流域分析 | 水文分析 | Hydrological Analysis

溝谷網路提取

【溝谷地貌】是較為典型的流水侵蝕地貌，其中，溝谷網路在空間分佈和發展演化上對溝谷地貌都有重要的控制作用

【步驟】

1. 窪地填平 水從高度往低處流，如果有個坑，那流入就會中斷–>把坑填平
2. 流向提取 每個柵格流動的方向
3. 匯流量提取 每個柵格向下一個柵格傳遞著水，把這些匯流的水量統計出來
4. 河谷網路提取 根據匯流量可以提取出相應的溝谷

窪地填平

【窪地的產生情況】

1. 現實就是如此
2. 生產DEM的過程中產生的窪地

【問題】水從高度往低處流，如果有個坑，那流入就會中斷 【解決】把坑填平，填的與周圍最低的一個坎相平 【基本原理】增加窪地點高程值，使其高程值提高至鄰域內其他8個柵格的最小值

1. 左圖：1的幾塊柵格比周邊的高度都小–>為窪地–>水流進後就出不來了
2. 右圖：填充後，與周圍最低的值2相同–>形成了一個平臺的東西，問題就解決了

【閾值設定】填充窪地時要求設定一個閾值，大於這個閾值的窪地才會被填充掉

1. 預設情況都為全部填充
2. 若有特殊要求，你考察過每個地方的窪地在現實中就是如此–>研究要求要將此地保留–>根據此地來設定閾值

水流方向

【流向】每個點都有一個最大坡度方向–>最大坡度方向就是這個柵格的流向

【連通】

1. 四連通：把一個柵格的上下左右當成是鄰域
2. 八連通：把一個柵格的上下左右、左上、右上、左下、右下八個柵格當成領域

【演算法】

1. 單流向演算法(Single flow direction,SFD)：每個柵格只有一個流向 ArcView、ArcGIS中的演算法是單流向
2. 多流向演算法(multiple flow direction,MFD)：一個柵格有多個方向

【方向編碼】即流向資料中DN的取值範圍，與代表的含義

匯流量提取(flow accumulation)

【溝壑】流水匯流的地方 【匯流量】從柵格點的源頭流到該點的總彙流量 【原理】沿流向方向對各柵格處的匯流量逐步進行累加

河谷網路提取

【步驟】

1. 對匯流累計矩陣採用一定的閾值來提取溝谷網路，大於閾值的位置賦值為1，即為溝谷網路
2. 可進一步將柵格溝谷網路轉換為向量溝谷線檔案

【閾值的設定】以實驗目的為導向 【思考】通過不同的閾值，可以提取出不同級別的匯流網路

1. 閾值設定的越小–>河谷網就提取的越少–>很小支的很窄的河流都會被提取出來
2. 閾值設定的越大–>提取的河谷網就會越多–>只能提取到規模較大的河谷

【方法】

1. 確定你的實驗目的–>根據你的實驗目的來確定你要提取的精度，將要提取到什麼程度，至少什麼規模的河流你要提取出來
2. 設定一個值，進行提取–>檢視結果，和你的預期相比較，若你的想提取的部分沒有提取出來–>閾值設定的小一點，再提取–>反覆試驗，確定閾值

確定河流等級

河流的分級方法有兩種

示例

具體步驟

流域提取

【原理】可由流域出口點開始，逐步對鄰域內其他8個柵格流向的反方向進行追蹤 直到追蹤至流域邊界柵格（不被鄰域內任何柵格所指向）

【例子】從出水口一直網上找，直到找到邊界

1. 粉紅色的格子A是出水口
2. 流進A的格子有黃色的格子B
3. 流進B的格子有綠色的格子C
4. 流進C的格子有紫色的格子D
5. 流進D的格子有藍色的格子E

以此往復，找出了該出水口所在的流域

具體步驟

坡長分析

【坡長重要性】影響水流的速度，影響地面土壤侵蝕的速度 【水流的速度】一方面取決於坡陡不陡，另一方面看坡長與不長：坡很長–>一個物體就不斷加速，動量很足

【坡長分析】分為上坡長、下坡長

1. 某一點的【上坡長】：該點沿流向的反方向至流域邊界的最大距離 這一點一直上溯到水流的起始點，這段長度稱之為上坡長
2. 某一點的【下坡長】：沿水流方向到達流域出口點的距離

【步驟】DEM–>窪地填充–>流向提取–>提取坡長

上坡長

【上坡長資料的DN值】

1. DN=0：即山脊，分水的地方
2. DN=14：到源頭有14個距離（單位可能是柵格個數，可能是m等）
3. DN的意義：一個水滴在源頭開始流動，到我這裡要多少個距離

【經驗】

1. 可以根據上坡長提取山脊線，而山谷線怎麼提取呢？
2. 提取山谷線：上坡長可以提取山脊線–>將DEM進行一個取反：取一個最大值MAX，將sub=MAX-DEM–>在sub中提取山谷線，即是山谷線

下坡長

【下坡長的DN值的意義】DN值越大，表示與出口越遠 【應用】幫助預測洪峰的到來時間 相對於上坡長，下坡長的變化較為平緩，通過某一點的下坡長可以判斷其水流到達河流交匯點的時間，以幫助預測洪峰的到來時間

模擬在上游的水流下，流到出水口，計算每單位時間流下的水量–>可以得到降水量表 模擬結果：

【缺點】沒有考慮很多邊界條件

1. 均勻的降雨
2. 雨水有沒有下滲
3. 有沒有阻強

【思考1】降水只是在北邊下了，降雨帶從北向南推移。洪峰曲線的峰是向後移了，還是向前提了？ 【結果】洪峰推後了，但是洪峰的值大了 【原因】降雨帶遠離出水口，統計洪峰曲線是在出水口統計的，下了很久的雨，但是有沒有流到出水口呢？沒有

【思考2】降雨帶從南向北移動 【結果】

小結

1. DEM水文分析是一種不同於一般視窗分析的，基於全域性分析的DEM資料分析方法
2. 流域分析（水文分析）所提取的水系、坡長、流域等資訊再地學分析中具有重要意義