第6章 水文分析

图6.23 河网的生成
河网的提取
• 栅格河网矢量化
双击hydrology工具集中的的 stream to feature工具，打 开栅格河网矢量化 对话框
hydrology工具集中的的 stream to feature工具不仅 仅只是将栅格形式河网数据转 化为矢量形式的数据，它利用 了水流方向数据进行辅助分析， 使得矢量化后的河网更真实、 更合理
利用hydrology工具集中的snap pour point 的工具寻找。
注意：
Pour point data应是已有的研究区 域流域的出水点数据；如果没有， 可以用stream link数据
图6.34 汇水区出水口的确定
流域的分割
• 集水流域的生成
利用hydrology工具集 中的的watershed工 具，进行集水区域 （贡献区域）的计算。 其中输入数据为水流 方向数据和 streamlink数据
raster calculator 工具
图6.12 洼地区域最低出水口计算
图6.13 洼地深度计算
无洼地DEM生成
• 计算出的洼地深度
图6.14 洼地深度分布图
无洼地DEM生成
洼地的填充
双击hydrology工具集中的fill工具，弹出如图所示的洼地填充对话 框。 注意： 填充时的填充阈值是依据洼地深度范围和研究区域的自然地形； 当不设填充阈值的时候，默认是将所有洼地全部填平
第六章
水文分析
主要内容
• • • • • • 水文分析简介 无洼地DEM生成 汇流累积量 水流长度 河网的提取 流域的分割
水文分析简介
主要用来建立地表水 的运动模型,辅助分析 地表水流从那里产生 以及要流向何处，再 现水流的流动过程。
图6.1 水文流域示意图
图6.2 水文分析体系图
无洼地DEM生成
图6.24 栅格河网矢量化操作
图6.25 得到的矢量化的河网图
河网的提取
• stream link的生成
Stream link是记录着河网 中的一些节点之间的连接 信息，主要记录着河网的 结构信息。
图6.26
弧段
结点
Stream link示意图
双击hydrology工具集中的 stream link工具，弹出如图所 示的stream link计算的对话框。
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。 水流长度有两种： Downstream
沿着水流方向到流域的出水口 的距离在水平面的投影
Upstream
沿着水流方向到水流的起源点 的距离在水平方向的投影
图6.19 水流长度分布图
水流长度
图6.29 河网分级操作
Strahler分级结果
图6.30 两个分级的结果对比
Shreve分级结果
流域的分割
• 流域的概念
流域又称集水区域，是 指流经其中的水流和其 它物质从一个公共的出 水口排出从而形成一个 集中的排水区域。
图6.31 流域示意图
流域的分割
• 流域盆地的确定
流域盆地是由分水岭分割 而成的汇水区域。
图6.35 集水区域的计算结果
无洼地DEM生成
• 水流方向计算步骤
启动ArcToolbox，展开 Analysis Tools工具箱，打 开hydrology工具集 双击Flow Direction工具， 水流方向（Flow Direction） 计算对话框
图6.4 水流方向计算对话框
无洼地DEM生成
• 洼地的计算
图6.22 河网的三维立体显示图
河网的提取
• 河网的生成 注意：
阈值的设定应遵循科学、合理的原则； 阈值的设定应以研究区域的实际地形和实际地貌为依据； 阈值的设定应以研究对象的空间尺度为依据。
利用map algebra工具集中的multi map output工具中的con 工具或者setnull工具进行计算。
图6.15 洼地的填充
汇流累积量
某栅格汇流累积量是该栅格其上游沿水流方向最终汇流 经过该栅格的栅格个数。
图6.16 汇流累积量的示意图
汇流累积量
汇流累积量的计算
双击hydrology工具集中的的fill accumulation工具，打开汇流累积量
计算对话框
图6.17 汇流累积量的计算
图6.18 汇流累积量的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ果图
双击hydrology工具集中的basin 工具，打开流域盆地计算的对话框。
图6.32 流域盆地的生成
注意：
ArcGIS中的hydrology工具集 中的basin工具所提取出的所有流域 盆地均是认为盆地的出水口在研究 区域的边缘。
图6.33 得到的流域盆地结果图
流域的分割
• 汇水区出水口的确定
流域的分割首先是要确定小级别的 流域的出水口的位置，也就是要进 行汇水区出水口的确定
• 水流方向计算 • 洼地的计算 • 洼地填充
无洼地DEM生成
• 水流方向计算
在3×3的窗口中, 对 中心栅格与周围栅格 高程差值进行对比, 利用最大坡降的方法 来判断中心栅格的水 流方向,也就是常用 的D8算法.
图6.3 水流方向计算示意图
• D8算法中，确定一个栅格的水流方向就是将被处理的 栅格单元同其最邻近的8个栅格单元之间的坡降进行 比较，被处理栅格单元中心同其相邻的8个栅格单元 中坡降最大的一个栅格单元中心之间连线的方向被定 义为被处理栅格的水流方向，并且规定一个栅格的水 流方向用一个特征码表示。有效的水流方向定义为东 北、东、东南、南、西南、西、西北和北，并分别用 128、1、2、4、8、16、32和64这8个有效特征码表 示。
图6.10 洼地区域计算 图6.6 洼地区域最低高程计算
无洼地DEM生成
• 洼地深度的计算
洼地区域最低出水口计算
双击spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的zonal fill工具，弹出 zonal fill对话框。
洼地深度计算
加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择
• 水流长度的计算
双击hydrology工具集中的的flow length工具，弹出水流长度的计算对
话框
图6.20 水流长度的计算
downstream方向上的水流长度
upstream方向上的水流长度
图6.21 两个不同的水流长度的示意图
河网的提取
水流网络是基于 DEM的水文分析 的其中一个主要 目的，也是地表 水流模拟的一个 重要过程。
图6.6 洼地提取对话框 图6.7 洼地提取结果
无洼地DEM生成
• 洼地填充
洼地的存在，导致不能得到正确的真实的水流方向，在进行水 文分析之前需要进行洼地区域的填充。
填充前 图6.8 洼地填充示意图
填充后
无洼地DEM生成
• 洼地填充
由于有些洼地也是真实地形的反映，在填充前需要进行洼地深 度的计算，从而判定填充阈值。
洼地深度的计算 洼地的填充
洼地深度是洼地区域最低高程值与洼地区域最低出水口高程 之差
洼 地 深 度
图6.9 断面图上获得洼地深度
无洼地DEM生成
• 洼地深度的计算
洼地区域的计算
双击hydrology工具集中的watershed工具，弹出洼地区域计算对话框 。
洼地区域最低高程计算
双击spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的zonal statistic工具， 分区统计对话框 。
洼地区域是水流方向不合理的地 方 ,在进行水文分析时需要进行洼 地区域的判断.
• 洼地的类型
错误的地表描述
产生原因：数据采集、数据内插
真实地表描述
产生原因：湖泊、喀斯特地貌、陷穴
图6.5 洼地在断面图上的显示
无洼地DEM生成
• 洼地的计算步骤
启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开 hydrology工具集 双击hydrology工具集中的sink工具，弹出洼地计算对话框
图6.27
Stream link生成操作
河网的提取
河网分级
河网分级是对一个线性的河流网络进行分级别的数字 标识 。
河网分级方法：
Strahler分级
Shreve分级
图6.28 两种不同的河网分级方法
河网的提取
• 河网分级的生成
双击hydrology工具集中的stream order
工具，弹出stream order计算的对话框。