数字地形分析3-水系提取

水系特征与地形特征的提取内容大致相同，从物理意义上讲：山脊线具有分水性，山谷线具有合水性，因此提取分水线与合水线的实质就是提取山脊线和山谷线。 水系特征分析与地形特征分析的最大不同点之一是许多应用中需要分析水系的流域范围和汇水流域等。 数字地形分析是地理信息系统（GIS）中的一个重要领域，它利用数字高程模型（DEM）来研究地形特征。在这一分析中，水系特征的提取是一个关键任务，因为水系信息对于水资源管理、环境规划和洪水预测等应用至关重要。水系特征的提取主要包括山脊线和山谷线的识别，这些线分别代表了分水线和合水线。 山脊线，也称为分水线，是地形上的高地，将不同河流系统的流域分开。相反，山谷线是水流汇集的地方，通常对应于地形的低点。提取这两类线可以帮助构建水系网络，进一步分析流域范围和汇水流域。 流域范围是指所有向同一出口汇集的水流所覆盖的区域，而汇水流域是指水流最终汇入同一出口的特定区域。这两个概念在水文学和水资源管理中具有重要意义，因为它们提供了关于水分循环和地表水流路径的信息。 水系提取通常涉及以下几个步骤： 1. **洼地处理**：洼地是地形上的低点，可能会影响水流方向的确定。在DEM数据中，洼地可能由数据误差或真实地形特征引起。处理洼地的方法包括洼地填充，即将洼地内部的单元格赋予边缘的最小高程值，以消除洼地。 2. **平地处理**：平地单元格可能导致水流方向难以确定。为解决这一问题，可以通过高程增量叠加算法，给平地单元格增加微小的高程增量，确保每个单元格都有明确的水流方向。 3. **水流方向确定**：常见的算法有单流向算法（SFD）和多流向算法（MFD）。SFD将径流导向一个最低相邻单元格，而MFD则将径流按比例分配给多个相邻单元格。D8算法是一种广泛应用的单流向算法，它基于每个单元格与其相邻八单元格之间的最大坡度来确定水流方向。 4. **水流累积量计算**：计算每个单元格的上游汇水面积，这是通过跟踪水流方向并累加相邻单元格的贡献来实现的。这一过程有助于构建水流网络，其中集水出口是根节点，节点间的连接代表水流路径。 水系提取的算法通常结合上述步骤，形成一个完整的计算流程，以准确地模拟地表径流和水系结构。在实际应用中，这些算法可以调整以适应不同的地理环境和数据质量，以提高水系模型的精度和可靠性。通过这样的数字地形分析，我们可以更好地理解和利用地球表面的水文特性，为环境管理和决策支持提供科学依据。