沟谷网络提取与沟壑密度计算方法

沟壑密度是描述地面被水系切割破碎程度的一个指标。沟壑密度是气候、地形、岩石、植被等因素综合影响的反映。沟壑密度越大，地面越破碎，平均坡度增大，地表物质稳定性降低，且易形成地表径流，土壤侵蚀加剧。因此，沟壑密度的测定，对于了解规划研究区地表发育特征、水土流失强度、水土保持能力有着重要意义。

沟壑密度也称沟谷密度，是指单位面积内沟壑的总长度，单位为km／km2。

具体提取过程如下：

▷　步骤1：沟谷网络的提取。

首先，对原始DEM数据（xianyudem）进行“填洼”分析，获取无洼地DEM（filldem），然后进行“流向”（flowdir）分析和“流量”（flowacc）分析，获取汇流累积量。该过程与上一小节的山脊线、山谷线的提取中的过程完全一致，不再赘述。

其次，使用“栅格计算器”进行栅格河网的生成。栅格河网的生成需要设置一个汇流累积阈值，超过该阈值则产生地表径流，形成河网水系。本例中设置为1 000。打开“栅格计算器”，在定义地图代数表达式为"flowacc"＞1 000；并定义输出栅格的路径（shiyan03文件夹下）与文件名称（hewang）。

最后，点击“确定”按钮，执行栅格计算，获取河流网络（图3-32）。

图3-32　提取的河流网络（累积汇流量大于1 000）

▷　步骤2：栅格河网矢量化。

首先，在ArcToolbox中点击“Spatial Analyst工具”—“水文分析”—“栅格河网矢量化”，弹出“栅格河网矢量化”对话框（图3-33）。定义“输入河流栅格数据”为hewang；定义“输入流向栅格数据”为flowdir；定义“输出折线要素”的路径（shiyan03文件夹下）和名称（rivernet）。“简化折线（可选）”默认状态为选中，即对要素进行去点操作以减少折点数。本例采用默认设置。点击“确定”按钮，执行栅格河网矢量化命令，得到rivernet.shp矢量河网文件（图3-34）。

图3-33　“栅格河网矢量化”对话框

(www.xing528.com)

图3-34　得到的矢量河网文件（rivernet.shp）

由于生成的矢量河网文件中含有非河网的要素，使用“选择”—“按属性选择”工具，将GRID＿CODE等于1的河网线要素选择并导出，生成纯河网线要素组成的文件rivernetnew.shp。

▷　步骤3：伪沟谷的删除。

由于基于DEM的河网提取是采用最大坡降方法，在平地区域的水流方向是随机的，因而容易产生平行状河流，这种平行状的沟谷多数为伪河谷，需要借助山体阴影晕渲图、等值线图、真实河流现状图等，以手工编辑方式将伪河谷剔除。

具体操作步骤为：

首先，在ArcMap中加载“编辑器”工具条，点击编辑器中的“开始编辑”，弹出“开始编辑”对话框（图3-35），选择“rivernetnew”，点击“确定”按钮，rivernetnew处于可编辑状态。

图3-35　“开始编辑”对话框

然后，点击编辑器工具条中的“编辑工具”，点击选择那些平行状的沟谷，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“删除”，等所有的伪沟谷删除完之后，点击“编辑器”下拉菜单中的“保存编辑内容”，对所做修改进行保存，并点击“停止编辑”退出编辑状态。

▷　步骤4：计算整个研究区的沟壑密度。

首先，打开rivernetnew数据的属性表，添加一个名称为“Length”的字段，在属性字段“Length”上单击鼠标右键弹出字段快捷菜单，点击选择“几何运算”，弹出“几何运算”对话框。定义计算属性为“长度”；坐标系为“使用数据源的坐标系”；定义单位为“米”（m）。

然后，点击“确定”按钮，执行几何运算命令，该字段被自动赋值。

最后，在属性字段“Length”上单击鼠标右键弹出字段快捷菜单，点击选择“统计”，进行字段“Length”的统计分析，得到规划研究区的沟壑总长度为2 082 284.399 551m（即约2 082.284km），由此可以得到整个规划研究区的沟壑密度为2 082.284km／2 844.171km2＝0.732 1km／km2。