ArcGIS Hydrology水文分析-基本原理
ArcGIS专题操作之-水文分析
水文分析-DEM 应用一、实验目的与要求1.实验目的水文分析：根据DEM提取河流网络，进行河网分级，计算流水累积量、流向、水流长度、根据指定的流域面积大小自动划分流域。
通过本实验应达到以下目的：①理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
②掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
2.实验要求①了解水文分析工具②DEM的预处理：填洼与削峰③流向分析④计算流水累积量⑤计算水流长度（流程）⑥提取河流网络⑦流域分析二、实验原理水文分析基本步骤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。
方向约定如左图：共有八个方向，分别是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；负值则为流入。
③汇流累积量在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。
对每一个栅格来说，其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，汇流累积的数值越大，该区域越易形成地表径流。
图有些地方的计算不是太理解④水流长度（流程）水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点（终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。
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。
ARCGIS水文分析
水文分析是D EM数据应用的一个币要方式。
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卞要输入数据。
表I CI水文分析模型应用十研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况，或者一划定受污染源影响的地区，以及预测当某一地区的地貌改变时一对整个地区将造成的影响等，应用在城市和区域规划、农业及森林、交通道路等许多领域，对地球表IC I形状的理解也具有}一分要的b,义。
这些领域需要知道水流怎样流经某一地区，以及这个地区地貌的改变会以什么样的方式影响水流的流动。
基十DE M的地表水文分析的卞要内容是利用水文分析土具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流祟积量、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。
通过对这些基木水文因子的提取和基木水文分析，可以在DEM表I CI之上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
主要介绍ArcGI S水文分析模块的应用。
ArcG IS提供的水文分析模块卞要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。
同时，通过水文分析土具的应用，也可以有助了解排水系统和地表水流过程的一些基木的概念和关键的过程，以及怎样通过ArcG IS水文分析土具从D EM 数据上获取更多的水文信息。
ArcGI S9将水文分析中的地表水流过程集合到Ar cTool box里，卞要包括水流的地表模拟过程中的水流方向确定、汁地填平、水流祟不}一矩阵的生成、沟谷网络的生成以及流域的分割等。
1.无洼地DEM生成DE M被认为是比较光滑的地形表n的模拟，但是由十内插的原因以及一些真实地形(如喀斯特地貌)的存在，使得D EM表IC I存在着一些}u}陷的区域。
ArcGIS 水文分析ArcHydro
ArcGIS 水文分析ArcHydro
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。
进行流向分析[ Hydrology ]>>[ Flow Direction ]
输入数据是填充后的DEM数据，输出数据就是水流流向栅格数据，下图为通过一幅DEM经过Flow Direction计算出来的流向栅格图
流水累积量分析
地表径流模拟过程中，流水累积量是基于水流方向数据计算而来的。
对每一个栅格来说，其流水累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，流水累积量的数值越大，该区域越易形成地表径流。
[ Hydrology ]>>[ Flow Accumulation ]
在Input weight raster文本框中输入配权数据，配权数据一般是表示降水、土壤以及植被等对径流影响的因素分布不平衡而形成的，更能详细模拟该区域的地表特征。
如果无数据，系统默认为所有的栅格配以相同的权值1，那么计算出来的汇流累积量的数值就代表着该栅格位置流入的栅格数的多少。
通过流水累积量分析获得地表径流的路线
流域分析。
在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Watershed ]。
实验六ArcGISHydrology剖析
实验五ArcGIS Hydrology一、实验准备1.水文分析处理步骤：2.处理数据：前期实验得到的tingrid.img DEM数据3.处理工具：ArcToolBox工具箱中的spatial analyst tools下的Hydrology二、无洼地DEM生成1.水流方向提取1)在ArcMap 中用左键单击ArcToolbox图标，启动ArcToolbox。
2)打开水文分析模块。
启动ArcToolbox，展开Analysis Tools 工具箱，打开hydrology工具集。
3)双击Flow Direction 工具，打开如下图所示水流方向（Flow Direction）计算对话框。
a)Input surface data 文本框中选择输入数据tingrid。
b)Output flow direction raster 文本框中命名计算出来的水流方向文件名为FlowDir_ting3，并选择保存路径。
c)在Force all edge cells to flow outward(Optional)前的复选框前打钩，所有在DEM 数据边缘的栅格的水流方向全部是流出DEM数据区域。
默认为不选择。
d)drop raster 输出。
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。
这一步为可选步骤。
e)单击OK，进行水流方向计算过程。
f)计算完成后，计算出的水流方向数据如下图所示：2.洼地计算1)洼地计算a)双击hydrology 工具集中的Sink 工具，弹出洼地计算对话框，如下图b)在Input flow direction raster 文本框中，选择水流方向数据flowdir_ting3。
c)在Output raster 文本框中，选择存放的路径以及重新命名输出文件为sink_ting3。
d)单击OK 进行洼地计算。
第十节 ArcGIS的水文分析
水文分析
• 水流方向 • 无洼地DEM生成 • 水流累积量
• 水流长度
• 河网提取
• 流域分割
• 基于水文分析的地 形特征提取
• 水流方向提取
– ArcGIS中，水流方向采用D8算法，即通过计算 中心栅格与领域栅格的最大距离权落差来确定 – 距离权落差是指中心栅格与领域栅格的高程差 除以两栅格间的距离
– 水流长度通常是指地面上一点沿水流方向到其 流向起点(或终点)间的最大地面距离在水平面 上的投影长度 – 水流长度直接影响地面径流的速度，从而影响 对地面土壤的侵蚀力
• 水流长度的提取和分析在水保工作中意义重大
– 顺流计算和溯流计算
• 顺流计算是计算地面上每一点沿水流方向到该点所 在流域出水口的最大地面距离的水平投影
• 水流累积量（Flow Accumulation）
– 基本思想：以规则格网表示的DEM每点处有一 个单位的水量，按照水流从高处流向低处的自 然规律，根据区域地形的水流方向数据计算每 点处所流过的水流量数值
水流方向数据
汇流累积数据
– 确定强降雨时期可能的积水区域
• 水流长度（Flow Length）
相交
原始DEM
领域 统计
• 溯流计算是计算地面上每一个点沿水流方向到其流 向起点的最大地面距离的水平投影
• 河网提取
– 河网的生成分为四个步骤
1. 河网的生成基于汇集累积量数据，首先计算 汇集累应不同阈值， 应通过不断实验和其它资料确定合适的阈值 3. 栅格河网的形成。通过栅格计算器得到河网 数据 4. 栅格河网矢量化
• 流域分割
– 流域又称集水区域，是指流经其中的水流从一 个公共的出水口排出从而形成的一个集中的排 水区域，也就是河流的干流和支流所流过的整 个区域，也称为流域盆谷(Basin)
ArcGISHydrology水文分析功能介绍
ArcGISHydrology⽔⽂分析功能介绍ArcGIS Hydrology⽔⽂分析功能介绍时间：2012-5-17 11:35:28 作者：GIS学习⽹来源：GIS学习⽹查看：258 评论：0内容摘要：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.基本原理DEM是数字⾼程模型的英⽂简称...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.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 流域结构模式图所⽰)。
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。
ArcGIS Hydrology⽔⽂分析功能介绍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。
ARCGIS水文分析
ARCGIS水文分析水文分析是指对水文要素（如降水、径流、水位等）及其相互关系进行分析研究的过程。
它对于水资源管理、水文预测、洪水防治、生态评估等方面具有重要意义，能够帮助人们更好地了解和利用水资源。
而ARCGIS作为一个具有强大空间分析功能的地理信息系统软件，可以有效地进行水文分析。
下面将分析ARCGIS在水文分析中的应用及其特点。
1.空间分布分析：ARCGIS可以对水文相关数据进行空间分布分析，如降水量、径流量、河流流向等。
通过空间分布分析，可以揭示出水文要素的空间差异，了解降水和径流的分布格局，为水资源的合理配置和水环境保护提供科学依据。
2.遥感数据分析：ARCGIS可以对水文要素进行遥感数据分析，如利用遥感影像数据提取水体分布、判断水资源利用状况、监测水质等。
遥感技术的应用可以弥补传统水文观测方法的不足，提供大范围、实时、高精度的水文信息，为水资源管理和水环境保护提供决策支持。
3.水质模拟分析：ARCGIS可以进行水质模拟分析，模拟水体的溶解氧、总磷含量、氨氮浓度等水质指标的分布变化。
通过水质模拟，可以评估水环境质量、预测水体污染扩散范围、优化排污方案，为水环境管理提供科学依据。
4.洪水分析与预测：ARCGIS可以进行洪水分析与预测，根据历史洪水资料和地形数据，模拟洪水发展过程，预测洪水的淹没范围和淹没时间。
这对于洪水防治、抢险救灾等方面有着重要意义，可以提前进行预警，降低洪灾对人民生命财产的损失。
1.多源数据集成：ARCGIS能够集成多种数据源，如遥感数据、地理空间数据、气象数据等，实现水文数据的多源融合。
这样可以获得更完整、准确的水文信息，提高水文分析的精度和可靠性。
2.空间分析功能强大：ARCGIS具备强大的空间分析功能，可以对水文要素进行空间统计、空间差异性分析、空间插值等操作。
通过这些分析方法，可以揭示出水文要素的分布规律和变化趋势，为水文研究提供深入的认识。
3.模型建立与模拟：ARCGIS提供了水文模型的建立与模拟功能，如水文循环模型、水力模型等。
arcgis水文分析解析
e. 沟谷结点
汇流区边界不包含流域部分边界的汇流区
g.
分水线段
一条具有两侧分水区的线段
h. 分水线源点
分水线与流域边界的交点
7
? 沟谷结点和沟谷源点共同组成沟谷结点集， ? 所有的沟谷段组成沟谷段集，形成沟谷网络； ? 所有的分水线组成分水线段集，形成分水线网
络。 ? 沟谷段集和分水线段集共同把流域分割成一个
20
水文分析步骤
21
1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
22
? 在经过填充洼地后的DEM （Filled Dem），流水 可以畅通无阻地流至区域地形的边缘。
? 在经过填充洼地后的DEM是流向分析的基础
23
32
64
128
？ 16
1
8
4
2
2流向分析原理
? 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 2 ，否则距离为1。
9
? 汇流网络中每一沟谷段都有一个汇流区域，这 些区域由分水线集控制。
? 外部沟谷段有一个外部汇流区，内部沟谷段有 两个内部汇流区，分布在内部沟谷段两侧。
? 整个流域被分割成一个个子流域，每个子流域 如同树状图上的一片“叶子”。
Arcgis水文分析模块介绍
水文分析--arcgis水文分析模块水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。
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。
表面水文分析模型应用于研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况，或者划定受污染源影响的地区，以及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，应用在城市和区域规划、农业及森林、交通道路等许多领域，对地球表面形状的理解也具有十分重要的意义。
这些领域需要知道水流怎样流经某一地区，以及这个地区地貌的改变会以什么样的方式影响水流的流动。
基于DEM的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基本水文分析，可以在DEM表面之上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
本章主要介绍ArcGIS水文分析模块的应用。
ArcGIS提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。
同时，通过水文分析工具的应用，也可以有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本的概念和关键的过程，以及怎样通过ArcGIS水文分析工具从DEM数据上获取更多的水文信息。
图11.1 ArcToolBox中的水文分析模块ArcGIS9将水文分析中的地表水流过程集合到ArcToolbox里，如图11.1所示。
主要包括水流的地表模拟过程中的水流方向确定、洼地填平、水流累计矩阵的生成、沟谷网络的生成以及流域的分割等。
本章1至5节主要是依据水文分析中的水文因子的提取过程对ArcGIS中的水文分析工具逐一介绍。
文中所用的DEM数据在光盘中chp11文件夹下的tutor文件夹里面，每个计算过程以及每一节所产生的数据存放在tutor文件夹的result文件夹里面，文件名与书中所命名相同，读者可以利用该数据进行参照联系。
ARCGIS水文分析
ARCGIS水文分析ARCGIS是一种流行的地理信息系统（GIS）软件，常用于水文分析和水资源管理。
它具有强大的空间数据建模和分析功能，可以帮助人们更好地理解和管理水资源。
在本文中，我们将探讨ARCGIS水文分析的一些重要应用，并介绍其基本原理和方法。
ARCGIS水文分析可以帮助人们研究和解决水资源管理中的许多问题。
其中一个重要的应用是水文建模。
水文建模使用地理数据和水文参数来模拟和预测水文过程，例如降水、蒸发、径流等。
ARCGIS提供了丰富的空间数据和工具，可以用于构建水文模型，并进行模拟和预测。
例如，可以使用ARCGIS中的DEM数据和气象数据来构建水文模型，以了解地形对水文过程的影响，预测洪水和干旱事件等。
ARCGIS还提供了许多其他的水文分析功能。
例如，它可以用于洪水风险评估。
通过分析地形、土地利用和水流等因素，可以确定潜在的洪水风险区域。
这种分析可以帮助政府和相关部门制定洪水预警和应急响应计划。
此外，ARCGIS还可以用于土地退化和水资源污染的分析。
通过分析土地利用、土壤类型和水流路径等因素，可以评估土地的健康状况，并识别水资源污染源。
这种分析可以帮助制定土地管理和保护策略，以提高水资源的质量和可持续性。
在进行ARCGIS水文分析时，有几个基本原理和方法需要了解。
首先是空间数据建模。
ARCGIS使用地理坐标系统和数据结构来存储和分析空间数据。
例如，DEM数据使用栅格数据结构来表示地形高度，而河流数据使用矢量数据结构来表示河道的几何形状。
其次是空间数据分析。
ARCGIS提供了许多空间数据分析工具，如地形分析、空间插值和缓冲区分析等。
这些工具可以帮助人们从空间角度分析和理解水文过程。
最后是模型构建和模拟。
ARCGIS提供了一些水文模型，如SWAT（Soil and Water Assessment Tool）和HEC-HMS（Hydrologic Engineering Center's Hydrologic Modeling System），用于模拟和预测水文过程。
GIS应用综合案例分析1
GIS应用综合案例分析——水文分析（Hydrology）（1）无洼地DEM生成1．水流方向提取（Flow Direction）2．洼地计算①洼地提取（Sink）②洼地深度计算计算洼地贡献区域（watershed）→计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程（zonal statistic）→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（zonal fill）→计算洼地深度（raster calculator：sinkdep = ( [zonalmax] - [zonalmin])）3．洼地填充（fill）（2）汇流累积量基于无洼地DEM的水流方向的计算（Flow Direction）→计算汇流累积量（Flow accumulation）（3）水流长度（Flow length）Downstream（顺流计算）、Upstream（朔流计算）（4）河网的提取1．河网的生成计算出研究区域的汇流累积量→设定阈值→栅格形式的河网的形成（Raster Calculator）→栅格河网矢量化（stream to feature）2．stream link的生成（stream link）3．河网分级（stream order）（5）流域的分割1．流域盆地的确定（basin）2．集水流域的生成（watershed）计算结果图层名：·flowdir：由原始DEM数据提取出的水流方向数据；·sink：洼地点栅格数据；·watershsink：由洼地点数据计算出的洼地的贡献区域栅格数据；·zonalmin：每一个洼地贡献区域的最低高程栅格数据；·zonalmax：每一个洼地贡献区域边界出口的最低高程；·sinkdep：洼地深度数据；·filldem：无洼地DEM数据；·fdirfill：由无洼地DEM数据提取出的水流方向数据；·flowacc：由fdirfill水流方向数据提取出的汇流累积量数据；·flowlenup：通过溯流方向计算出的水流长度数据；·flowlendown：通过顺流方向计算出的水流长度数据；·streamnet：由flowacc和fdirfill提取出的沟谷网络的栅格数据；·Streamfea.shp：由streamnet和fdirfill提取出的沟谷网络的矢量数据；·streamlink：由streamnet和fdirfill提取出的Streamlink数据；·streamostr：由streamnet和fdirfill利用Strahler方法提取出的河网分级栅格数据；·streamoshr：由streamnet和fdirfill利用Shreve方法提取出的河网分级栅格数据；·basin：由dem和flowdir数据提取出的流域盆地的栅格数据；·watershed：streamlink和fdirfill提取出的集水区域数据。
利用ArcGIS水文分析工具提取河网的具体操作
利用ArcGIS水文分析工具提取河网的具体操作DEM包含有多种信息，ArcToolBox提供了利用DEM提取河网的方法，但是操作比较烦琐（帮助可参看Hydrologic analysis sample applications），今天结合我自己的使用将心得写出来与大家分享。
提取河网首先要有栅格DEM，可以利用等高线数据转换获得。
在此基础上，要经过洼地填平、水流方向计算、水流积聚计算和河网矢量转化这几个不步骤。
1．洼地填平DEM洼地（水流积聚地）有真是洼地和数据精度不够高所造成的洼地。
洼地填平的主要作用是避免DEM的精度不够高所产生的（假的）水流积聚地。
洼地填平使用ArctoolBox->Spatial Analysis Tools->Hydrology->Fill工具。
2．水流方向计算水流方向计算就可以使用上一步所生成的DEM为源数据了（如果使用未经洼地填平处理的数据，可能会造成精度下降）。
这里主要使用ArctoolBox->Spatial Analysis Tools->Flow Direction 工具。
输入的DEM采用第一步的Fill1_exam13．水流积聚计算这里主要使用ArctoolBox->Spatial Analysis Tools->Flow Accumulation工具流向。
栅格数据就是第二步所获得的数据（FlowDir_fill1）。
可以看到，生成的水流积聚栅格已经可以看到所产生的河网了。
现在所需要做的就是把这些河网栅格提取出来。
可以把产生的河网的支流的象素值作为阀值来提取河网栅格。
4．提取河网栅格使用spatial analyst中的栅格计算器，将所有大于河网栅格阀值的象素全部提取出来。
至于这个阀值是多少因具体情况而定。
通常是要大于积聚计算后得到栅格的最低河流象素值。
这里采用的是500这个值。
最后生成只有0、1值的栅格数据。
其中1表示是河网，0是非河网。
ArcGIS之水文分析完整版
A r c G I S之水文分析Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】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 (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[SpatialAnaly st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[SpatialAnaly st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水文分析实列
练习9水文分析：依照DEM提取河流网络，计算流水积存量、流向、依照指定的流域面积大小自动划分流域水文分分析工具有两种途径利用水文分析功能：(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。
(2)另一种方式是添加[Hydrology]工具栏到ArcMap中。
在ArcMap中执行菜单命令：[工具]>>[定制] 命令点击[从文件添加]按钮找到文件注意：那个文件一样是在ArcGIS的安装途径下，默许的情形是[C:\ProgramFiles\ArcGIS\DeveloperKit\samples\SpatialAnalyst\HydrologicModeling\Visual_Basic][Hydrology Modeling]工具条就被加载到ArcMap，在其前面的检查框上打上勾，如以下图所示。
[Hydrology Modeling]工具条就能够够够显示在ArcMap中注意：以下的练习基于Hydrology Modeling 工具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]，在显现的对话框中将[Input Surface]参数指定为“DEM”确信后取得无洼地的DEM数据：[ Filled Sink1 ]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 ]，在显现的对话框中将[Input Surface]参数指定为“Filled Sink1”确信后取得流向栅格[ Flow Direction1]，了解流向栅格单元的数值表示的含义是什么3. 计算流水积存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 ]，在显现的对话框中将[Direction Raster]参数指定为“Flow Direction1”确信后取得流水积存量栅格[Flow Accumulation1]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]>>[单输出地图代数]在[地图代数表达式]中输入公式：con (Flow Accumulation1>800,1)[输出栅格]指定为：StreamNet说明：通过此操作将流水积存量栅格[Flow Accumulation1]中栅格单元值（流水积存量）大于800的栅格赋值为1，从而取得河流网络栅格[StreamNet]1 setnull2 con3 pick up这三个命令很有效。
arcgis的水文分析工具详解
arcgis的水文分析工具详解接收雨水的区域以及雨水到达出水口前所流经的网络被称为水系。
流经水系的水流只是通常所说的水文循环的一个子集，水文循环还包括降雨、蒸发和地下水流。
水文分析工具重点处理的是水在地表上的运动情况。
流域盆地是将水和其他物质排放到公共出水口的区域。
流域盆地的其他常用术语还有分水岭、盆地、集水区或汇流区域。
该区域通常定义为通向给定出水口或倾泻点的总区域。
倾泻点是水流出某个区域的点。
该点通常是沿流域盆地的边界的最低点。
两盆地之间的边界称为流域分界线或分水岭边界。
水到达出水口前流经的网络可显示为树，树的底部是出水口。
树的分支是河道。
两条河道的交点称为结点或交汇点。
连接两个相邻交汇点或连接一个交汇点和出水口的河道的河段称为河流连接线。
•电脑•arcgis软件1.1描绘分水岭或定义河流网络时，您需要按照一系列步骤进行操作。
有些步骤是必需的，而其他步骤则属于可选步骤（取决于输入数据的特性）。
流经某表面的流向始终为最陡的下坡方向。
已知流出各像元的方向后，便可确定哪些像元以及多少像元流入某指定像元。
该信息可用于定义分水岭边界和河流网络。
以下流程图显示的是从数字高程模型 (DEM) 中提取水文信息（如分水岭边界和河流网络）的过程。
2.2无论您的最终目的如何，都必须从高程模型入手。
高程模型可用于确定哪些像元会流入其他像元（流向）。
但如果高程模型中存在错误或者构建的是喀斯特地貌模型，则某些像元位置可能比周围像元低。
如果存在此类情况，则流入像元的水均将无法流出。
这些洼地称为汇。
通过水文分析工具，您可以识别出汇并利用某些工具填充这些汇。
这样便可得到不存在洼地的高程模型。
然后您可以确定这个不存在洼地的高程模型中的流向。
3.3如果描绘的是分水岭，则需要识别出倾泻点（要了解汇流分水岭的位置）。
通常，这些位置为河流的河口或其他感兴趣的水文点（如水文测量站）。
使用水文分析工具，您可以指定倾泻点或者将河流网络用作倾泻点。
ArcGIS 空间分析之水文分析
ArcGIS的水文分析功能模块包括11个工具，名称和功能分别为：1、Basin：盆域分析工具。
用于划分出研究区所有的流域盆地。
流域盆地是由分水岭分割而成的汇水区域。
它通过对水流方向数据的分析确定出所有相互连接并处于同一流域盆地的栅格。
流域盆地的确定首先是要确定分析窗口边缘的出水口的位置，也就是说，在进行流域盆地的划分中，所有的流域盆地的出水口均处于分析窗口的边缘。
当确定了出水口的位置之后，其流域盆地集水区的确定类同于洼地贡献区域的确定，也就是找出所有流入出水口的上游栅格的位置。
2、Fill：洼地填充工具。
在栅格数据表面填充洼地以去除数据的小瑕疵。
DEM被认为是比较光滑的地形表面模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域，那么这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程的存在，从而使得在进行水流流向计算时在该区域得不到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DEM 数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
3、Flow Accumulation：流量工具。
在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。
对每一个栅格来说，其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，汇流累积的数值越大，该区域越易形成地表径流。
4、Flow Direction：流向工具。
根据每个象元和它最邻近的八个象元之间的最大象元距离权落差来确定水的流向，得到一个流向的栅格数据，这种方法也叫D8算法。
5、Flow Length：水流长度工具。
水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点(终点)间的最大地面距离在水平面上的投影长度。
6、Sink：洼地计算工具。
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那些地方是洼地，然后再对洼地进行填充。
有一点必须清楚的是，并不是所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的，有很多洼地区域也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洼地而哪些地区又是真实的地表形态，然后在进行洼地填充的过程中，设置合理的填充阈值。
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ArcGIS Hydrology水文分析功能介绍(1)-基本原理
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 流域结构模式图所示)。
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。
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。
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”，以“窗口”为计算基本元素，推及整个DEM，求取最终结果。
目前应用最广泛的是基于流向分析和汇流分析的流域特征提取技术。
Jenson and Domingue (1988)设计了应用该技术的典型算法，该算法包括3个过程：流向分析，汇流分析和流域特征提取。
1) 流向分析：以数值表示每个单元的流向。
数字变化范围是1～255。
其中1：东；2：东南；4南；8：西南；16：西；32：西北；64：北；128：东北。
除上述数值之外的其它值代表流向不确定，这是由DEM中洼地”和“平地”现象所造成的。
所谓“洼地”即某个单元的高程值小于任何其所有相邻单元的高程。
这种现象是由于当河谷的宽度小于单元的宽度时，由于单元的高程值是其所覆盖地区的平均高程，较低的河谷高度拉低了该单元的高程。
这种现象往往出现在流域的上游。
“平地指相邻的8个单元具有相同的高程，与测量精度、DEM单元尺寸或该地区地形有关。
这两种现象在DEM 中相当普遍，Jenson and Domingue 在流向分析之前，将DEM进行填充；将“洼地”变成“平地”，再通过一套复杂的迭代算法确定“平地”流向。
流向分析过程如图所示。
2) 汇流分析：汇流分析的主要目的是确定流路。
在流向栅格图的基础上生成汇流栅格图．汇流栅格上每个单元的值代表上游汇流区内流入该单元的栅格点的总数，既汇入该单元的流入路径数(NIP)，NIP较大者，可视为河谷，NlP等于0，则是较高的地方，可能为流域的分水岭。
3) 提取流域特征：有了流域汇流栅格图就可以很方便地提取流域的各种特征参数。
例如模拟流域水系，可以设置一个NIP阈值，大于该值的格点为沟谷线上的点，连接各个沟谷线上的点就形成了河网。
在汇流矩阵(汇流栅格)上求子流域的方法如下：从河谷单元或孤立的洼单元开始，向上游搜索所有流向该单元的单元，这些单元构成以开始单元为流域出口的子流域。
模拟出水系及流域边界后，利用GIS的相关函数，就可以很方便地得到流域的各项特征参数，如河流的长度、坡癣、流域面积等。
1.2.2 多流向法
多流向法的提出比较晚，由Quinn 等1991 年提出，但它的应用比较少。
这种方法所考虑的仍然是中心栅格与其周围的8 个栅格之间的关系，其产流仍然是点源，水流路径也是一维的线，由中心栅格中心点指向相邻栅格中心点；惟一的不同就是将水流按坡度的比例分散地分配给高程较低的相邻栅格。
同时Freeman 提出将水流按指数方法分配。
ArcGIS Hydrology水文分析功能介绍(2)-Hydrology In Spatial Analyst
ArcGIS提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。
同时，通过水文分析工具的应用，也可以有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本的概念和关键的过程，以及怎样通过ArcGIS水文分析工具从DEM数据上获取更多的水文信息。
1) Flow Direction：水流方向提取，ArcGIS中采用D8单流向法来进行水流方向分析。
2) Sink：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那些地方是洼地，然后再对洼地进行填充。
有一点必须清楚的是，并不是所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的，有很多洼地区域也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洼地而哪些地区又是真实的地表形态，然后在进行洼地填充的过程中，设置合理的填充阈值。
3) Fill：洼地填充。
4) Flow Accumulation：汇流分析。
在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。
对每一个栅格来说，其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，汇流累积的数值越大，该区域越易形成地表径流。
5) Flow Length：水流长度。
水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点（终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。
水流长度是水土保持上的重要因子之一，当其他条件相同时，水力侵蚀的强度依据坡的长度来决定，坡面越长，汇聚的流量越大，其侵蚀力就越强，水流长度直接影响地面径流的速度，从而影响对地面土壤的侵蚀力。
因此，对于水流长度的提取和分析，在水土保持工作中有很重要的作用。
目前水流长度的提取方式主要有两种，一种是顺流计算（DOWNSTREAM），一种是溯流（UPSTREAM）计算。
顺流计算是计算地面上每一点沿水流方向到该点所在流域出水口最大地面距离的水平投影；溯流计算者是计算地面上每一点沿水流方向到其流向起点间的最大地面距离的水平投影。
6) Map Algebra：利用地图代数来进行河网提取。
目前常用的河网提取方法是采用地表径流漫流模型计算：首先是在无洼地DEM 上利用最大坡降的方法得到每一个栅格的水流方向；然后利用水流方向栅格数据计算出每一个栅格在水流方向上累积的栅格数，即汇流累积量，所得到的汇流累积量则代表在一个栅格位置上有多少个栅格的水流方向流经该栅格；假设每一个栅格处携带一份水流，那么栅格的汇流累积量则代表着该栅格的水流量。
基于上述思想，当汇流量达到一定值的时候，就会产生地表水流，那么所有那些汇流量大于那个临界数值的栅格就是潜在的水流路径，由这些水流路径构成的网络，就是河网。
7) Stream Order：河网分级。
8) Basin：流域分割工具。
9) Watershed：流域分割工具。