基于DEM的ArcGIS水文分析
ArcGIS环境下基于DEM的水文特征提取研究
论文题目ArcGIS环境下基于DEM的水文特征提取研究姓名所在学院专业班级学号109042010006指导老师二○一三年一月四日数字高程模型10GIS姜婷109042010006 ArcGIS环境下基于DEM的水文特征提取研究——以闽江流域建溪水系为例姜婷（福建师范大学地理科学学院，福建省福州市350108）摘要：选择闽江流域建溪水系为研究对象,以数字高程模型DEM(Digit Elevation Models)为基础,利用ArcGIS软件的水文分析工具从DEM数据中提取研究区域的流域水文特征的详细过程。
主要包括:DEM的生成和预处理、水流方向的确定、水流累积量提取、河网的提取和子流域的划分。
结果表明，利用该方法提取的河网与利用手工方法提取的河网基本一致，从而证明该方法具有较高的精度。
关键词：数字高程模型；水文特征；ArcGIS；提取；建溪水系21世纪以来水资源危机日益突出，水文模型已经成为目前国内外水文学研究的热门课题。
随着“3S”技术的发展，为水文科学注入了新的血液。
目前水文模拟技术趋向于将水文模型同GIS 与RS集成，以便充分利用GIS在数据管理、空间分析及可视性方面的功能。
数字高程模型DEM (Digital ElevationModel)是用一组有序数值阵列形式表示地面点的平面坐标(x,y)和高程z的一种实体地面模型。
它包含了大量的地理信息,是构成GIS的基础数据，其用途十分广泛,利用DEM可以提取流域的许多重要水文特征参数，如坡度、坡向、水沙运移方向、汇流网络、流域界线等。
目前,利用DEM进行流域分析的工具很多,ArcGIS的水文分析模块(Hydro logymodel)是美国环境系统研究所公司(ESRI)为ArcGIS推出的一个水文分析模块,主要用于地形和河流网系的提取和分析,实现地形模型可视化,其强大的流域特征分析功能可以满足各种流域DEM处理的需要。
1流域概况建溪是闽江上游三大溪中最大的溪流，是一个树枝状水系。
DEM数据处理与ARCGIS应用分析
水文分析： 根据DEM 提取河流网络，计算流水累积量、流向、根据指定的流域出口断面自动生成流域，提取流域内河网。
根据流域边界裁剪DEM 。
水文分析工具 ................................................................................................................................................ 1 1. 填洼——生成无洼地的DEM ................................................................................................................... 3 2. 流向分析 .................................................................................................................................................. 3 3. 计算水流累积量 ....................................................................................................................................... 4 4. 流域生成 .................................................................................................................................................. 5 5. 提取河流网络（栅格和矢量） ................................................................................................................. 8 6. 流域水系显示 .. (11)水文分析工具若水文分析工具没有载入，则有两种途径载入水文分析工具：(1) 通过Arctoolbox ：水文分析工具位于[Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]之下如果Hydrology 工具集没有出现，可以选中某个工具箱后新建一个工具集[Hydrology]，然后右键点新建的工具集，在出现的菜单中执行[添加]>>[工具]会出现如右图所示的对话框，将需要的水文分析工具添加到上面新建的工具集中。
如何使用ArcGIS进行水文分析.doc
如何使用ArcGIS进行水文分析对于做水利的朋友来说有时候需要进行水文的分析，今天给大家分享一下如何通过ArcGIS进行水文分析，材料可以通过水经注万能地图下载器进行下载。
工具/原料水经注万能地图下载器 ArcGIS方法/步骤1.打开水经注万能地图下载器，框选上需要进行水文分析的地方并下载（图1）。
图12.下载完成后会自动导出成tif格式的高程DEM数据，将其加载到ArcGIS内（图2）。
【说明】：此处下载生成的tif格式的图片即为大家常说的DEM数据，直接加载到ArcGIS内即可使用。
图23.点击“自定义”→“扩展模块”（图3），在弹出的对话框中将“空间分析”（Spatial Analyst）工具勾选上（图4）。
图3图44.在ArcToolbox中点击“Spatial Analyst工具”→“水文分析”→“填洼”（图5），在弹出的“填洼”对话框中按图6进行设置。
其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。
【特别说明】：为了保证最终分析成功，在最终的结果之前，所有输出的数据都默认保存名称和路径，这就需要我们记清楚哪个名称是对应的哪个成果，后面会有用。
图5图65.填洼完成后得到名称为“Fill_tif3”的填洼成果，在ArcToolbox工具中点击“Spatial Analyst工具”→“水文分析”→“流向”（图7），在弹出的“流向”对话框中进行如图8所示的设置，将上一步得到的“Fill_tif3”填洼数据作为表面栅格数据输入。
图7图86.完成后得到名称为“FlowDir_Fill2”的流向成果，在ArcToolbox工具中点击“Spatial Analyst工具”→“水文分析”→“流量”（图9），在弹出的“流量”对话框中进行如图10的设置，将“FlowDir_Fill2”作为流向栅格数据进行输入。
实验8 DEM 水文分析
实验八 DEM 水文分析一、实验目的
通过ArcGIS水文分析工具，对DEM数据依次进行各类水分分析处理。
二、实验数据
1:10000DEM数据
三、实验步骤
加载数据
提取HillShade，增强显示效果
提取水流方向
分析;由于提取完水流方向的数值是从1-255，而不是1-128，表示该区域内存在洼地，所以图像要进行填洼处理 填洼后的DEM
分析：填洼后的DEM与原始DEM对比，填洼的部分主要是沟谷地区，这是因为在这些地方有一些较小的洼地。
提取无洼地水流方向
分析：由图看出，水流流向在相同坡向大致一致，但是局部有差别，因为局部会因为江降水产生一些较小的径流，径流附近的水会就近流入径流，因而流向有差别。
提取水流汇集量
分析：提取的水流汇集量，在上游地区比较少，下游地区比较多。
提取水流长度1、DOWNSTREAM
分析：红色和蓝色界线明显的地方表明这个地方的两侧一处极大，一处极小，表明此处为分水岭。
2、UPSTREAM
提取水流累积量大于200的的河流矢量数据
结果图：
重分类：
结果图：
河流栅格转矢量
对河网进行分级
提取流域盆地
提取水流累积量大于2000的水域。
ArcGIS之水文分析
ArcGIS教程之DEM水文分析详细图文教程，本教程和之前的两个教程有关联的，数据上是使用上一个教程的结果，步骤相互联系！最后会提供给大家数据和教程的链接！水文分析需要：1.理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
2.利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
下面开始教程：工具/原料∙软件准备：ArcGIS? Desktop 10.0---ArcMap(spatial Analyst模块)∙数据准备：DEM（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示】中使用的原始数据。
方法/步骤1.数据基础：无洼地的DEM在ArcMap中加载 DEM数据，右击DEM图层，点击缩放至图层，显示全部。
2.在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——> [填洼]，按下图所示指定各参数，其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。
之后点击确定即可。
3.确定后执行结果得到无洼地的DEM数据[Fill_dem1]4.关键步骤：流向分析在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——>[流向]，按下图所示指定各参数：5.确定后执行完成后得到流向栅格[Flowdir_fill1]，理解代表什么含义！6.计算流水累积量在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——>[流量]，按下图所示指定各参数：1.7确定后执行完成得到流水累积量栅格[flowacc_flow1]如图：7.提取河流网络首先，提取河流网络栅格。
ArcGIS教程ArcGIS中使用DEM数据进行水文分析-01
1. 概述这里，我们以水文分析为例，介绍一下如何使用ArcGIS进行水文分析。
2. 下载高程数据数据免费获取地址：https:///video/courseview/1b6aa2116c175f0e7cd137e23. 制作无洼地的DEM将下载的高程DEM数据加载到ArcMap内，在ArcToolbox点击"Spatial Analyst工具\水文分析\填洼"，如下图所示。
调用填洼工具其中Z限制为填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充。
系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平，如下图所示。
填洼设置点击确定后可以看到填洼后的DEM效果，如下图所示。
填洼后效果4. 流向分析在ArcToolbox中，点击"Spatial Analyst工具\水文分析\流向"，如下图所示。
调用流向工具在显示的流向对话框内，"输入表面栅格数据"一栏输入上一步得到的填洼后的DEM数据，设置好"输出流向栅格数据"，如下图所示。
流向设置点击确定之后可以得到流向数据，如下图所示。
120集ArcGIS视频教程在线观看地址：https:///video/courseview/1b6aa2116c175f0e7cd137e2https:///video/courseview/f7f5c081e53a580216fcfeed流向结果5. 流量分析在ArcToolbox中，点击"Spatial Analyst工具\水文分析\流量"，如下图所示。
调用流量工具在显示的流量对话框内，"输入流向栅格数据"一栏输入上一步得到的流向数据，设置好"输出积蓄栅格数据"，如下图所示。
120集ArcGIS视频教程在线观看地址：https:///video/courseview/1b6aa2116c175f0e7cd137e2https:///video/courseview/f7f5c081e53a580216fcfeed流量设置点击确定之后可以看到流量积蓄结果，如下图所示。
ArcGIS教程之DEM应用——水文分析
ArcGIS教程之DEM应用——水文分析DEM（数字高程模型）是一种地理信息系统（GIS）中常用的数据模型，它表示了地表的高程信息。
DEM数据可应用于水文分析中，用于了解地形变化，确定流域边界，计算高程梯度和流量以及生成洪水模型等。
首先，使用DEM数据可以帮助我们了解地形变化。
通过DEM数据，可以直观地显示出地表高程的变化情况，包括山脉、河谷和平原等。
通过分析DEM数据，可以揭示出地表的坡度、高程和凹凸等特征，从而帮助我们理解地势状况，为水文分析提供基础。
其次，DEM数据还可以用于确定流域边界。
流域是指一个水系集合区域，包括了这个区域内所有的河流和支流。
通过DEM数据，我们可以提取出流域的边界，确定流域的大小和范围。
这对于水文分析非常重要，因为流域的大小和范围会直接影响水文过程和水资源管理。
此外，DEM数据还可以用于计算高程梯度和流量。
高程梯度指的是地表高程变化的速率，通过计算DEM数据中相邻单元格之间的高程差，可以得到各个区域的高程梯度。
高程梯度的大小可以用来评估地表坡度的陡峻程度，对于水文分析中的洪水预测和土壤侵蚀等有重要作用。
而流量是指单位时间内流过其中一点的水的体积，通过计算DEM数据中各个单元格的高程和相邻单元格之间的高程差，可以估算出流量的大小，有助于相关水文过程的分析和模拟。
最后，DEM数据还可以用于生成洪水模型。
洪水模型是一种基于地理信息的模拟模型，通过模拟区域内降雨过程、地表径流和河流洪水来预测洪水的发生和扩展情况。
DEM数据是洪水模型中必不可少的输入数据，通过DEM数据可以确定地势状况、流域范围和河道网络等信息，从而建立准确的洪水模型，并进行相关的洪水分析和预测。
ArcGIS实验操作(十三)---基于DEM的水文分析
ArcGIS实验操作（十三）基于DEM的水文分析从DEM 中自动提取自然水系的算法过程如下：依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理, 确定DEM 中每一个高程数据点的水流方向；然后根据高程数据点的水流方向数据来计算每一个高程数据点的上游给水区, 再根据上游给水区高程数据, 用阈值法确定属于水系的高程数据点；最后, 根据水流方向数据, 从水系源头开始, 将整个水系追索出来。
数据：在data/Ex13/文件下：Dem数据要求：基于DEM，利用水文分析工具提取水流方向、汇流量积量、水流长度、河流网络、河网分级以及流域分割等。
操作步骤：1无洼地DEM生成DEM是比较光滑的地形表面模型，但由于DEM 误差以及一些真实地形或特殊地形的影响，使得DEM 表面存在一些凹陷的区域。
在进行水流方向计算时，由于这些区域的存在，往往得到不合理的甚至错误的水流方向。
因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
洼地填充的基本过程是先利用水流方向数据计算出DEM数据中的洼地区域，并计算洼地深度，然后，依据这些洼地深度设定填充阈值进行洼地填充。
1.1水流方向提取水流的流向是通过计算中心格网与邻域格网的最大距离权落差来确定。
对于每一格网。
水流方向指水流离开此网格的指向。
在ARCGIS中，通过对中心栅格的1、2、4、8、16、32、64、128等8个邻域栅格编码，中心栅格的水流方向便可有其中的某一值来确定。
例如，若中心栅格的水流流向左边，则水流方向赋值16。
启动ArcToolbox，应用水文分析模块(Hydrology) 下的流向确定(Flow Direction ) 命令, 生成8 方向水流流向图：水流方向图1.2洼地计算洼地区域是水流方向不合理的地方，可以通过水流方向来判断哪些地方是洼地，并进行填充。
但是，并非所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的，有很多洼地是地表形态的真实反映。
因此在进行洼地填充之前，必须计算洼地深度，判断哪些地区是由于数据误差造成的，而哪些地区又是真实的地表形态。
基于DEM的水文分析
基于DEM的水文分析介绍：基于基于DEM的水文分析的主要内容是利用水纹分析工具提取水流方向、汇流累积量、水流量积量、水流长度、河流网络、河网分级以及流域分割。
（一）无洼地DEM生成DEM被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如采石场或喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。
这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时得到不合理的或错误的水流方向，因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
数据：DEM数据dem（1）原始DEM数据提取水流方向执行[ Arctoolbox ] >> [Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]>>[Flow Direction ]在[ Flow Direction ]对话框中，“Force all edge cells to flow outward(Optional)”的复选框前打钩，则所有在DEM数据边缘的栅格的水流方向全部流出DEM数据区域（默认为不选择）。
“drop raster”是该栅格在其水流方向上与其临近的栅格之间的高程差与距离的比值，以百分比的形式记录，它反映了在整个区域中最大坡降的分布情况（可选步骤）。
（2）洼地计算执行[ Arctoolbox ] >> [Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology] >>[Sink]。
（3）洼地深度计算1、双击Hydrology工具集中的Watershed工具。
2、3、（4）计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程a.打开Spatial Analyst Tools工具箱中Zonal工具集，双击Zonal Statistic工具，（5）计算每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程a 打开Spatial Analyst Tools工具箱中Zonal工具集，双击Zonal fill工具（6）计算洼地深度a 在Spatial Analyst模块的下拉箭头。
DEM建立与应用及基于DEM的ArcGIS水文分析
局部放大对比图
图31
平滑前与Smooth处理图层的叠加效果
图32
3.5河网分级
利用ArcToolbox\Spatial Analyst Tools\Hydrology\Stream Order工具箱，在[Input stream raster]选中streamnet，在[Input flow direction raster]中选中FlowDir_Fill文件，河网分级有两种方Strahler分级和Shreve分级。当使用Strahler时在[Output ployline features]输出地文件名为：StreamO_stre
基于DEM地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和分析，可再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
在ArcGIS中水文分析有一个独立的工具箱就是ArcTool box下Spatial Analyst Tools中的Hydrology工具箱，基于DEM的水文分析的主要工具都在这个工具箱中。
3.1无洼地的DEM生成
3.1.1未填洼的水流方向的提取
利用ArcToolbox\Spatial Analysis Tools\ Hydrology \Flow Directiongon工具箱对tingrid进行处理得到未填洼的水流方向文件wFD_tingrid，若从DEM中作出来的流向分析的最大数值为128则不需要填洼，否则需要填挖。
3.3计算水流长度（流程）
利用ArcToolbox\Spatial Analysis Tools\ Hydrology \Flow Length工具箱对FlowDir_Fill进行处理，采用Downstream（顺流计算），权重值默认。得到顺流而下的水流长度的栅格文件FlowLen_Flow。
ArcGIS水文分析-DEM应用
ArcGIS水文分析-DEM应用实验报告学院：国土资源与环境学院姓名：张利泉学号： 20134076专业：地理信息科学班级：地信1301二0一六年六月一、实验目的水文分析使用DEM数据派生其它水文特征：提取河流网络、自动划分流域。
这些是描述某一地区水文特征的重要因素。
通过本实验应达到以下目的：a)理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理（重要）。
b)掌握利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
二、实验准备预备知识：●数据基础：无洼地的DEM，被较高高程区域围绕的洼地是进行水文分析的一大障碍，因此在确定水流方向以前，必须先将洼地填充。
有些洼地是在DEM生成过程中带来的数据错误，但另外一些却表示了真实的地形如采石场或岩洞等。
通过填充洼地(Fill Sinks)得到无洼地的DEM●关键步骤：流向分析―――流向分析原理2的n 次方。
水流的流向是通过计算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定的。
距离权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2、8、32、128，则栅格间的距离为 SQRT(2)≈1.414 ，否则距离为1。
如果高程差为正值，则为流出。
为负值则为流入。
基本概念―――DEM 数据●存储高程数据的栅格称为Digital Elevation Model (DEM).●每个像元只有一个高程值●三、实验内容及步骤● 1. 数据基础：无洼地的DEM●在ArcMap中加载DEM数据，执行工具条[Hydrology Modeling]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Fill Sinks]，在出现的对话框中将[Input Surface]参数指定为“DEM”2. 关键步骤：流向分析在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology Modeling]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Flow Direction ]，在出现的对话框中将[Input Surface]参数指定为“Filled Sink1”3. 计算流水累积量在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology Modeling]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Flow Accumulation ]，在出现的对话框中将[Direction Raster]参数指定为“Flow Direction1”4. 提取河流网络(1)提取河流网络栅格：在上一步的基础上进行，打开Arctoolbox，运行工具[Spatial Analyst Tools]>>[Map Algebra]>>[栅格计算器]在[地图代数表达式]中输入公式：con (Flow Accumulation1>800,1)得到的的河流网络栅格2提取河流网络矢量数据在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology Modeling]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ 栅格河网矢量化]，在出现的对话框中将[Direction Raster]参数指定为“Flow Direction1”，[Accumulation Raster]参数指定为“Flow Accumulation1”3平滑处理河流网络通过打开StreamT_rasterc1属性表，并选择属性表的所有行选择图层StreamT_rasterc1中的所有要素，也可以通过要素选择按钮选择图层中所有要素执行[编辑器]工具栏中的命令[编辑器]>>[更多的编辑工具]>>[高级编辑]打开工具条：[高级编辑]，点击其上的[平滑]按钮在[平滑]处理对话框中输入参数[允许最大偏移]：3得到平滑后的河流网络矢量图层，执行命令: [编辑器]>>[停止编辑]，保存所做修改。
基于DEM的水文分析
基于DEM的水文分析介绍：基于基于DEM的水文分析的主要内容是利用水纹分析工具提取水流方向、汇流累积量、水流量积量、水流长度、河流网络、河网分级以及流域分割。
（一）无洼地DEM生成DEM被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如采石场或喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。
这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时得到不合理的或错误的水流方向，因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
数据：DEM数据dem（1）原始DEM数据提取水流方向执行[ Arctoolbox ] >> [Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]>>[Flow Direction ]在[ Flow Direction ]对话框中，“Force all edge cells to flow outward(Optional)”的复选框前打钩，则所有在DEM数据边缘的栅格的水流方向全部流出DEM数据区域（默认为不选择）。
“drop raster”是该栅格在其水流方向上与其临近的栅格之间的高程差与距离的比值，以百分比的形式记录，它反映了在整个区域中最大坡降的分布情况（可选步骤）。
（2）洼地计算执行[ Arctoolbox ] >> [Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology] >>[Sink]。
（3）洼地深度计算1、双击Hydrology工具集中的Watershed工具。
2、3、（4）计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程a.打开Spatial Analyst Tools工具箱中Zonal工具集，双击Zonal Statistic工具，（5）计算每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程a 打开Spatial Analyst Tools工具箱中Zonal工具集，双击Zonal fill工具（6）计算洼地深度a 在Spatial Analyst模块的下拉箭头。
基于ArcGIS的水文分析功能汇总
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。
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。
基于DEM的ArcGIS水文分析
成都信息工程学院资源环境学院《GIS原理》项目设计项目名称基于DEM的ArcGIS水文分析班级测绘工程组长2012045060 张明华成员2012045043 王泗凯2012045028 陈诗伟2012045035 李庭靖2012045051 蔡狄《基于DEM的ArcGIS水文分析》项目设计目录1 研究目的与意义 (1)2 主要技术路线 (1)3 主要数据及来源 (4)3.1 实验数据 (4)3.2 软件 (4)4 实现过程 (5)4.1 镶嵌 (5)4.2 栅格数据裁剪 (5)4.3 无洼地的流向分析 (6)4.4 计算汇流累积量 (9)4.5 计算水流长度（流程） (10)4.6 提取河流网络 (11)4.7 流域分析 (18)5 结果分析 (22)6 总结 (22)附：小组成员及任务分工 (23)1 研究目的与意义根据DEM数据提取河流网络，进行双流县河网分级，并且计算流水累积量、流向、水流长度、以及根据指定的流域面积大小自动划分双流区域的流域。
水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。
而利用DEM生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。
表面水文分析模型研究与地表水流有关的各种自然现象例如洪水水位及泛滥情况，划定受污染源影响的地区，预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等。
2 主要技术路线水文分析基本步骤：①无洼地的DEMDEM被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如采石场或喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。
这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时得到不合理的或错误的水流方向，因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
②关键步骤：流向分析―――流向分析原理水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。
在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码（D8算法），来确定水流方向。
Ex9_水文分析-DEM应用
易智瑞（中国）信息技术有限公司 沈阳分公司
行业技术部 张何欣
实验目的
•
水文分析使用DEM数据派生其它水文特征：提取河流网络、自 动划分流域。 这些是描述某一地区水文特征的重要因素。通过
本实验应达到以下目的：
•
理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
水文分析的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充
，得到无洼地DEM。
实验准备
•
无洼地的DEM，被较高高程区域围绕的洼地是进行水文分析的
一大障碍，因此在确定水流方向以前，必须先将洼地填充。
•
有些洼地是在DEM生成过程中带来的数据错误，但另外一些却
表示了真实的地形如采石场或岩洞等。
•
通过填充洼地(Fill Sinks)得到无洼地的DEM
提取河流网络——提取河流网络栅格
提取河流网络——提取河流网络矢量数据
提取河流网络——平滑处理河流网络
流域分析
谢谢！
实验准备
•
排水系统
实验准备
实验准备
•
数据准备：
•
•
某地区1:5万DEM数据
水文分析工具(Hydrology Modeling)
实验步骤及方法
• • • • •
1. 无洼地的DEM 2. 流向分析 3. 计算流水累积量 4. 提取河流网络 5. 流域分析
无洼地的DEM
流向分析
计算流水累积量
实验准备
32 64 128
• • •
流向分析 共有八个方向，分别是2的n 次方。
16
1
8
4
2
水流的流向是通过计算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来
ArcGIS教程ArcGIS中使用DEM数据进行水文分析02
流量积蓄结果6. 提取河流网络在Arctoolbox内，点击"Spatial Analyst 工具\地图代数\栅格计算器"，如下图所示。
调用栅格计算器工具在显示的栅格计算器对话框内，地图代数表达式中输入公式：Con("FlowAcc_Flow2">800,1)，FlowAcc_Flow2是上一步得到的结果名字，如下图所示。
栅格计算器设置点击确定之后可以看到提取的河流网络，通过此操作将流水累积量栅格FlowAcc_Flow2中栅格单元值（流水累积量）大于800的栅格赋值为1，从而得到河流网络栅格rastercalc1，如下图所示。
河流网络结果7. 矢量化河流网络在ArcToolbox中，点击"Spatial Analyst工具\水文分析\栅格河网矢量化"，如下图所示。
120集ArcGIS视频教程在线观看地址：https:///video/courseview/1b6aa2116c175f0e7cd137e2https:///video/courseview/f7f5c081e53a580216fcfeed调用栅格河网矢量化工具在显示的栅格河网矢量化对话框内，"输入河流栅格数据"一栏输入上一步得到的结果，"输入流向栅格数据"一栏输入流向分析得到的结果，设置好"输出折线要素"，如下图所示。
栅格河网矢量化设置点击确定之后可以得到矢量化后的河流数据，如下图所示。
矢量化河流网络8. 平滑河流网络在矢量化后的河流网络图层上点击右键，选择"编辑要素\开始编辑"，进入编辑状态，如下图所示。
120集ArcGIS视频教程在线观看地址：https:///video/courseview/1b6aa2116c175f0e7cd137e2https:///video/courseview/f7f5c081e53a580216fcfeed开始编辑在矢量化后的河流网络图层上点击右键，选择"打开属性表"，打开属性表，如下图所示。
Arcgis中DEM数据水文分析
实验报告
学院——专业人文地理与城乡规划年级、班——学号——姓名——同组者无
课程名称地理信息系统实验题目水文分析成绩
一、实验目的：
掌握在ArcGIS 10.2软件的水文分析功能。
二、实验准备：
学习水文分析基本原理及在ArcGIS 10.2软件下计算水流流向、水流汇积量、水流长度、河网提取、河网分级、流域分割和盆地提取等功能。
三、实验内容：
利用提供的DEM数据计算该区域的水流流向、水流汇积量和水流长度，并提取河网及河流等级；最后提取流域分割和盆地，并说明流域和盆地的区别。
四、实验过程及步骤：
1:填洼（Fill) Spatial Analyst Tools→Hydrology→Fill
2:流向(Flow Direction) Spatial Analyst Tools→Hydrology→Flow Direction
3：汇流累积量Spatial Analyst Tools→Hydrology→Flow Accumulation
4:河网
汇流累计量（Flow Accumulation）→重分类(Reclassify)→河流转要素(Stream to Feature)
5：河网等级（Stream Order) Stream Order→Raster To Poline
6:集水区(Watershed) Stream Link→Watershed→Raster To Polygon
7：河流长度（flow length）Spatial Analyst Tools→Hydrology→flow length
8:盆地(Basin) Basin→Raster To Polygon。
基于ArcGIS的水文分析功能
1大体原理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提取流域水文特点,模拟地表水文进程方面,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提取流域特点，一个良好的流域结构模式是确信算法的前提和关键。
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利用一个具有一个根的树状图来描述流域结构(如图1所示)。
在那个结构中，要紧包括两个部份，一部份是结点集，一部份是界限集。
沟谷结合点和沟谷源点一起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份水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集和分水线段集一起组成界限集。
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操纵。
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，散布在内部沟谷段的双侧。
整个流域被分割成一个个子流域．每一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．尽管沟谷网络的结点模型和线模型与在栅格DEM顶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概念，明确表达了它们之间的相关关系，成为设计流域特点提取技术的基础。
1.2经常使用算法流向判定成立在3×3 的DEM 栅格网的基础上，其方式有单流向法和多流向法之分，但单流向法因其确信简单、应用方便而应用普遍。
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，然后依照栅格高程判定水流方向。
目前应用的单流向法是D8法。
另外，还有Rho8 方式、DEMON 法、Lea 法和D∞法等。