【正文】 水系或一級(jí)水系與二級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為二級(jí)水系（2nd order stream）。這對(duì)于研究水流的運(yùn)動(dòng)、匯流模式，及水土保持等具有重要的意義。在地貌學(xué)中，對(duì)溝谷的分級(jí)是根據(jù)溝谷的流量、形態(tài)等因素進(jìn)行。這種方法不可借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行，亦更能達(dá)到快速、準(zhǔn)確和實(shí)施大量計(jì)算的目的。它主要是利用樣本的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤、變異系數(shù)率、均方、檢驗(yàn)推斷、相關(guān)、回歸、聚類分析、判別分析、主成分分析、正交試驗(yàn)、模糊數(shù)學(xué)和灰色系統(tǒng)理論等有關(guān)統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算來對(duì)實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)和測(cè)量、調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)分6f研究得到所需結(jié)果的一種科學(xué)方法。它主要研究隨機(jī)現(xiàn)象中局部(字樣)與整體(母體)之間。 空間統(tǒng)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 數(shù)學(xué)的一門分支學(xué)科。利用DEM 生成的集水流域和水流網(wǎng)絡(luò)，成為大多數(shù)地表水文分析模型的主要輸入數(shù)據(jù)。 GIS水文分析方法 Gis水文分析方法使用DEM數(shù)據(jù)派生其他水文特征：提取河流網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)劃分流域，這是描述某一地區(qū)水文特征的重要因素?；诜强臻g屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算；。 研究采取的主要方法及路線 研究方法GIS的空間分析空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。不同空間區(qū)域的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征分析基于獲取的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)的方法研究溝谷網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征；同時(shí)，對(duì)于不同地貌區(qū)的溝谷進(jìn)行深入的分析與探討。美國、俄羅斯、歐盟、澳大利亞等國家和地區(qū)的水文數(shù)據(jù)庫建設(shè)現(xiàn)狀及相應(yīng)的產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)?shù)碾A段，通過整理和分析得出結(jié)論，這些國家和地區(qū)已制定了共享數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，并完善、整合數(shù)據(jù)庫中已存儲(chǔ)的水文數(shù)據(jù)，提供了高效的水文水資源信息服務(wù)平臺(tái)，從而為我國水文數(shù)據(jù)共享和水文數(shù)據(jù)庫的建設(shè)提供寶貴資料，促進(jìn)水文信息化的發(fā)展。 國外研究現(xiàn)狀 在國外，主要是美國等國家在水文分析溝谷網(wǎng)絡(luò)分析方面的發(fā)展進(jìn)程最近一段時(shí)期美國的水文分析方面已經(jīng)可以做到精確評(píng)價(jià)區(qū)域地下水資源量，滿足不斷增長(zhǎng)的供水需求；防治地下水開采所引發(fā)的各種環(huán)境問題 ,如地面沉降、海水入侵、地下水污染等。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，近10多年來，我們做了很多相關(guān)的研究項(xiàng)目，很多研究機(jī)構(gòu)也有與之相關(guān)的研究課題。 本研究基于多區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，在實(shí)現(xiàn)溝谷網(wǎng)絡(luò)空間形態(tài)信息提取的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算和獲取溝谷網(wǎng)絡(luò)的多元專題信息，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同地貌區(qū)的溝谷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與水文特征的分析。DEM是目前主要的空間數(shù)據(jù)類型，也是進(jìn)行地形、水文等專題空間分析的主要數(shù)據(jù)源。利用DEM分析地形和水文的方法日益成熟，可以提取所研究區(qū)域的各種地形因子，溝谷水系和拓?fù)潢P(guān)系，并能夠生成相應(yīng)的水流累積來進(jìn)行地表徑流模擬研究。 Shreve分級(jí)的第1級(jí)河網(wǎng)的定義與Strahler分級(jí)是相同的，所不同的是以后的分級(jí)，兩級(jí)1級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的河網(wǎng)弧段為2級(jí)河網(wǎng)弧段，那么對(duì)于以后更高級(jí)別的河網(wǎng)弧段，其級(jí)別的定義是由其匯入河網(wǎng)弧段的級(jí)別之和，當(dāng)一條3級(jí)河網(wǎng)弧段和一條4級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的新的河網(wǎng)弧段的級(jí)別為7，這種河網(wǎng)分級(jí)到最后出水口的位置時(shí)，其河網(wǎng)的級(jí)別數(shù)剛好是該河網(wǎng)中所有的1級(jí)河網(wǎng)弧段的個(gè)數(shù)[3]。兩條二級(jí)水系或二級(jí)水系與三級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為三級(jí)水（3rdorder stream）。在1：5萬地形圖或航空照片上可以辨認(rèn)出的最小水系（大于1厘米）稱為一級(jí)水系（1st order stream），兩條以上一級(jí)水系或一級(jí)水系與二級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為二級(jí)水系（2nd order stream）。分水線包圍的區(qū)域稱為一條河流或水系的流域，流域分水線所包圍的區(qū)域面積就是流域面積。出水口（或點(diǎn)）即流域內(nèi)水流的出口，是整個(gè)流域的最低處。Watershed數(shù)據(jù)顯示了區(qū)域內(nèi)每個(gè)流域匯水面積的大小【2】。流域（watershed）又稱集水區(qū)域，是指流經(jīng)其中的水流和其它物質(zhì)從一個(gè)公共的出水口排出從而形成的一個(gè)集中的排水區(qū)域。不同級(jí)別的河網(wǎng)所代表的匯流累積量不同，級(jí)別越高，匯流累積量越大，一般是主流，而那些級(jí)別較低的河網(wǎng)則是支流。 河網(wǎng)分級(jí)和流域河網(wǎng)分級(jí)是對(duì)一個(gè)線性的河流網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字標(biāo)識(shí)的形式劃分級(jí)別。它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地 面高程的一種實(shí)體地面模型，是數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model，簡(jiǎn)稱DTM)的一個(gè)分支，其它各種地形特征值均可由此派生。是描述、存儲(chǔ)、和輸出空間信息的理論和方法，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。 Flow accumulation.目 錄摘 要 IABSTRACT II目 錄 31 引言 4 基本概念 4 研究目的及意義 5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 研究的主要內(nèi)容 7 研究采取的主要方法及路線 72 研究基礎(chǔ) 10 溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)及相關(guān)知識(shí) 10 實(shí)驗(yàn)區(qū)域及數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介 11 軟件簡(jiǎn)介 123 基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間信息提取 14 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理 14 水流方向提取 16 無洼地DEM生成 18 匯流累計(jì)量與溝谷的計(jì)算 224 不同空間區(qū)域的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征分析 28 基于分級(jí)溝谷網(wǎng)絡(luò)提取基本信息數(shù)據(jù) 28 結(jié)果分析 295 結(jié)論和相關(guān)問題分析 34 34 設(shè)計(jì)過程中主要問題及解決方案 34參考文獻(xiàn) 36致謝 38附錄 39附錄1：英文原文 40附錄2：中文譯文 411 引言 基本概念 DEM地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，簡(jiǎn)稱GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。 Valley classification。論文采用的研究方法和取得的研究成果是GIS空間分析方法應(yīng)用于溝谷特征研究的重要實(shí)踐，具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?；贒EM數(shù)據(jù)進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取與分析是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)；然而，由于地形地貌的復(fù)雜性與區(qū)域性特征、DEM數(shù)據(jù)的多尺度、綜合性特征的原因，基于DEM進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取和分析亟待進(jìn)行深入的特征分析與探討。山東科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取是GIS水文分析的主要內(nèi)容，對(duì)于溝谷網(wǎng)絡(luò)的空間信息提取與專題特征分析是水文分析和溝谷網(wǎng)絡(luò)形態(tài)特征研究的主要內(nèi)容。DEM是目前主要的空間數(shù)據(jù)類型，也是進(jìn)行地形、水文等專題空間分析的主要數(shù)據(jù)源。在論文中，首先獲取了不同區(qū)域DEM數(shù)據(jù)，根據(jù)論文研究的需要，完成了DEM數(shù)據(jù)的格式、投影轉(zhuǎn)換等預(yù)處理操作；運(yùn)用GIS的追蹤分析、水文分析方法，完成了基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)計(jì)算，同時(shí)計(jì)算獲取了不同空間區(qū)域的水文屬性信息；基于獲取的不同空間區(qū)域的水文信息，運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析了不同地貌區(qū)的溝谷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與水文特征。關(guān)鍵詞：DEM；溝谷分級(jí)；水文分析；匯流累積量.IIABSTRACTValley network extraction is the main content of GIS hydrological analysis. The main contents of the hydrological analysis is to extract the valley networks and thematic characteristics of spatial information analysis. DEM is one of the main spatial data currently. Also, it is the main data source of the topographical, hydrological and other topics spatial analysis. Currently, DEM data extraction and analysis of valley networks is a hot research topic. However, because of the plexity of the topography, the integrated of DEM data, resulting in many problems that DEM data used to solve the problem of valley in the features. In the paper, first get the different regions of the DEM data. According to the needs of thesis, pleted the DEM data format conversion preprocessing operations projection. Using tracking analysis and hydrological analysis of GIS, to solve the problem of coordinate conversion on DEM data. While puting the hydrological properties of the different space area information. Based on different space area of hydrological information, using mathematical statistics method, analyzed the network structure and hydrological characteristics of different landscape areas in valleys.Paper use the research methods and research results is the gulch features of GIS space analysis method is applied to study the important practice, has an important significance in theory research and practical application value.Key Words：DEM。 Hydrological analysis。其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model),簡(jiǎn)稱DEM【1】。一般認(rèn)為，DTM是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子 在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布，其中DEM是零階單純的單項(xiàng)數(shù)字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性可在DEM的基礎(chǔ)上派生。在地貌學(xué)中，對(duì)河流的分級(jí)是根據(jù)河流的流量、形態(tài)等因素進(jìn)行。這對(duì)于研究水流的運(yùn)動(dòng)、匯流模式，及水土保持等具有重要的意義。也可以用流域盆地（basin）、集水盆地（catchment）或水流區(qū)域（contributing area）等來描述流域。匯水面積是指從某個(gè)出水口（或點(diǎn)）流出的河流的總面積。流域間的分界線即為分水嶺。 STRAHLER和SHEVE分級(jí)方法Strahler分級(jí)是指劃分水系支流規(guī)模大小和相互關(guān)系的等級(jí)。這兩級(jí)水系通常接近分水嶺。這種命名方法使不同圖幅上同一級(jí)別的水系可以互相比較，不會(huì)發(fā)生水系級(jí)別劃分上的錯(cuò)誤。 研究目的及意義 數(shù)字高程模型（DEM）是地面高程屬性空間分布的有序數(shù)值陣列，其中蘊(yùn)含著豐富的地貌地形信息，能有效的反映區(qū)域的基本地形空間分布規(guī)律和地貌特征。 基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取是GIS水文分析的主要內(nèi)容，對(duì)于溝谷網(wǎng)絡(luò)的空間信息提取與專題特征分析是水文分析和溝谷網(wǎng)絡(luò)形態(tài)特征研究的主要內(nèi)容?；贒EM數(shù)據(jù)進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取與分析是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)；然而，由于地形地貌的復(fù)雜性與區(qū)域性特征、DEM數(shù)據(jù)的多尺度、綜合性特征的原因，基于DEM進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取和分析亟待進(jìn)行深入的特征分析與探討。從而提取出各個(gè)河網(wǎng)分級(jí)與數(shù)目匯流累積量之間的相互關(guān)系。同時(shí)，溝谷河網(wǎng)分析的延伸項(xiàng)目也一直蓬勃的發(fā)展，比如利用反向思維可以進(jìn)行山脊線的提取研究，鞍部的提取等。 鑒于我國水文數(shù)據(jù)庫發(fā)展較慢．而國外發(fā)達(dá)國家已取得了一系列的成果。 研究的主要內(nèi)容不同空間區(qū)域DEM數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理：主要包括DEM數(shù)據(jù)的來源獲取，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，投影坐標(biāo)，分辨率等前期工作基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間信息提取主要指基于DEM提取溝谷網(wǎng)絡(luò)的方法與基本步驟，主要包括：水流方向提取、洼地計(jì)算、洼地深度計(jì)算、洼地填充、匯流累計(jì)量的計(jì)算，計(jì)算溝谷長(zhǎng)度，溝谷的生成和提取，溝谷分級(jí)的生成。從而得出最終結(jié)果，然后進(jìn)行分析工作，最終得出結(jié)論。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為：；2?？臻g分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫，其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。水文分析是DEM 數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。表面水文分析模型研究與地表水流有關(guān)的各種自然現(xiàn)象例如洪水水位及泛濫情況，劃定受污染源影響的地區(qū)，預(yù)測(cè)當(dāng)某一地區(qū)的地貌改變時(shí)對(duì)整個(gè)地區(qū)將造成的影響等。它以概率論為基礎(chǔ)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究導(dǎo)出其概念規(guī)律性(即統(tǒng)計(jì)規(guī)律)。以及各有關(guān)因素之間相互聯(lián)系的規(guī)律性。它要求具有隨機(jī)性，而且數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠，這是進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)。 技術(shù)路線獲取原始DEM數(shù)據(jù)溝谷方向 匯流累計(jì)量的提取數(shù)據(jù)的預(yù)處理溝谷網(wǎng)絡(luò)提取溝谷分級(jí)統(tǒng)計(jì)分級(jí)溝谷網(wǎng)絡(luò)屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法找數(shù)據(jù)之間的關(guān)系分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論輸出結(jié)果圖11 技術(shù)路線圖2 研究基礎(chǔ) 溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)及相關(guān)知識(shí)溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)是對(duì)一個(gè)線性的溝谷網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字標(biāo)識(shí)的形式劃分級(jí)別。不同級(jí)別的溝谷所代表的匯流累積量不同，級(jí)別越高，匯流累積量越大，一般是主流，而那些級(jí)別較低的溝谷網(wǎng)絡(luò)則是支流。 溝谷分級(jí)的具體分類方法