Arcgis操作第九章水文分析

1、第九章水文解析水文解析是DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個重要方面。利用DEM生成的集水流域和水流網(wǎng)絡(luò)，成為大多數(shù)地表水文解析模型的主要輸入數(shù)據(jù)。表面水文解析模型研究與地表水流有關(guān)的各種自然現(xiàn)象比方洪水水位及泛濫情況，劃定受污染源影響的地區(qū)，展望當(dāng)某一地區(qū)的地貌改變時對整個地區(qū)將造成的影響等?；贒EM地表水文解析的主要內(nèi)容是利用水文解析工具提取地表水流徑流模型的水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網(wǎng)絡(luò)（包括河流網(wǎng)絡(luò)的分級等）以及對研究區(qū)的流域進(jìn)行切割等。經(jīng)過對這些基本水文因子的提取和解析，可再現(xiàn)水流的流動過程，最后達(dá)成水文解析過程。本章主要介紹ArcGIS水文解析模塊的應(yīng)用。ArcGIS供應(yīng)的水文解析模塊

2、主要用來建立地表水的運(yùn)動模型，輔助解析地表水流從哪里產(chǎn)生以及要流向哪處，再現(xiàn)水流的流動過程。同時，經(jīng)過水文解析工具的應(yīng)用，有助于認(rèn)識排水系統(tǒng)和地表水流過程的一些基本看法和要點(diǎn)過程。ArcGIS將水文解析中的地表水流過程會集到ArcToolbox里，如圖11.1所示。主要包括水流的地表模擬過程中的水流方向確定、洼地填平、水流累計矩陣的生成、溝谷網(wǎng)絡(luò)的生成以及流域的切割等。本章1至5節(jié)主若是依照水文解析中的水文因子的提取過程對ArcGIS中的水文解析工具逐一介紹。文中所用的DEM數(shù)據(jù)在光盤中chp11文件夾下的tutor文件夾里面，每個計算過程以及每一節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存放在tutor文件夾的resu

3、lt文件夾里面，文件名與書中所命名同樣，讀者能夠利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行參照練習(xí)。本章最后一節(jié)還供應(yīng)了三個水文解析應(yīng)用的實(shí)例。11.1ArcToolBox中的水文解析模塊9.1無洼地DEM生成DEM一般被認(rèn)為是比較圓滑的地形表面的模擬，但是由于內(nèi)插的原因以及一些真實(shí)地形（如喀斯特意貌）的存在，使得DEM表面存在著一些凹陷的地區(qū)。這些地區(qū)在進(jìn)行地表水流模擬時，由于低高程柵格的存在，使得在進(jìn)行水流流向計算時在該地區(qū)獲取不合理的或錯誤的水流方向。因此，在進(jìn)行水流方向的計算從前，應(yīng)該第一對原始DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行洼地填充，獲取無洼地的DEM。洼地填充的基本過程是先利用水流方向數(shù)據(jù)計算出DEM數(shù)據(jù)中的洼地區(qū)域，爾后計算

4、出這些的洼地區(qū)域的洼地深度，最后以這些洼地深度為參照而設(shè)定填充閾值進(jìn)行洼地填充。水流方向提取水流方向是指水流走開每一個柵格單元時的指向。在ArcGIS中經(jīng)過將中心柵格的8個鄰域柵格編碼，水流方向即可由其中的某一值來確定，圖11.2水流流向編碼柵格方向編碼如圖11.2所示。比方：若是中心柵格的水流流向左邊，則其水流方向被賦值為16。輸出的方向值以2的冪值指定是由于存在柵格水流方向不能夠確定的情況，此時需將數(shù)個方向值相加，這樣在后續(xù)辦理中從相加結(jié)果便能夠確定相加時中心柵格的鄰域柵格情況。水流的流向是經(jīng)過計算中心柵格與鄰域柵格的最大距離權(quán)落差來確定。距離權(quán)落差是指中心柵格與鄰域柵格的高程差除以兩柵格

5、間的距離，柵格間的距離與方向有關(guān)，若是鄰域柵格對中心柵格的方向值為2、8、32、128，則柵格間的距離為2倍的柵格大小，否則距離為1。ArcGIS中的水流方向是利用D8算法（最大距離權(quán)落差）來計算水流方向的。詳細(xì)計算步驟以下：在ArcMap中單擊ArcToolbox圖標(biāo)，啟動ArcToolbox；張開SpatialAnalysisTools工具箱，打開Hydrology工具集；雙擊FlowDirection工具，彈出（如圖11.3所示）水流方向（FlowDirection）計算對話框；1）Inputsurfacedata文本框中選擇輸入的DEM數(shù)據(jù)：dem。2）在Outputflowdirec

6、tionraster文本框中命名計算出來的水流方向文件名為flowdir，并選擇保留路徑；3）若選中Forcealledgecellstoflowoutward(Optional)前的復(fù)選框，指全部圖11.3水流方向FlowDirection計算對話框在DEM數(shù)據(jù)邊緣的柵格的水流方向全部是流出DEM數(shù)據(jù)地區(qū)。默認(rèn)為不選擇。這一步為可選步驟；（4）輸出dropraster。dropraster是該柵格在其水流方向上與其周邊的柵格之間的高程差與距離的比值，以百分比的形式記錄，它反響了在整個地區(qū)中最大坡降的分布情況。這一步為可選步驟；（5）單擊OK按鈕，達(dá)成操作。按鈕，達(dá)成操作。計算出的水流方向數(shù)據(jù)

7、結(jié)果如圖11.4所示。圖11.4利用FlowDirection工具計算出來的水流方向圖洼地計算洼地區(qū)域是水流方向不合理的地方，能夠經(jīng)過水流方向來判斷哪些地方是洼地，爾后對洼地填充。但是，其實(shí)不是全部的洼地區(qū)域都是由于數(shù)據(jù)的誤差造成的，有很多洼地是地表形態(tài)的真實(shí)反響。因此，在進(jìn)行洼地填充從前，必定計算洼地深度，判斷哪些地區(qū)是由于數(shù)據(jù)誤差造成的洼地而哪些地區(qū)又是真實(shí)的地表形態(tài)，爾后在洼地填充的過程中，設(shè)置合理的填充閾值。1.洼地提取1）雙擊Hydrology工具集中的Sink工具，彈出洼地計算對話框，如圖11.5所示；（2）在Inputflowdirectionraster文本框中，選擇水流方向數(shù)

8、據(jù)flowdir；3）在Outputraster文本框中，選擇存放的路徑以及重新命名輸出文件為sink；圖11.5洼地計算對話框（4）單擊OK按鈕，達(dá)成操作。計算結(jié)果如圖11.6所示，深色的地區(qū)是洼地。圖11.6計算出來的洼地區(qū)域2.洼地深度計算（1）雙擊Hydrology工具集中的Watershed工具，彈出流域計算對話框，如圖11.7所示，它用來計算洼地的貢獻(xiàn)地區(qū)；（2）在Inputflowdirectionraster文本框中選擇水流方向數(shù)據(jù)flowdir，在Inputrasterorfeaturepourpoint文本框中選擇洼地數(shù)據(jù)sink，在pourpointfield文本框中選擇

9、value；3）在Outputraster文本框中設(shè)置輸出數(shù)據(jù)的名稱為watershsink；4）單擊OK按鈕，達(dá)成操作。計算出的洼地貢獻(xiàn)地區(qū)如圖11.8所示；圖11.7洼地貢獻(xiàn)地區(qū)計算對話窗口（watershed）圖11.8計算出來的洼地貢獻(xiàn)地區(qū)（5）計算每個洼地所形成的貢獻(xiàn)地區(qū)的最低高程；1）打開SpatialAnalysisTools工具箱中Zonal工具集，雙擊ZonalStatistic工具，彈出如圖11.9所示的分區(qū)統(tǒng)計對話框；2）在Inputrasterorfeaturezonaldata文本框中，選擇洼地貢獻(xiàn)地區(qū)數(shù)據(jù)watershsink；3）在Inputvalueraster

10、文本框中選擇dem作為valueraster；4）在Outputraster文本框中將輸出數(shù)據(jù)文件命名為zonalmin，存放路徑保持不變；5）在統(tǒng)計種類選擇的下拉菜單中選擇最小值（MINIMUM）作為統(tǒng)計種類；圖11.9分區(qū)統(tǒng)計對話框6）單擊OK按鈕，達(dá)成操作。（6）計算每個洼地貢獻(xiàn)地區(qū)出口的最低高程即洼地出水口高程；1）打開SpatialAnalysisTools工具箱中Zonal工具集，雙擊ZonalFill工具，彈出如圖11.10所示的ZoneFill對話框；2）在Inputzoneraster文本框中選擇watershsink，在Inputweightraster文本框中選擇dem，

11、在Outputraster文本框中將輸出數(shù)據(jù)命名改為zonalmax；3）單擊OK按鈕，達(dá)成操作。（7）計算洼地深度。1）在ArcMap中加載SpatialAnalyst模塊，單擊SpatialAnalyst模塊的下拉箭頭，單擊RasterCalculator命令，彈出RasterCalculator對話框，如圖11.11所示；圖11.10洼地貢獻(xiàn)地區(qū)邊緣最低高程計算對話框圖11.11洼地深度計算對話框2）在文本框里面輸入sinkdep=(zonalmax-zonalmin)，爾后單擊evaluate按鈕進(jìn)行計算。對于以上（5）、（6）步的計算，能夠利用SpatialAnalysisTools

12、工具箱中的MapAlgebra工具集的MultiMapOutput工具。如圖11.12所示。對于第（5）步，在文本框中輸入：E:chp11tutorresultzonalmin=zonalmin(E:chp11tutorresultwatershsink,E:chp11tutordem)；對于第（6）步，在文本框中輸入：E:chp11tutorresultzonalmax=zonalfill(E:chp11tutorresultwatershsink,E:chp11tutordem)；圖11.12mapalgebra計算對話框經(jīng)過以上七步的運(yùn)算，即可到全部洼地貢獻(xiàn)地區(qū)的洼地深度，如圖研究區(qū)地形

13、的解析，能夠確定出哪些洼地區(qū)域是由數(shù)據(jù)誤差而產(chǎn)生，的反響地表形態(tài)，從而依照洼地深度來設(shè)置合理的填充閾值。11.13所示。經(jīng)過對哪些洼地區(qū)域又是真實(shí)圖11.13計算出的洼地深度圖洼地填充洼地填充是無洼地DEM生成的最后一個步驟。經(jīng)過洼地提取此后，能夠認(rèn)識原始的DEM上可否存在著洼地，若是沒有存在洼地，原始DEM數(shù)據(jù)就可以直接用來進(jìn)行河網(wǎng)生成、流域切割等。而洼地深度的計算又為在填充洼地時設(shè)置填充閾值供應(yīng)了很好的參照。雙擊Hydrology工具集中的Fill工具，彈出如圖11.14所示的洼地填充對話框；在Inputsurfaceraster文本框中，選擇需要進(jìn)行洼地填充的原始DEM數(shù)據(jù)；在Outpu

14、tsurfaceraster文本框中設(shè)置輸出文件名為filldem；在Zlimit文本框中輸入閾值，在洼地填充過程中，那些洼地深度大于閾值的地方將作為真實(shí)地形保留，不予填充；系統(tǒng)默認(rèn)情況是不設(shè)閾值，即全部的洼地區(qū)域都將被填平。單擊OK按鈕，達(dá)成操作。計算后的無洼地DEM如圖11.15所示。圖11.14洼地填充對話框圖11.15經(jīng)過洼地填充生成的無洼地DEM當(dāng)一個洼地區(qū)域被填平此后，這個地區(qū)與周邊地區(qū)再進(jìn)行洼地計算，可能還會形成新的洼地。因此，洼地填充是一個不斷屢次的過程，直到全部的洼地都被填平，新的洼地不再產(chǎn)生為止。9.2匯流累積量在地表徑流模擬過程中，匯流累積量是基于水流方向數(shù)據(jù)計算獲取的。

15、匯流累積量的基本思想是認(rèn)為以規(guī)則格網(wǎng)表示的數(shù)字地面高程模型每點(diǎn)處有一個單位的水量，依照自然水流從高處流往低處的自然規(guī)律，依照地區(qū)地形的水流方向數(shù)據(jù)計算每點(diǎn)地方流過的水量數(shù)值，便獲取了該地區(qū)的匯流累積量。由水流方向數(shù)據(jù)到匯流累積量計算的過程如圖11.16所示?；跓o洼地DEM的水流方向的計算。計算過程同上一節(jié)水流方向的計算同樣，使用的水流方向數(shù)據(jù)匯流累積數(shù)據(jù)圖11.16匯流累積量的計算DEM數(shù)據(jù)是無洼地DEM。將生成的水流方向文件命名為fdirfill；在獲取水流方向此后，能夠利用水流方向數(shù)據(jù)計算匯流累積量。雙擊Hydrology工具集中的FillAccumulation工具，打開匯流累積量計算

16、對話框。如11.17所示；（1）在Inputflowdirectionraster文本框中，圖11.17匯流累積量計算對話框選擇由無洼地DEM生成的水流方向柵格數(shù)據(jù)fdirfill；（2）在Outputaccumulationraster文本框中輸出數(shù)據(jù)命名為flowacc；（3）在Inputweightraster文本框中輸入權(quán)重數(shù)據(jù)，權(quán)重數(shù)據(jù)一般是考慮到降水、土壤以及植被等對徑流影響的因素分布不平衡而獲取的，對每一個柵格賦權(quán)重能更詳細(xì)模擬該地區(qū)的地表特點(diǎn)。若是無權(quán)重數(shù)據(jù)，系統(tǒng)默認(rèn)全部的柵格的權(quán)重為1；（4）單擊OK按鈕，達(dá)成操作。結(jié)果如圖11.18所示。圖11.18經(jīng)過計算生成的匯流累積量

17、數(shù)據(jù)9.3水流長度水流長度平時是指在地面上一點(diǎn)沿水流方向到其流向起點(diǎn)（或終點(diǎn)）間的最大地面距離在水平面上的投影長度。水流長度直接影響地面徑流的速度，從而影響對地面土壤的損害力。因此，水流長度的提取和解析在水土保持工作中有很重要的意義。目前，在ArcGIS中水流長度的提取方式主要有兩種：順流計算和溯流計算。順流計算是計算地面上每一點(diǎn)沿水流方向到該點(diǎn)所在流域出水口的最大地面距離的水平投影；溯流計算是計算地面上每一點(diǎn)沿水流方向到其流向起點(diǎn)的最大地面距離的水平投影。ArcGIS中水流長度的提取操作以下：1.雙擊Hydrology工具集中的FlowLength工具，彈出計算水流長度的對話框，如圖11.1

18、9所示；在Inputflowdirectionraster文本框中選擇基于無洼地DEM提取出的水流方向數(shù)據(jù)fdirfill；在Outputraster文本框中命名輸出的水流長度柵格數(shù)據(jù)文件名稱。分別進(jìn)行順流計算和溯流計算，輸出的數(shù)據(jù)文件分別命名為Flowlendown和Flowlenup；計算方向能夠選擇Downstream（順流計算）或Upstream（朔流計算）；圖11.19flowlength的計算窗口輸入權(quán)重數(shù)據(jù)。順流計算時，結(jié)果表示沿著水流方向到下游流域出水口中最長距離所流經(jīng)的柵格數(shù)；溯流計算時，結(jié)果表示沿著水流方向到上游柵格的最長的距離的柵格數(shù)；當(dāng)設(shè)置達(dá)成后，單擊OK按鈕，達(dá)成操作

19、。兩種方向計算出的結(jié)果如圖11.20和圖11.21所示。圖11.20順流方向上的水流長度圖11.21逆流方向上的水流長度9.4河網(wǎng)的提取基于DEM的水文解析，其中一個內(nèi)容就是要獲取地表的水流網(wǎng)絡(luò)。目前常用的河網(wǎng)提取方法是地表徑流漫流模型：第一在無洼地DEM上利用最大坡降法獲取每一個柵格的水流方向；爾后利用水流方向柵格數(shù)據(jù)計算出每一個柵格在水流方向上累積的柵格數(shù)，即匯流累積量。假設(shè)每一個柵格攜帶一份水流，那么柵格的匯流累積量就代表著該柵格的水流量?；谏鲜鏊枷耄?dāng)匯流量達(dá)到必然值的時候，就會產(chǎn)生地表水流，全部匯流量大于臨界值的柵格就是潛藏的水流路徑，由這些水流路徑構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，就是河網(wǎng)。河網(wǎng)的生成

20、1.河網(wǎng)的生成是基于匯流累積量數(shù)據(jù)的，其計算步驟見11.2節(jié)，這里用11.2節(jié)計算的匯流累計柵格數(shù)據(jù)flowacc作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；設(shè)定閾值。不同樣級其余溝谷對應(yīng)不同樣的閾值，不同樣研究地區(qū)同樣級其余溝谷對應(yīng)的閾值也是不同樣的。因此，在設(shè)定閾值時，應(yīng)經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)和利用現(xiàn)有地形圖等其余資料輔助檢驗(yàn)的方法來確定合適的閾值；3.柵格河網(wǎng)的形成。利用MapAlgebra工具集中的MultiMapOutput工具中的Con命令或Setnull命令進(jìn)行有條件的盤問可獲取柵格河網(wǎng)。其思想是利用所設(shè)定的閾值對整個地區(qū)解析并生成一個新的柵格圖層，其中匯流量大于設(shè)定閾值的柵格的屬性值設(shè)定為1，而小于或等于設(shè)定閾值的

21、柵格的屬性值設(shè)定為無數(shù)據(jù)。柵格河網(wǎng)的生成也能夠利用ArcMap中的SpatialAnalysis解析模塊下的RasterCalculator計算。將計算出來的柵格河網(wǎng)命名為streamnet；柵格河網(wǎng)矢量化。在Hydrology工具集中雙擊StreamtoFeature工具，如圖圖11.22柵格河網(wǎng)變換成矢量河網(wǎng)對話框11.22所示；在Inputstreamraster文本框中，選擇streamnet；在Inputflowdirectionraster文本框中，輸入由無洼地計算出來的水流方向數(shù)據(jù)fdirfill；在Outputpolylinefeatures文本框中將輸出的數(shù)據(jù)命名為strea

22、mfea。生成的矢量數(shù)據(jù)如圖11.23所示。圖11.23柵格河網(wǎng)變換成的矢量河網(wǎng)框StreamLink的生成Streamlink記錄河網(wǎng)中一些節(jié)點(diǎn)之間的連接信息，主要記錄河網(wǎng)的結(jié)構(gòu)信息。如圖11.24所示，Streamlink的每條弧段連接著兩個作為出水滴或會集點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)，也許連接著作為出水滴的結(jié)點(diǎn)和河網(wǎng)初步點(diǎn)。因此經(jīng)過提取Streamlink能夠獲取每一個河網(wǎng)弧段的初步點(diǎn)和停止點(diǎn)。同樣，也能夠獲取該匯水地區(qū)的出水滴。這些出水滴對于水量、水土流失等研究擁有重要意義。出水口點(diǎn)的確定，為進(jìn)一步的流域切割做好了準(zhǔn)備。操作以下：弧段結(jié)點(diǎn)圖11.24Streamlink表示圖1.在ArcMap里加載水流方

23、向數(shù)據(jù)fdirfill和柵格河網(wǎng)數(shù)據(jù)streamnet；雙擊Hydrology工具集中的StreamLink工具，彈出如圖11.25所示的streamlink計算的對話框。在Inputstreamraster文本框中選擇streamnet，在Inputflowdirectionraster文本框中選擇fdirfill。在Outputraster文本框中將輸出數(shù)據(jù)命名為StreamLink。OK按，達(dá)成操作。Streamlink的生成將格河網(wǎng)分成不包括合點(diǎn)的格河網(wǎng)片段，并片斷行，其屬性表中除了片段的ID號之外，著每個片段所包括的格個數(shù)。如11.26所示。圖11.25StreamLink計算對話框

24、圖11.26StreamLink的屬性框河網(wǎng)分級的生成河網(wǎng)分是一個性的河流網(wǎng)以數(shù)字的形式劃分。在地貌學(xué)中，河流的分是依照河流的流量、形等因素行。不同樣的河網(wǎng)所代表的流累量不同樣，越高，流累量越大，一般是主流，而那些低的河網(wǎng)是支流。于研究水流的運(yùn)、流模式，及水土保持等擁有重要的意。在ArcGIS的水文解析中，供應(yīng)兩種常用的河網(wǎng)分方法：Strahler分和Shreve分。如11.27所示，Strahler分是將全部河網(wǎng)弧段中沒有支流河網(wǎng)弧段分第1，兩個1河網(wǎng)弧段流成的河網(wǎng)弧段第2，這樣下去分第3，第4，向到達(dá)河網(wǎng)出水口。在種分中，當(dāng)且當(dāng)同的兩條河網(wǎng)弧段流成一條河網(wǎng)弧段，弧段才會增加，于那些低弧段入

25、高弧段的情況，高弧段的不會改；Shreve分的第1河網(wǎng)的定與Strahler分是同樣的，所不同樣的是今后的分，兩條1河網(wǎng)11111111121211112223224337Strahler分級Shreve分級11.27Strahler分級和Shreve分級表示圖弧段流而成的河網(wǎng)弧段2河網(wǎng)弧段，那么于今后更高的河網(wǎng)弧段，其的定是由其入河網(wǎng)弧段的之和，如所示，當(dāng)一條3河網(wǎng)弧段和一條4河網(wǎng)弧段流而成的新的河網(wǎng)弧段的7，種河網(wǎng)分到最后出水口的地址，其河網(wǎng)的數(shù)好是河網(wǎng)中全部的1河網(wǎng)弧段的個數(shù)。在ArcGIS中河網(wǎng)分的步以下：1.在ArcMap里加載水流方向數(shù)據(jù)fdirfill和柵格河網(wǎng)數(shù)據(jù)streamn

26、et；2.雙擊Hydrology工具集中的StreamOrder工具，彈出StreamOrder對話框。在Inputstreamraster文本框中選擇Strahler分級和Streamoshr；streamnet，在Inputflowdirectionraster文本框中選擇fdirfill。分別Shreve分級對河網(wǎng)進(jìn)行分級，將輸出數(shù)據(jù)分別命名為Streamostr和3.單擊OK按鈕，達(dá)成操作。計算出的兩種河網(wǎng)分級分別結(jié)果如圖11.28和圖11.29所示。對于streamlink和streamorder計算出的柵格數(shù)據(jù)同樣能夠利用Hydrology工具集中的streamtofeature工

27、具將其轉(zhuǎn)變成矢量數(shù)據(jù)便于進(jìn)一步的研究和解析。圖11.28河網(wǎng)的Strahler分級結(jié)果圖11.29河網(wǎng)的Shreve分級結(jié)果9.5流域的切割流域（watershed）又稱集水地區(qū)，是指流經(jīng)其中的水流和其余物質(zhì)從一個公共的出水口排出從而形成的一個集中的排水地區(qū)，如圖11.30所示。也能夠用流域盆地（basin）、集水盆地（catchment）或水流地區(qū)（contributingarea）等來描述流域。Watershed數(shù)據(jù)顯示了地區(qū)內(nèi)每個流域匯水面積的大小。匯水面積是指從某個出水口（或點(diǎn)）流出的河流的總面積。出水口（或點(diǎn)）即流域內(nèi)水流的出口，是整個流域的最低處。流域間的分界線即為分水嶺。分水線包

28、圍的地區(qū)稱為一條河流或水系的流域，流域分水線所包圍的地區(qū)面積就是流域面積。集水地區(qū)界線集水地區(qū)出口分水嶺子集水地區(qū)水流網(wǎng)絡(luò)圖11.30集水地區(qū)流域盆地的確定流域盆地是由分水嶺切割而成的匯水地區(qū)，是經(jīng)過對水流方向數(shù)據(jù)的解析確定出全部相互連接并處于同一流域盆地的柵格。第一要確定解析窗口邊緣的出水口的地址，全部的流域盆地的出水口均處于解析窗口的邊緣。流域盆地集水區(qū)的確定是找出全部流入出水口的上游柵格的地址。在ArcGIS中，流域盆地的計算的操作以下：1.雙擊Hydrology工具集中的Basin工具，打開流域盆地計算的對話框。如圖11.31所示。2.輸入水流方向數(shù)據(jù)fdirfill，設(shè)置輸出數(shù)據(jù)文件

29、名為basin。3.單擊OK按鈕，達(dá)成操作。在ArcMap中加載上一節(jié)計算出的矢量河網(wǎng)數(shù)據(jù)在以及剛獲取的basin數(shù)據(jù)，如圖11.32所示。全部流域盆地的出口都在研究區(qū)域的界線上，利用流域盆地解析，可將感興圖11.31流域盆地計算的對話框趣的流域劃分出來。圖11.32計算出的流域盆地(線狀圖形為矢量河網(wǎng)數(shù)據(jù))匯水區(qū)出水口的確定在水文解析中，平時需要基于更小的流域單元進(jìn)行解析，這樣就需要進(jìn)行流域的切割。流域的切割第一要確定小級別流域的出水口的地址，能夠經(jīng)過SpatialAnalysisTools工具箱下的Hydrology工具集中的SnapPourPoint的工具來搜尋。它的思想是利用一個記錄著

30、潛藏但其實(shí)不正確的小級別流域的出水口的地址的數(shù)據(jù)層，在該點(diǎn)地址上在以指定距離在匯流累積量的數(shù)據(jù)層上搜尋那些擁有較高匯流累積量柵格點(diǎn)的地址，這些搜尋到的柵格點(diǎn)就是小級其余流域的出水滴。也能夠利用已有的出水滴的矢量數(shù)據(jù)。若是沒有出水滴的柵格或矢量數(shù)據(jù),能夠用已生成的streamlink數(shù)據(jù)作為匯水區(qū)的出水口數(shù)據(jù)。由于streamlink數(shù)據(jù)中隱含著河網(wǎng)中每一條河網(wǎng)弧段的聯(lián)系信息，包括弧段的起點(diǎn)和終點(diǎn)等，而弧段的終點(diǎn)能夠看作是該匯水地區(qū)的出水口所在地址。集水流域的生成對于一個小集水流域的生成，思想以下：先確定出水滴，即該集水區(qū)的最低點(diǎn)，爾后結(jié)合水流方向數(shù)據(jù)，解析搜尋出該出水滴上游全部流過該出水口的柵

31、格，直到搜尋到流域的界線，即分水嶺的地址。1.第一在ArcMap中打開水流方向數(shù)據(jù)fdirfill和流域出口點(diǎn)數(shù)據(jù)streamlink；雙擊Hydrology工具集中的Watershed工具，打開集水地區(qū)（貢獻(xiàn)地區(qū)）計算的對話框。分別在水流方向數(shù)據(jù)和出水口數(shù)據(jù)的文本框中選擇fdirfill和streamlink數(shù)據(jù)，設(shè)置輸出數(shù)據(jù)文件名為watershed。OK按，達(dá)成操作。果如11.33所示，了更好的表流域的切割收效，在此窗口中加了流域盆地和矢量河網(wǎng)的數(shù)據(jù)。能夠看出：通streamlink作流域的出水口數(shù)據(jù)所獲取的集水地區(qū)是每一條河網(wǎng)弧段的集水地區(qū)，也就是要研究的最小溝谷的集水地區(qū)。圖11.3

32、3集水地區(qū)的計算結(jié)果9.6實(shí)例與練習(xí)利用水文解析方法提取山脊、山谷線1.背景：作地形特點(diǎn)的山脊、山谷地形、地貌擁有必然的控制作用。它與山點(diǎn)、谷底點(diǎn)以及鞍部點(diǎn)等一起構(gòu)成了地形及其起伏化的骨架構(gòu)。同由于山脊擁有分水性，山谷擁有合水性特點(diǎn)使得它在工程用方面擁有特其余意。因此在數(shù)字地形解析中，山脊和山谷的提取和解析是擁有很大用價的。目的：認(rèn)識基于DEM的水文解析方法提取出山脊和山谷的原理；掌握水流方向、流累量的提取原理及方法；能利用水文解析的方法與其余空解析方法相合以解決用。要求：1）利用水文解析思想和工具提取研究地區(qū)的山脊；2）利用水文解析思想和工具提取研究地區(qū)的山谷。4.數(shù)據(jù)：一幅25m分辨率的黃

33、土地貌DEM數(shù)據(jù)，地區(qū)面大有140km2。數(shù)據(jù)存放于隨光/ChP11/Ex1目中。5.算法思想：山脊和山谷的提取上也是分水與水的提取。因此，能夠利用水文解析的方法行提取。于山脊而言，由于它同也是分水，而分水的性即水流的起源點(diǎn)。因此，通地表徑流模算此后，些格的水流方向都只擁有流出方向而不存在流入方向，也就是其柵格的匯流累積量為零。經(jīng)過對零值的匯流累積值的柵格的提取，就可以獲取分水線，即山脊線；對于山谷線而言，能夠利用反地形的特點(diǎn)，即利用一個較大的數(shù)值減去原始的DEM數(shù)據(jù)，獲取與原始地形完好相反的地形數(shù)據(jù)，使得原始的DEM中的山脊變成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就變成了山脊，再利用

34、山脊線的提取方法就可以實(shí)現(xiàn)山谷線的提取。但是這種方法會出現(xiàn)提取出的山脊和山谷地址有些誤差，能夠利用正、負(fù)地形來加以糾正。基于DEM利用水文解析的方法提取山脊線和山谷的技術(shù)流程如圖11.34所示。反地形DEM水流方向數(shù)據(jù)匯流累計量山谷線求交負(fù)地形原始DEM鄰域解析求均值后的DEM正地形求交無洼地DEM水流方向數(shù)據(jù)匯流累計量山脊線圖11.34山脊線和山谷線的提取流程圖操作步驟（1）正負(fù)地形的提取1）啟動ArcToolbox，張開AnalysisTools工具箱，打開Hydrology工具集。在ArcMap中加載研究地區(qū)的原始DEM數(shù)據(jù)，如圖11.35所示；2）加載SpatialAnalyst模塊，

35、單擊SpatialAnalyst模塊的下拉箭頭，單擊NeighborhoodStatistics菜單工具，利用鄰域解析的方法以1111的窗口計算平均值。計算結(jié)果命名為meandem；3）單擊SpatialAnalyst中的RasterCalculator菜單工具，對原始DEM數(shù)據(jù)與鄰域解析此后的數(shù)據(jù)meandem做減法運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果重分為兩級，分級界線為0，則大于0的地區(qū)在原始DEM上就是正地形地區(qū)，小于0的地區(qū)在原始DEM上就是負(fù)地形地區(qū)。圖11.36正地形地區(qū)（圖中深色地區(qū)）圖11.37負(fù)地形地區(qū)（圖中深色地區(qū)）11.35研究地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)4）對上一步獲取的二值化數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次重分類，

36、一次將正地形地區(qū)屬性值賦值為1，負(fù)地形地區(qū)屬性賦值為0，命名為zhengdixing；另一次將正地形地區(qū)屬性值賦值為0，負(fù)地形地區(qū)屬性賦值為1，命名為fudixing。結(jié)果分別如圖11.36、圖11.37所示。（2）山脊線的提取1）在ArcMap中加載研究地區(qū)的原始DEM數(shù)據(jù)，如圖11.35所示；2）洼地填充：雙擊Hydrology工具集中的Fill工具，進(jìn)行原始DEM的洼地址填充。在Inputsurfaceraster文本框中選擇原始DEM數(shù)據(jù)dem，將輸出數(shù)據(jù)命名為filldem，由于選擇的是將全部洼地全部填充，因此Zlimit為默認(rèn)值；3）基于無洼地的水流方向的計算：雙擊Hydrology工具集中的FlowDirection工具，在Inputsurfaceraster文本框中選擇填充過的無洼地DEM數(shù)據(jù)filldem，將輸出的水流方向數(shù)據(jù)命名為flowdirfill；4）匯流累積量的計算：雙擊Hydrolo