从数字高程模型(DEM)所提取的流域特征信息是分布式水文模型开发与应用的基础；三维可视化不仅能直观表达流域的特征信息，而且基于三维可视化的交互与分析非常有助于提高流域特征信息提取的准确性。分布式水文模型是“数字流域”信息平台的核心，因此，基于DEM的流域特征信息提取与三维可视化系统是“数字流域”工程建设与运行服务的基础组成部分。本论文针对分布式水文模型开发与“数字流域”建设的具体需要，将流域特征信息提取技术与三维可视化技术进行集成，设计并开发了基于DEM的流域特征信息提取与三维可视化系统。本文的主要研究内容包括： (1)通过对国内外基于DEM提取流域特征信息的各类方法和算法的分析比较，总结了流域特征信息提取方法的基本原理，并对实际应用过程中的DEM预处理、水流方向确定、河道定义与分级编码等具体问题进行了分析和讨论，从而提出适合于分布式水文模型研究及其模拟软件系统实现的流域特征提取算法体系； (2)针对河网编码一般算法Strahler法和Pfafstette法编码结果不唯一、河段缺码等缺点，通过引入河网辅助信息，采用二叉树结构进行编码，使新的编码算法具有编码意义明确、节点和子流域编码方便、层次结构清晰等优点，能更好地支持分布式流域水文模型汇流计算； (3)借鉴计算机地形三维可视化的相关思路，根据流域三维可视化的内涵、主要任务和研究重点，提出了流域特征信息三维可视化系统的构建方案； (4)在以上研究的基础上，针对目前常用流域特征信息提取软件的局限，按照所提出的算法体系和系统构建方案，采用面向对象的程序设计与开发的思想，使用MicrosoftVisualC++和图形开发工具OpenGL，设计并开发了基于DEM的流域特征信息提取与三维可视化的工具性软件DrainageTool。最后选择四川白龙湖库区作为研究区进行验证实验，所提取的河网和子流域与实际情况基本吻合。 研究与实验结果表明，DrainageTool软件不仅能够从DEM中自动提取流域坡度、坡向、河网等流域特征信息，实现流域的三维可视及任意漫游，而且在对DrainageTool进行模块化封装等处理后，能快速地移植或集成到分布式水文模型、水土保持模型等应用模型中去。该系统在分布式水文模型研制和“数字流域”建设中有很好的应用前景。