ArcGIS水文分析实战教程（7）细说流域提取

本章导读：流域是水文领域上是频繁出现的词汇，贯穿整个水文专业。由于流域涉及到的空间范围非常的广，一般不能通过测量的方式去精确划定。而且流域这一词在水利行业上属于管理上的词汇，用作划分水利单位的职能范围。而水文学上的流域就相对来说更倾向于学术，其指向在地理学上称分水岭，在空间物理上叫集水区。在GIS中对于流域的划分，都是基于DEM数据计算，这样能够比较精准（相对于人为的划定区域）的确定流域范围，为水文结果提供合理的论证。本章会从一些实际的问题出发去说明流域提取要注意的一些问题。BY 李远祥

流域提取，或者叫集水区提取，是根据河流、流向和出水口共同确定其空间范围。从水文学和地理学上，其区域必须是与河流有对应关系。所以，在流域提取之前，必须指定河流。河流数据可以从DEM数据提取，也可以从已有的矢量河流中转化过来。

正是其他参与计算的数据，不管是河流还是倾泻点（出水口、水文站） ，也不管是栅格还是矢量的，只要他们不是从同一份DEM中分析出来的，都需要跟DEM进行校正，这个校正的过程就是【捕捉倾泻点】。其目的是要找到这个点附近的区域流量栅格中的最大值，确保这个流量值是由上游区域贡献的流量。否则，实际输出的倾泻点数据有可能与之叠加的流量栅格不是该区域的最大值，导致出现非常细小的流域面。

来看【捕捉倾泻点】工具的一些参数设置，如下图

第一个参数【输入栅格数据或者倾泻点数据】，这里可以是倾泻点的栅格数据和矢量数据。如果是矢量数据，工具会自动转化为栅格数据之后进行计算。站位水文分析角度来说，这个数据一般就是水文站位置、研究的断面位置。

【蓄积栅格数据】指的就是流量统计的数据。
【捕捉距离】是个可选参数，但这个参数一定要注意，默认值为0，意思是找到附近最大的流量的栅格作为该点对应的出水口位置。但如果输入的点刚好在多条河流的附近，就有可能捕捉到其他河流对应的流量栅格。 所以，必须对自身参与计算的数据进行摸底，特别是多个倾泻点距离较近的时候，必须设置合理的搜索距离。

只要数据没有原则上的错误，捕捉到的结果必定在原来倾泻点的附近，如下图，捕捉到的像元点都在倾泻点的边上，是一个栅格数据。

【分水岭】工具的使用前面介绍过，有了上一步的捕捉到的倾泻点数据，【分水岭】工具就非常容易使用了。
先来看第一种情况，倾泻点是外部数据，与原始DEM数据没有关系的情况。利用捕捉倾泻点工具先生成新的倾泻点数据，然后才利用分水岭工具进行分析。

结果如下图，流域范围被提取出来。

只要再使用【数据管理】工具箱里面的【栅格转面】就可以将该流域的矢量面提取出来。

这种应用场景一般是水文分析人员为了研究该断面数据与上游流域的关系，也就是说通过检测该断面的水文数据及时发现上游流域的一些变化，反之亦然。而实际上流域提取大多数都是因为这个原因而做的。

如果这种情况没有做【捕捉倾泻点】，则会出现什么情况？由于提供的出水口位置与DEM数据的误差，这个点有可能偏在一些非常小的河流的流量最大值上。假如斯特拉勒分级方法的话，那这个点就有可能落在1级河流的出水口位置。如下图，之所以出现很多非常小的面，原因就在于此。

如果不懂原理，那么永远都不可能知道这里出错的原因。这也就是笔者为什么要花大量的篇幅来说明D8算法和流量统计等原理。

另一种情况是比较理想的情况，没有采集回来的倾泻点数据，所有的数据都从DEM数据中提取。
这种情况的研究对象就不是上游流域了，而是整个河流的流域。一般来说大江大河不会用这种方式去做研究，毕竟国家大江大河的监控是非常专注的，按照目前的情况，大江大河很难出现特大洪涝灾害。洪涝灾害一般多发在中小河流。而对中小河流的流域进行提取，有助于分析其集水区对河流的影响。所以，利用DEM来提取流域（非指定外部倾泻点），一般用作小流域的提取。

流域提取是一门学问，并不是GIS课堂上所说的只是通过DEM提取出对应的流域面就完事。流域作为水文学上基础的研究对象，其意义在于水文的相关性，流域面作为空间范围，可以圈定该空间位置的一切地理要素，时空要素与水系之间的关系。所以，必须要了解其使用的场景和实际的作用，才可以提取出这些基础的数据。