1. 基于DEM的流域边界自动提取与子流域划分
任务对象与数据准备
本案例以研究区30 m分辨率DEM为输入，目标是得到两级水文单元：整个流域的外边界与内部若干子流域，并让提取的河网与已知水系（如测绘部门提供的1:5万水系线）在走向和主干位置上保持一致。DEM中的洼地会让水流"断流"，因此水文分析的第一步不是直接算流向，而是先消除洼地。
准备阶段需要确认三件事：DEM的坐标参考与高程单位（米）、DEM是否已裁剪到包含完整集水区的范围（出口下游要有足够缓冲区，否则边界会被裁切边"截断"）、以及已知水系图层是否与DEM同坐标系。示例参数如下（教学假设值，非实测）：DEM为UTM投影、30 m格网、高程单位m；研究区约 120 km²；已知水系为线要素，用于叠加核对。
填洼、流向与流量累积
水文分析的核心链条是：填洼 → 流向 → 流量累积 → 河网提取 → 流域/子流域划分。填洼（Fill）把封闭洼地抬升到最低出流口高程，保证每个像元都有下坡路径；流向（Flow Direction）常用D8算法，每个像元的水流指向8邻域中坡度最陡的方向；流量累积（Flow Accumulation）统计每个像元上游汇入的像元总数，累积值越大越可能是河道。
实操中要特别注意：填洼会改变局部高程，若后续要做坡度、地形分析，应保留原始DEM，填洼结果只用于水文计算。D8在平坦区容易出现平行流向，可在填洼后先做一次"填洼+微起伏"处理，或接受平坦区的近似流向并在结果中标注。
河网提取与阈值选择
河网由流量累积值超过阈值的像元连接而成。阈值没有唯一正确答案，它取决于研究区气候、地形和DEM分辨率。示例中先用累积阈值 1000 个像元（约 0.9 km² 汇水面积）做初提取，再与已知水系叠加：若提取河网明显比已知水系密、出现大量短小"毛刺"，说明阈值偏小；若主干河道缺失、支流被吞并，说明阈值偏大。阈值调整应记录在案，便于复现。
流域与子流域划分
流域边界由倾泻点（Pour Point）决定：在流量累积栅格上选定流域出口像元，用分水岭（Watershed）工具向上游追溯，得到该出口控制的全部汇水区。子流域划分则是在河网节点（支流汇入干流处）设置多个倾泻点，分别追溯，得到互不重叠的子流域。关键约束是：子流域出口必须落在河网上，否则追溯结果会偏离实际汇流关系。
结果验证与常见偏差
验证不是"看起来差不多"，而是有明确判据。建议按以下顺序核对：
- 出口一致性：提取流域的最低出流点应与已知水系的下游出口位置吻合，偏差通常应小于几个像元。
- 主干走向：将提取河网与已知水系叠加，主干河道应基本重合；若整体偏移，优先检查坐标系与DEM裁剪范围。
- 河网密度：提取河网明显更密、毛刺多，说明累积阈值偏小；主干缺失说明阈值偏大。
- 边界完整性：若流域边界贴着DEM矩形边，说明出口下游缓冲区不足，边界被裁切，需要扩大DEM范围重算。
- 子流域闭合：各子流域面积之和应等于总流域面积（允许边界像元级误差），且相邻子流域不重叠。
可复用的操作记录表
为保证结果可复现、可交接，建议在每次提取后填写一份参数记录。下表为示例填写（数值为教学假设值）：
| 项目 | 示例值 | 说明 |
|---|---|---|
| DEM来源与分辨率 | 研究区DEM，30 m | 记录投影与高程单位 |
| 填洼方法 | Fill，默认容差 | 记录是否保留原始DEM |
| 流向算法 | D8 | 平坦区处理方式需注明 |
| 河网累积阈值 | 1000 像元（约0.9 km²） | 调整过程与依据一并记录 |
| 流域出口倾泻点 | 下游干流出口像元 | 记录行列号或坐标 |
| 子流域倾泻点 | 3 个支流汇入点 | 须落在河网上 |
| 验证结论 | 主干重合，出口偏差≤2像元 | 附叠加截图与判读说明 |
完成上述步骤后，得到的流域边界与子流域多边形即可作为后续河网拓扑构建、阈值敏感性分析的基础数据；此时应把填洼DEM、流向栅格、累积栅格、河网矢量与流域多边形一并归档，避免后续分析因中间数据缺失而无法复现。