本文在查阅了大量基于数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)或传统纸质资料提取水文特征以及水文特征与地貌发育关系有关文献的基础上,以1:50000万地形图数字化蓝线水系为参考,应用目前基于DEM提取或估算水文特征值的ArcGIS 10.2与Arc Hydro Tools技术提取20 m DEM、30 m DEM、90 m DEM水系,从最佳阈值提取水系的基础上通过河网密度与汇流阈值、河网密度与集水面积阈值的关系确定喀斯特黔中水利枢纽筑坝工程区最佳汇流阈值;通过Horton定理法、水系栅格法、渔网法(Fishnet)与流域起伏比法(即高程积分值HI)等对喀斯特筑坝流域地貌发育阶段判定方法的适宜性进行系统评价,以期通过DEM数字高程数据与ArcGIS10.2、Arc Hydro Tools等技术,定量化研究利用ArcGIS技术构建的水系渔网栅格并估算水系分维值与流域起伏比值(高程积分值HI),对渔网栅格并估算水系分维值判定的流域地貌发育阶段与流域起伏比值(高程积分值HI)判定的流域地貌发育阶段进行量化对比研究,探讨喀斯特地区基于ArcGIS技术构建水系渔网栅格并估算水系分维值判定流域地貌发育阶段的可行性。深入剖析国内外研究成果,本文基于ArcGIS技术的DEM提取水文特征以及定量化研究水文特征与地貌发育关系方面得出如下新的认识与新的进展。在1:5万水系参考下,提出从20m DEM、30 m DEM、90 m DEM等不同尺度DEM中提取水系,基于试错法的基础上设定汇流累积阈值以500为间隔长度,利用ArcGIS10.2分别从500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、10000的栅格汇流门槛值提取研究区河网水系,通过利用EXCEL、Oringin9.1等科技绘图及统计软件统计每一个栅格汇流阈值提取水系的河网密度、河流总长度、河流条数与设定汇流阈值的关系,再通过分析河网密度、河流总长度、河流条数与设定汇流阈值曲线的拐点变化趋势确定最佳汇流阈值;另外在基于Arc Hydro Tools设定一系列集水面积阈值的门槛值,建立不同集水面积阈值与河网密度的关系模型确定最佳集水面积阈值。最终综合分析ArcGIS10.2的水文分析工具与Arc Hydro Tools提取水系的栅格流量阈值,确定喀斯特地区在1:50000地形图提取水系尺度下基于不同空间分辨率DEM提取水系的最佳阈值。最后以20 m空间分辨率的DEM为基础数据源,利用Arc Hydro Tools软件提取基于最佳阈值的研究区水系,进一步分析研究区河网水系的空间展布与演化特征与其地形、地貌以及地质、岩性的关系。在最佳阈值提取水系的基础上通过Horton定理法、水系栅格法、渔网法(Fishnet)估算不同分辨率DEM提取最佳水系的分维值,探讨不同尺度水系分维与筑坝工程区各流域地貌发育的关系。通过以筑坝工程区各流域的不同尺度DEM为基础数据源,利用ArcGIS10.2软件统计各流域的最大高程、最小高程、高程平均值,最后根据起伏比法估算各个流域的高程积分值(HI),最后通过HI值判定研究区各流域的地貌发育阶段,再与Horton定理法、水系栅格法、渔网法(Fishnet)通过水系分维揭示的地貌发育阶段相比较,以确定各种方法对于喀斯特筑坝流域地貌发育阶段判定的适宜性大小。本文以黔中水利枢纽工程筑坝区为研究样区,以1:50000万地形图数字化水系为参考,20 m DEM、30 m DEM、90 m DEM为数据源,利用ArcGIS10.2与Arc Hydro Tools软件提取研究区最佳汇流阈值与集水面积阈值。在最佳阈值提取水系的基础上通过Horton定理法、水系栅格法、渔网法(Fishnet)估算不同分辨率DEM提取最佳水系的分维值,探讨不同尺度水系分维与筑坝工程区各流域地貌发育的关系。本文研究主要结论如下:(1)分别以20 m、30 m、90 m空间分辨率DEM与1:50000地形图参考水系为数据源,利用ArcGIS10.2与Arc Hydro Tools对不同空间分辨率DEM进行了1:50000地形图提取水系尺度下水系提取最佳阈值分析,通过分析得到在该尺度下提取喀斯特地区DEM水文特征最佳汇流阈值为1500。(2)以20 m DEM为数据源,结合ArcGIS10.2与Arc Hydro Tools且基于上诉最佳汇流阈值1500提取水系研究区水系,构建研究区10km×10km渔网栅格并对每一个渔网栅格进行编码求出每一个渔网栅格的单元栅格河网密度,探讨渔网栅格河网密度的空间分布与研究区地质地貌的响应关系,通过分析可得研究区河网水系空间分布最密集最多的地区基本处于研究区中部以及东部的构造活动复杂的峰林溶原(盆地)、峰林谷地、峰丛谷地以及西南和东北部局部峰丛洼地地区,中部以及东部二叠系、三叠系地层分布最广的喀斯特分布区。(3)分别以20 m、30 m、90 m空间分辨率DEM与1:5万地形图参考水系为数据源,利用ArcGIS10.2与Arc Hydro Tools对不同空间分辨率DEM进行了在1:50000地形图参考水系尺度下最佳汇流阈值1500提取水系,分别讨论基于ArcGIS10.2自带的Hydrology与Arc Hydro Tools水文地理分析技术,以经典的判定地貌发育阶段的传统方法起伏比(HI)为验证,分别探讨Horton-Strahler法、水系栅格法、渔网法估算喀斯特流域水系分维及其与地貌发育阶段的关系,通过分析可得喀斯特地区基于DEM提取水系估算分维的方法中,Horton-Strahler法错误率较高,判定的流域地貌发育结果与真实状况出入较大。而通过渔网法估算水系分维判定的流域地貌发育阶段的结果与经典法起伏比法(HI)结果一致,水系栅格法得到结果较渔网法次之。通过对比分析可得喀斯特地区基于DEM提取水系估算分维的方法中渔网法是可行的。