方法11主要数据来源1)水利普查数据将水利普查的水系和流域数据作为主要参考数据，参照其分区情况进行流域细化。2)地理国情监测数据地理国情水系数据比较完善，可作为流域边界细化的重要参考依据，流域边界走向可参考地表覆盖和交通网络数据。3)第三次全国国土调查数据流域细化的工作界采用第三次全国国土调查的行政区界线，流域边界走向可参考地类图斑数据。4)DEM 和 DOM 数据2 m 分辨率 DEM 数据用于 ArcGIS 水文分析初步提取流域边界，高分辨率 DOM 数据叠加到三维地形平台上，在高分辨率影像的支撑下，加以地形辅助，可直观地看出流域边界的走向。12数据预处理1)水系整理以水利普查数据为主，参照地理国情监测中水系数据，整理出流域内所需的水系数据。2)流域整理结合水利普查流域数据，整理出流域边界细化的参考数据。3)土地利用类型整理结合地表覆盖和地类图斑数据，提取出影响流域边界走向的地类类型，以及与流域边界相交的土地利用类型。4)DEM 和 DOM 数据整理流域边界细化工作涉及范围广，需要对 DEM 和DOM 数据进行裁剪、拼接等预处理工作。13工作方法131DEM 水文分析基于 DEM 的地表水文分析主要是利用 ArcGIS水文分析工具提取地表水径流模型的水流方向、汇流累积量、捕捉倾泻点以及提取流域分水岭等。通过对这些基本水文因子的提取和分析，可以在 DEM表面上再现水流的流动过程，最终完成流域边界初提取。初步提取流域边界的技术流程如图 1 所示。图 1DEM 提取流域边界流程图Fig1Flow chart of watershed boundary extraction with DEM132流域界线调整基于流域边界初提取结果，先确定流域与行政区边界的关系，然后参考道路、水系、土地利用类型等要素，在三维地形影像平台上，进行人工排查，对流域边界进行调整。具体方法如下:1)确定流域与行政区边界的关系。流域边界在行政区边界附近来回穿插，这种情况出现在行政区和流域都以山脊为界时，可确定一个阈值来判断是否应该与行政区边界套合，或者根据影像或其他参考来判定。2)参考水系数据调整流域边界。河流水系与流域密切相关，在一个流域范围内，所有的汇流区75第 39 卷第 1 期李纯，尹静，杨帆:关于流域边界细化的探讨域最终都汇为一个水系。将地理国情监测的水系网数据与流域数据叠加，判断同一水系的河流是否包含在一个流域内;对于人工沟渠的处理，充分考虑其汇水作用，将其模拟为河道。3)调整主要水系未全部在流域范围内的情况。在实际应用过程中，对于较宽的河流，为方便统计和编码，将水系中心线完全包含在流域范围内。4)参考交通数据调整流域边界。考虑高速公路、铁路、轻轨等道路因素对流域汇水的影响，将其对流域的影响模拟为山脊的作用，对流域边界进行调整。5)参考地类数据调整流域边界。针对流域边界穿过机场跑道、房屋建筑及其附属设施、库塘等地物时，可参照地表覆盖、地类图斑等数据对流域边界进行调整。2结果与分析本文以赤水河流域(云南段)为例，对赤水河流域及其子流域进行提取和细化。赤水河流域(云南段)涉 及 镇 雄 县、威 信 县 17 个 乡 镇，面 积 约1 890 km2。流域内河谷深切狭窄，山势陡峻，河谷交错发育，流域属北亚热带气候，全年日照少，湿润多雨，土地类型主要以耕地和林地为主。镇雄县和威信县的 2 m DEM 如图 2 所示。图 2镇雄县和威信县的 2 m DEMFig2The 2 m DEM of Zhenxiong and Weixin采用 ArcGIS 水文分析初步提取的赤水河流域(云南段)边界如图 3 所示。流域共涉及 17 个子流域，除赤水河外，完全在云南省境内的有邓家寨河、龙潭河、沙坝头河、石坎河、文笔河、小河沟河、鱼洞河、雨河河、雨洒河、扎西河;大部分范围在云南省境内的有兰家河沟、铜车河、苦猪河;而坪桥河、沔鱼河、倒流水等子流域在云南省境内涉及范围较小。图 3初提取的流域边界Fig3Initially extracted watershed boundaries将水文分析初步提取的流域边界与水利普查流域边界进行比较可以得出:因初提取的流域边界中扎西河流域未完全包含其水系中心线，参考地理国情水系数据修正扎西河和石坎河流域边界;在铜车河、坪桥河和龙潭河流域相邻处，两者边界走向有较大的差异，此区域没有水系数据，仅从 DEM 数据来看，本文提取的流域边界更符合实际;其他分水岭边界细微差异是由 DEM 数据源精度差异造成的。参照三维地形影像，流域边界存在穿插建筑物及其附属设施，库塘等不合理地类的情况，对此进行边界修正。因在赤水河流域(云南段)省界接壤处缺乏贵州省的 DEM 数据，本文参照第三次国土调查行政区界线和水利普查流域数据作了裁剪和套合。最终细化后的流域边界如图 4 所示。3结束语本文探讨了流域边界细化的必要性，提出了一种高分辨率三维地形场景与多源数据相结合的流域边界细化的工作思路，并以赤水河流域(云南段)为例，开展了流域边界细化工作，验证了本文提出的流域边界细化方法的可行性，可为流域生态环境保护和高质量发展提供范围保障。该方法具有如下优势:85地矿测绘2023 年 3 月图 4细化后的流域边界Fig4efined watershed boundaries1)利用水文分析提取赤水河流域(云南段)边界结果与水利普查流域边界较为套合，说明这种提取方法是行之有效、切实可行的。2)以地理国情数据和第三次全国国土调查数据作为参考数据对流域边界进行细化，较好地规避了流域边界不合理的走向。3)高分辨率 DEM、DOM 为流域边界细化提供了三维地形场景，大大提高了工作效率和数据成果的可信性。4)本文除了考虑流域边界的自然