第十一章 水文分析 GIS软件应用实习材料
实例与练习
练习 1. 利用水文分析方法提取山脊、山谷线
1. 背景:山脊线、山谷线是地形特征线,它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们
与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数
字地形分析中,山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
2. 目的:理解基于 DEM 结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理;
掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理;能将水文分析的方法和
其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。
3. 要求:
(1)利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线;
(2)利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。
4. 数据:一幅 25m分辨率的黄土地貌DEM数据,数据的区域大概有 140 km
2
。数据存放
于…/ChP11/Ex1 中,请将其拷贝到E:/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result
中。
5. 算法思想:
对于水文物理过程研究而言,由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性,山脊线
和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。因此,对于山脊线和山谷线就可
以利用水文分析的方法进行提取。
基于 DEM 的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是:对于山脊线而言,由于
它同时也是分水线,那么对于分水线上的那些栅格,由于分水线的性质是水流的起源
点,通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在
流入方向,也就是其栅格的汇流累积量为零。通过对零值的汇流累积值的栅格的提取,
就可以得到分水线,也就得到了山脊线;对于山谷线而言,由于其具有汇水的性质,
那么对于山谷线的提取,可以利用反地形的特点,即是利用一个较大的数值减去原始
的 DEM 数据,而得到了与原始地形完全相反的地形数据,也就是原始的 DEM 中的
山脊变成负地形的山谷,而原始 DEM 中的山谷在负地形中就变成了山脊,那么,山
谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。
基于 DEM 利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图 1 所示。
1
原始 DEM
无洼地 DEM 汇流累计量
水流方向数据
山脊线
反地形 DEM 水流方向数据
汇流累计量 山谷线
meandem
负地形
正地形
邻域分析
求交
求交
图 1 山脊线和山谷线的提取流程图