1 1基本原理DEM 是数字高程模型的英文简称(Digital Elevation Mode) ，是流域地形、地物识别的重要原始资料。自20 世纪 60 年代以来 ,在利用数字高程模型DEM 提取流域水文特征,模拟地表水文过程方面,国内外都开展了大量的研究。1.1基于 DEM 进行流域分析的原理从 DEM 提取流域特征，一个良好的流域结构模式是确定算法的前提和关键。1967 年ShreveL¨ 描述的流域结构模式一直被后来的水文学者所引用．并设计了一些成熟的算法。Shreve 使用一个具有一个根的树状图来描述流域结构(如图 1 所示 )。在这个结构中，主要包括两个部分， 一部分是结点集，一部分是界线集。沟谷结合点和沟谷源点共同组成一个沟谷结点集。 所有的沟谷段组成沟谷段集，形成一个沟谷网络；所有的分水线段组成分水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集和分水线段集共同组成界线集。图 1 流域结构模式图(a) (b) (c) (f) (d) (e) (g) (h) 沟谷网络中的每一段沟谷都有一个汇流区域，这些区域由流域分水线集来控制。外部沟谷段有一个外部汇流区．而内部沟谷段有两个内部汇水区，分布在内部沟谷段的两侧。整个流域被分割成一个个子流域．每个子流域好象是树状图上的一片“叶子”。Shreve 的树状图流域结构模型是简单明确的．虽然沟谷网络的结点模型和线模型与在栅格 DEM 中用于表示沟谷结点和沟谷线的栅格点和栅格链之间存在着拓扑不一致性。但它给出了沟谷网络、 分水线网络和子汇流区的定义，明确表达了它们之间的相关关系，成为设计流域特征提取技术的基础。2 1.2常用算法流向判定建立在3× 3 的 DEM 栅格网的基础上，其方法有单流向法和多流向法之分，但单流向法因其确定简单、应用方便而应用广泛。1.2.1单流向法单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出栅格，然后根据栅格高程判断水流方向。目前应用的单流向法是D8 法。此外， 还有 Rho8 方法、 DEMON 法、Lea 法和 D∞ 法等。最常用的是D8 法：假设单个栅格中的水流只能流入与之相邻的8 个栅格中。它用最陡坡度法来确定水流的方向，即在3×3 的 DEM 栅格上，计算中心栅格与各相邻栅格间的距离权落差（即栅格中心点落差除以栅格中心点之间的距离），取距离权落差最大的栅格为中心栅格的流出栅格。所谓最陡坡度法的原理是假设地表不透水，降雨均匀． 那么流域单元上的水流总是流向最低的地方“窗口滑动指以计算单元为中心，组合其相邻的若干个单元形成一个窗口”...
