《地理信息系统空间分析实验教程第二版》利用水文分析

文章目录

1. 基本概念 1.1 有利地形

它是相对高于邻近地区或新构造隆起地区的地形。 山地、高原、丘陵都是有利地形。 世界上许多石油矿床都与高地、丘陵、尤其是穹顶或背斜结构形成的积极地形有关。 天然气和金属矿藏通常形成或储存在上述积极地形中。

1.2 负面地形

它是比邻近地区或新构造沉降区相对较低的地形。 洼地和盆地是负面地形。 负地形是泥沙堆积的有利条件，也是弱侵蚀场所。 煤、石油、铝土矿、铁、泥炭、盐、锰结核等沉积矿床大多形成于盆地、洼地、平原和洋盆等负性地形中。

正负地形的影响

负地形的地貌格局决定了一些区域在外力作用下不断接收、聚集、堆积从周围正地形区域搬运迁移而来的大陆碎屑。 “平填”是外力在不可改变的自然地理过程中的运动规律。 只要这种正负地形差异的模式存在，它就会持续下去，直到被夷为平地或被填满。

2 水文分析方法 2.1 基本思想原理

通过提取零值汇流累积值的栅格，即可得到分水岭，进而得到山脊线。 对于山谷线，可以利用反地形的特点。 可以用较大的值减去原始DEM数据，得到与原始地形完全相反的地形数据，使原始DEM中的山脊变成反地形山谷，而原始DEM中的山谷变成反地形山谷成为山脊。 可以采用反地形中提取山脊线的方法来提取山谷线。 但该方法提取的山脊和山谷位置存在一定偏差，可以利用正负地形进行修正。

2.2 技术路线

2.3 操作步骤 2.3.1 正负地形提取

1、加载样本区域的原始DEM数据。

2. 选择【工具】| [邻里分析] | 【焦点统计】计算11×11窗口内的平均值。

3. 选择【工具】| [地图代数] | 【栅格计算器】，将原始DEM减去平均DEM，得到正负地形数据。

4. 选择【工具】| [重新分类] | 【重分类】分别进行两次重分类。 一次，大于 0 的区域赋值 1（正地形），小于 0 的区域赋值 0。另一次，小于 0 的区域赋值 1（负地形） ，大于 0 的区域赋值为 0。

2.3.2 利用水文分析思路和工具提取研究区山脊线

1. 将样本区域的原始DEM数据加载到.

2. 填充凹陷：选择【工具】| [水文分析]| [填充]并输入表面栅格数据。 选择填充所有凹陷，因此无需计算凹陷深度，Z limit 为默认值。

3、基于无凹陷计算流向：选择【工具】| [水文分析]| 【流向】输入填充后的表面栅格数据。

4、流域累积量计算：选择【工具】| [水文分析]| [流向]并输入流向数据。

5、提取流域累积的零值：选择【工具】| [地图代数] | 【栅格计算器】，输入计算公式为facc0 = (==0)，facc0为输出数据，为流域累积数据。

6.数据平滑：上一步提取的数据很多都不是山脊线。 选择【工具】| [邻里分析] | 【焦点统计】计算3×3窗口内的平均值。

7. 协助确定脊线的位置：选择[工具]| [表面分析] | [轮廓]和[工具] | [表面分析] | 【山影】。

8. 选择【工具】| [重新分类] | 【重新分类】，利用等高线图和山体阴影图确定山脊线位置，调整分类临界点，最终确定分界阈值为0.5541。 将平滑后的数据进行二值化，接近1的部分赋值为1，其余部分赋值为0。

9. 消除负面地形区域中存在的错误山脊线：选择[工具]| [地图代数] | [栅格计算器]将重分类数据与正地形数据相乘。

10、获取最终的山脊线：选择【工具】| [重新分类] | [重分类]并赋予属性值不为1。

2.3.3 利用水文分析思路和工具提取研究区河谷线

1. 将样本区域的原始DEM数据加载到.

2、获取反地形：选择【工具】| [地图代数] | 【栅格计算器】，计算公式=Abs(dem-2000)，即输出数据，dem为原始DEM数据。

3、计算水流方向（无需填满沼泽）：选择【工具】| [水文分析]| 【流向】输入填充后的表面栅格数据。

4、流域累积量计算：选择【工具】| [水文分析]| [流向]并输入流向数据。

5、提取流域累积的零值：选择【工具】| [地图代数] | 【栅格计算器】，输入计算公式为facc0 = (==0)，facc0为输出数据，为流域累积数据。

6.数据平滑：上一步提取的数据很多都不是山谷线（反向地形中的山脊线是原始地形中的山谷线）。 选择【工具】| [邻里分析] | 【焦点统计】，并使用3×3窗口进行平均计算。

7、辅助判断谷线位置：选择【工具】| [表面分析] | [等值线]和[工具] | [表面分析] | [山影]。

8. 选择【工具】| [重新分类] | 【重分类】，利用等高线图和山体阴影图确定山脊线位置，调整分类临界点，最终确定分界阈值为0.65667。 将平滑后的数据进行二值化，接近1的部分赋值为1，其余部分赋值为0。

9.消除负地形区域中存在的错误山谷线：选择[工具]| [地图代数] | [栅格计算器]并将重分类数据与负地形数据（不是反地形数据）相乘。

10、获取最终的谷线：选择【工具】| [重新分类] | [重新分类]并分配属性值不为1。

2.3.4 利用水文分析提取山脊线和谷线结果

3 表面分析法 3.1 基本思想和原理

首先，利用DEM数据提取地面的平面曲率和地表的正负形貌。 正地形上平面曲率的最大值为山脊，负地形上平面曲率的最大值为山谷。 在实际应用中，由于平面曲率的提取相对繁琐，方面变异性（SOA）可以在一定程度上很好地表征平面曲率。

3.2 技术路线

3.3 操作步骤

1、找到DEM坡向变化数据：选择【工具】| [表面分析] | [坡向]，然后再次计算得到的坡向数据的斜率，得到坡向变化数据，记为SOA1。

2、查找DEM最大值数据：选择【工具】| [邻里分析] | 【焦点统计】，利用11×11窗口计算最大值，得到DEM最大高程值。

3.找到反演地形数据：选择【工具】| [地图代数] | 【栅格计算器】，输入公式为H-DEM（H为DEM的最大高程值，DEM为原始DEM数据），即可得到反地形DEM数据。 。

4. 查找反地形坡向变化数据：选择[工具]| [表面分析] | [坡向]，根据反演地形DEM数据计算反演地形DEM坡向变异数据，记为SOA2。

5. 找到没有错误的DEM坡向变化率：选择[工具]| [地图代数] | 【栅格计算器】输入公式SOA=(([SOA1]+[SOA2])-Abs([SOA1] -[SOA2]))/2即可获得无误的DEM坡向变化数据。

6. 求DEM的平均值：选择【工具】| [邻里分析] | 【焦点统计】，使用11×11窗口计算平均值，得到DEM平均值。

7、获取正负地形数据：选择【工具】| [地图代数] | 【栅格计算器】，计算公式为C=DEM-B（C为输出数据，DEM为原始DEM数据，B为DEM平均值数据），得到正负地形数据。

8、提取脊线：选择【工具】| [地图代数] | 【光栅计算器】，计算公式=[C]>0&SOA>70。

9、提取谷线：选择【工具】| [地图代数] | 【光栅计算器】，计算公式=[C]70。

4 图解建模方法及思路 4.1 建立概念模型

山脊线是水流浓度为0的正地形上的点的集合；

山谷线位于负地形上，DEM负地形上的水流浓度为0。

4.2 构建图形模型

4.3 模型的使用

4.4 运行结果

谷线的一部分

山脊线的一部分

4.5 模型文件和参考书pdf下载

链接： 提取码：n4lg

5.方法评价

【基本思想是】

根据水流由高到低的自然规律，依次计算各网格点的集水量，然后按集水量单调递增的顺序从高到低找到区域内的每条集水线。

根据得到的流域线，通过计算找到各个流域区域的边界线，从而得到流域线。

【评价】该算法采用了DEM整体跟踪分析的思想和方法。 分析结果系统化，易于进行相应的径流成因分析。

【缺陷】该方法还存在以下两个明显的缺陷：

由于该算法计算的集水量与高程相关，因此计算结果必然是地形特征线上高程值大的点集水量小，地形特征线上高程值小的点集水量小。由于该算法将流域公共边界降级为流域，因此其判定的流域均为闭合曲线，与实际地形特征线（山脊线）不一致。 5. 文章参考文献和致谢

文章参考

感谢参考文章和当时教授空间分析的徐老师，也感谢您的辛勤付出！ ^-^