【文章內(nèi)容簡介】 出如圖9所示的分區(qū)統(tǒng)計對話框。在Input zone raster文本框中選擇watershsink，在Input weight raster文本框中選擇dem，在Output raster文本框中將輸出數(shù)據(jù)文件名改為zonalmax，然后單擊OK，進行運算。 （7）計算洼地深度。加載Spatial Analyst模塊，點擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，點擊raster calculator菜單工具，在文本框里面輸入sinkdep = ( [zonalmax] [zonalmin])，然后點擊evaluate進行計算。經(jīng)過以上七步的運算，就可得到所有洼地貢獻區(qū)域的洼地深度。通過對研究區(qū)地形的分析，可以確定出哪些是由數(shù)據(jù)誤差而產(chǎn)生的洼地，哪些洼地區(qū)域又是真實的反映地表形態(tài)，從而根據(jù)洼地深度來設置合理的填充閾值，使得生成的無洼地DEM更準確的反映地表形態(tài)。洼地填充是無洼地DEM 生成的最后一個步驟。在通過洼地計算之后，知道了原始的DEM 上是否存在著洼地，如果沒有存在著洼地，那么原始DEM 數(shù)據(jù)就直接可以用來進行以后的河網(wǎng)的生成、流域的分割等。而洼地深度的計算又為在填充洼地時設置填充閾值提供了很好的參考。 1. 雙擊hydrology 工具集中的fill 工具。2. 在Input surface raster 文本框中，選擇需要進行洼地填充的原始DEM數(shù)據(jù)。 surface raster 文本框中設置輸出文件名為filldem。 limit——填充閾值，當設置一個數(shù)值之后，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地形保留，不予填充；系統(tǒng)默認情況是不設閾值，也就是所有的洼地區(qū)域都將被填平。5. 單擊OK，進行洼地填平計算，計算后的無洼地DEM。圖36 填充后的無洼地DEM洼地填充的過程是一個反復的過程。當一個洼地區(qū)域被填平之后，這個區(qū)域與附近區(qū)域再進行洼地計算，可能有會形成新的洼地，所以呢，洼地填充是一個不斷反復的過程，直到最后所有的洼地都被填平，新的洼地不再產(chǎn)生為止。因此,當數(shù)據(jù)量很大時，這個過程會持續(xù)一段時間。 匯流累計量與溝谷的計算 匯流累計量的計算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)計算而來的。對每一個柵格來說，其匯流累積量的大小代表著其上游有多少個柵格的水流方向最終匯流經(jīng)過該柵格， 匯流累積的數(shù)值越大，該區(qū)域越易形成地表徑流。由水流方向數(shù)據(jù)到匯流累積量計算的過程如圖所示。圖37 水流方向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成匯流累積量的原理1. 基于無洼地DEM的水流方向的計算。計算過程同水流方向的計算一樣，使用的DEM 數(shù)據(jù)是無洼地DEM。將生成的水流方向文件命名為fdirfill。 2. 匯流累積量的計算。在得到水流方向之后，可以利用水流方向數(shù)據(jù)來計算匯流累積量。雙擊 hydrology 工具集中的的fill accumulation 工具，打開匯流累積量計算對話框。 （1） 在Input flow direction raster文本框中，選擇由無洼地DEM生成的水流方向柵格數(shù)據(jù)fdirfill。 （2） 在Output accumulation raster文本框中，將數(shù)據(jù)文件名修改為flowacc。（3） 在Input weight raster文本框中輸入配權(quán)數(shù)據(jù)，配權(quán)數(shù)據(jù)一般是表示降水、土壤以及植被等對徑流影響的因素分布不平衡而形成的，更能詳細模擬該區(qū)域的地表特征。如果無數(shù)據(jù)，系統(tǒng)默認為所有的柵格配以相同的權(quán)值1，那么計算出來的匯流累積量的數(shù)值就代表著該柵格位置流入的柵格數(shù)的多少。 （4） 點擊OK，完成計算。結(jié)果見圖所示。圖38 計算出來的匯流累積量顯示圖 溝谷網(wǎng)絡的生成和提取基于DEM 的水文分析，其中一個目的就是以DEM 數(shù)據(jù)為基礎，經(jīng)過一些計算和處理而得到地表的水流網(wǎng)絡。目前常用的溝谷提取方法是采用地表徑流漫流模型計算：首先是在無洼地DEM 上利用最大坡降的方法得到每一個柵格的水流方向；然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，所得到的匯流累積量則代表在一個柵格位置上有多少個柵格的水流方向流經(jīng)該柵格；假設每一個柵格處攜帶一份水流，那么柵格的匯流累積量則代表著該柵格的水流量?；谏鲜鏊枷耄攨R流量達到一定值的時候，就會產(chǎn)生地表水流，那么所有那些匯流量大于那個臨界數(shù)值的柵格就是潛在的水流路徑，由這些水流路徑構(gòu)成的網(wǎng)絡，就是溝谷網(wǎng)絡。 1. 溝谷網(wǎng)絡的生成是基于匯流累積矩陣的，首先應該計算出研究區(qū)域的匯流累積矩陣。2. 設定閾值。閾值的設定在河網(wǎng)的提取過程是很重要的，并且直接影響到溝谷網(wǎng)絡的提取結(jié)果。閾值的設定應遵循科學、合理的原則。首先應該考慮到研究的對象，研究對象中的溝谷的最小級別，不同級別的溝谷所對應的不同的閾值；其次考慮到研究區(qū)域的狀況，不同的研究區(qū)域相同級別的溝谷需要的閾值也是不同的。所以，在設定閾值時，應充分對研究區(qū)域和研究對象進行分析，通過不斷的實驗和利用現(xiàn)有地形圖等其它數(shù) 據(jù)輔助檢驗的方法來確定能滿足研究需要并且符合研究區(qū)域地形地貌條件的合適的閾值。 3. 柵格形式的溝谷的形成。柵格溝谷網(wǎng)絡的生成是利用map algebra 工具集中的multi map output 工具中的con命令或者setnull命令計算的，他們都是基于柵格進行有條件的查詢并將查詢結(jié)果賦予新的柵格數(shù)據(jù)中。計算的思想是利用所設定的閾值進行整區(qū)域的分析并生成一個新的柵格圖層，在生成柵格數(shù)據(jù)中將那些匯流量大于設定閾值的柵格的屬性值設定為1，而小于或等于設定閾值的柵格的屬性值設定為無數(shù)據(jù)。柵格河網(wǎng)的生成是利用設定一個河網(wǎng)生成閾值，也可以利用ArcMap中的Spatial Analysis 分析模塊下的 Raster Calculator來計算出所有大于設定閾值的柵格，這些柵格就是溝谷網(wǎng)絡的潛在位置。將計算出來的柵格溝谷網(wǎng)絡命名為streamnet。4. 柵格溝谷網(wǎng)絡矢量化。在hydrology工具集中提供了將上一步生成的柵格溝谷網(wǎng)絡進行矢量化的工具stream to feature，通過stream to feature就可以得到矢量形式的溝谷網(wǎng)絡圖。柵格數(shù)據(jù)的矢量化時，選擇的是最短的路線繪制成線。雙擊hydrology工具集中的stream to feature工具。在Input stream raster文本框中，選擇streamnet；在Input flow direction raster文本框中，輸入由無洼地計算出來的水流方向數(shù)局fdirfill；在Output polyline features文本框中將輸出的數(shù)據(jù)命名為streamfea。生成的矢量數(shù)據(jù)如圖所示。 圖39 生成的矢量河網(wǎng)顯示圖 溝谷網(wǎng)絡分級的生成溝谷網(wǎng)絡分級是對一個線性的河流網(wǎng)絡進行分級別的數(shù)字標識。在地貌學中，對溝谷網(wǎng)絡的分級是根據(jù)河流的流量、形態(tài)等因素進行河流的分級。而基于DEM提取的河網(wǎng)的分支具有一定的水文意義。利用地表徑流模擬的思想，不同的級別的溝谷網(wǎng)絡首先是它們所代表的匯流累積量也不同，級別越高的溝谷網(wǎng)絡，其匯流累積量也越大，那么在水文研究中，這些溝谷網(wǎng)絡往往是主流，而那些級別較低的溝谷網(wǎng)絡則是支流。溝谷網(wǎng)絡的分級同樣可以研究水流的運動、匯流模式，對于水土保持等也具有重要的意義。 在ArcGIS 的水文分析中，提供兩種常用的溝谷網(wǎng)絡分級方法：Strahler 分級和Shreve 分級。 如下圖所示，對于Strahler 分級來說，它是將所有河網(wǎng)弧段中沒有支流河網(wǎng)弧段分為第1 級，兩個1 級河網(wǎng)弧段匯流成的河網(wǎng)弧段為第2 級，如此下去分別為第3 級，第4 級， 一直到河網(wǎng)出水口。在這種分級中，當且僅當同級別的兩條河網(wǎng)弧段匯流成一條河網(wǎng)弧段 時，該弧段級別才會增加，對于那些低級弧段匯入高級弧段的情況，高級弧段的級別不會改變，這也是比較常用的一種河網(wǎng)分級方法。對于Shreve 分級而言，其第1級河網(wǎng)的定義 與Strahler分級是相同的，所不同的是以后的分級，兩條1級河網(wǎng)弧段匯流而成的河網(wǎng)弧段為2級河網(wǎng)弧段，那么對于以后更高級別的河網(wǎng)弧段，其級別的定義是由其匯入河網(wǎng)弧段的級別之和，如圖所示，當一條3級河網(wǎng)弧段和一條4級河網(wǎng)弧段匯流而成的新的河網(wǎng)弧段的級別就是7，那么這種河網(wǎng)分級到最后出水口的位置時，其河網(wǎng)的級別數(shù)剛好是該河網(wǎng)中所有的1級河網(wǎng)弧段的個數(shù)。在ArcGIS 中對溝谷網(wǎng)絡分級的步驟如下： link的計算一樣，stream order的計算也是基于水流方向數(shù)據(jù)和柵格河網(wǎng)數(shù)據(jù)的基礎上，首先在ArcMap里將水流方向數(shù)據(jù)fdirfill和柵格河網(wǎng)數(shù)據(jù)streamras打開。 2. 雙擊hydrology工具集中的stream order工具，彈出stream order計算的對話框。在Input stream raster文本框中選擇streamnet，在Input flow direction raster文本框中選擇fdirfill。 分別用Strahler分級和Shreve分級對河網(wǎng)進行分級，改輸出數(shù)據(jù)名稱分別設為Streamostr和Streamoshr，單擊OK完成。對于stream link和stream order計算出的柵格數(shù)據(jù)同樣可以利用hydrology工具集中的stream to feature工具將其轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)進行進一步的研究和分析。4 不同空間區(qū)域的溝谷網(wǎng)絡特征分析 基于分級溝谷網(wǎng)絡提取基本信息數(shù)據(jù) 收集分級與數(shù)目，匯流累積量三者的數(shù)據(jù)對所有地區(qū)的的DEM 數(shù)據(jù)進行strahler和shreve兩種分級后就進行數(shù)據(jù)的采集過程了，一共8個區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計溝谷網(wǎng)絡分級后一個有多少個級別，每個級別的溝谷數(shù)目是多少，以及內(nèi)個級別的平均匯流累計量是多少然后進行統(tǒng)計分析。尋找溝谷分級與數(shù)目和匯流累積量兩者之間的函數(shù)關系。每種分級的溝谷的數(shù)目需要選取每一級別然后從圖中再找出來。表41 Strahler分級中各個等級和溝谷網(wǎng)絡對應的數(shù)目關系分級編號8765432114956245735196386236836202118131121143154147134160327272633343430104756758104512122161每個級別溝谷的長度是利用ArcGIS軟件中的統(tǒng)計圖表Open Attitude Table得出每個級別的河流的柵格數(shù)目，利用已知的柵格大小計算出溝谷的長度。匯流累計量數(shù)據(jù)的提取的是選取一段河流，該段河流匯流量的最大之就是該段河流的匯流累積量。表42 Strahler扥集中各個等級的平均匯流累積量分級編號87654321112020113761196412080119311176211905117832533235460556321481264987849491497234865532380502463282502541947922096592091772113891757334101030514839681065026119933420317357265759314558092095341768335525158296680404526142738853449362610043157 結(jié)果分析 數(shù)據(jù)統(tǒng)計strahler分級中等級和數(shù)目之間的關系編號8 y = R178。 = 編號7 y = R178。 = 編號6 y = R178。 = 編號5 y = R178。 = 編號4 y = R178。 = 編號3 y = R178。 = 編號2 y = R178。 = 編號1 y = R178。 = 同時對方程左右兩邊求對數(shù)得：8：lny = 7： lny = 6： lny = 5： lny = 4： lny = 3： lny = 2： lny = 1： lny = 應用這些數(shù)據(jù)繪制折線圖如下圖41 strahler分級等級與數(shù)目的關系首先，由于各個方程的R178。，證明了河網(wǎng)分級與每個等級河道數(shù)目之間強烈的對應關系。將原方程全部取對數(shù)后可以發(fā)現(xiàn)LnY 與X之間的線性關系強烈，且與區(qū)域類型有一定的關系，在廣東省等南方代表區(qū)域，線性方程的斜率較大，而北方地區(qū)的線性方程斜率較小。strahler分級中等級和匯流累積量之間的關系1： y = R178。 = 2： y = R178。 = 3： y = R178。 = 4： y = R178。 = 5： y = R178。 = 6： y = R178。 = 7： y = R178。 = 8： y = R178。 = 同時對方程左右兩邊求對數(shù)得：1： lny = +2： lny = +3： lny = +4： lny = +5： lny = +6： lny = +7： lny = +8： lny = +圖42 strahler分級中等級和平均匯流量之間的關系首先，由于各個方程的R178。，證明了河網(wǎng)分級與每個等級河道的平均匯流累積量之間強烈的對應關系。將原方程全部取對數(shù)后可以發(fā)現(xiàn)LnY 與X之間的線性關系強烈，并且山東等地區(qū)的斜率較小，二南方等地區(qū)的斜率較大。shreve分級中等級和數(shù)目之間的關系N23E115 y = R178。 = N24E116 y = R178。 = N26E113 y = R178。 = N28E1