基于ArcGIS 的豐寧縣下廟水庫流域面積量測

李 曉，王寧娟，申宿慧，張宇慧

（1.河北省水利水電第二勘測設計研究院，石家莊 050031；2.河北省水利水電勘測設計研究院，石家莊 050031）

研究區位于河北省豐寧縣下廟水庫流域，該水庫位于湯河支流大西溝上，是一座小（2）型水庫。水庫流域屬低山丘陵地貌，流域山坡土層較厚，植被較好。

基于ArcGIS的水庫流域面積量測主要包括：①DEM數據的獲取；②利用ARCGIS9.2提取流域面積，包括河流網絡提取、流域分割等；③投影變換及流域面積的獲取。

1 DEM數據的獲取

DEM（Digital Elevation Model，數字高程模型）作為基礎數據直接影響著結果的精度，獲取方法有很多，本次采用公開的DEM數據SRTM3，SRTM 全稱是Shuttle Radar Topography Mission，即航天飛機雷達地形測繪使命，SRTM數據主要是由美國太空總署（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯合測量，其測量數據覆蓋中國全境。SRTM數據每經緯度方格提供1個文件，精度有1 arc-second和3 arc-seconds兩種，稱作SRTM1和SRTM3,或者稱作30m和90m數據，SRTM1文件包含3601×3601個采樣點的高度數據，SRTM3文件里包含1201×1201個采樣點的高度數據。目前能夠免費獲取中國境內的SRTM3文件，是90m的數據，每個90m的數據點是由9個30m的數據點算術平均得來的。

SRTM3數據包括一定坐標范圍的數據，在實際應用研究中，根據研究區域的范圍，首先需要對空間數據進行處理，如裁切、拼接等操作，以便獲取需要的數據。本次下廟水庫流域的繪制采用柵格數據裁切操作。

2 利用ARCGIS提取流域面積

2.1 無洼地DEM生成和匯流累積量計算

DEM是比較光滑的地形表面模型，但是由于DEM誤差及一些真實地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在一些凹陷的區域。在進行水流方向計算時，由于這些區域的存在，往往得到不合理甚至錯誤的水流方向。因此在進行水流方向計算之前，首先對原始DEM數據進行洼地填充，得到無洼地的DEM。

匯流累積量計算是基于水流方向數據，得到無洼地的DEM后，計算基于無洼地的水流方向，由水流方向數據得出匯流累積量。

2.2 河網的提取

河網的生成基于匯流累積量數據，首先利用Map Algebra工具集中的Multimate Map Output工具中的con命令得到柵格河網，再利用Hydrology工具集中的Stream to Feature工具獲取矢量化的柵格河網。其中流域閾值是很重要的一個參數，流域閾值是指最小流域面積，小于這個流域面積的洼地都會被填平。

2.3 流域的分割

流域的分割主要步驟包括流域盆地的確定、匯水區出水口的確定和集水流域的生成。

流域盆地是由分水嶺分割而成的匯水區域，利用Hydrology工具集中的Basin工具計算得到。

流域出口點數據為水庫位置，本次在googleearth中查出水庫位置坐標，將其加載到GIS中，利用Hydrology工具集中的Snap pour point工具尋找該點。然后利用Hydrology工具集中的Watershed工具生成集水流域。

3 投影變換及流域面積的獲取

地圖投影是將地圖從球面轉換到平面的數學變換，空間數據成圖必須先進行地圖投影。從網站上下載的SRTM數據坐標系統是1984 年世界大地坐標系WGS84，地球坐標需要轉換為平面投影坐標。

鑒于工程對精度要求一般，為簡便計算，選擇的投影坐標為Projected Coordinate Systems中的UTM中的WGS1984，用公式緯度/6+31計算分帶并選擇，本次研究區處于50N分帶中。

進行平面投影之后，在重生成的影像上點擊鼠標右鍵，選擇屬性對話框Attribute，其中COUNT字段中的數值代表每類地物中所包含的像素個數，再乘以每個像素的面積得到影像圖的面積；每個像素所代表的面積，在重分類后的影像上選擇屬性框properties，在彈出的layer properties窗口中選擇Source選項欄，CellSize（X,Y）項的值為單元格大小信息。最后通過Field Calculator計算面積，并把計算出來的值存放到另外一個字段里，比如AREA 字段。本次計算得到下廟水庫流域面積58.53km2。同時從5 萬地形圖勾繪得到流域面積58.41km2。兩者對比，流域形狀幾乎一致，流域面積數值相差0.21%。

4 結語

（1）以豐寧縣下廟水庫為研究對象，利用Arc GIS9.2的空間分析功能，實現了無地形圖地區對工程位置處流域面積的提取及計算，經與5萬地形圖勾繪得到的流域面積對比，兩者相差0.21%，證明了方法的可行性。

（2）研究ArcGIS的其他功能并應用于水文計算中，還可以對ArcGIS進行二次開發，把水文計算軟件和GIS系統結合起來，使其更好地為生產實踐服務。

［1］葉守澤，詹道江.工程水文學［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［2］河北省水利水電勘測設計研究院.豐寧滿族自治縣下廟水庫大壩安全鑒定報告［R］.2008.

［3］湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程［M］.北京：科學出版社，2006.

［4］http://srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp

［5］戴勤奮.地理信息系統的坐標系定義［J］.海洋地質動態.2002，18（6）：24-27.