arcgis水文分析
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24
25
1014 1019 (a) 1025 1033
1011 1015 1021 1029
1004 1007 1012 1020
996 999 1003 1003
3 流水累积量 Flow Accumulation
• (A)所显示的是经过填充洼地后的 DEM栅格 （B)是流向栅格（C)是流 量栅格 • 在 (c)中，两个灰色的栅格单元的流量 相同，都是2个单位。上面的一个栅 格单元的流量是来自它左边和左下方 的栅格单元， 下面的一个栅格的流量 是来自于左下方的栅格单元（这个栅 格单元已经有1个单位的流量）
不同的阈值得到的沟谷网络的复杂性是不同的，
这种方法虽然为确定沟谷网络的复杂性提供了
灵活性，但也使得沟谷网络的确定具有太大的 随意性。
17
得到沟谷网络后，可以对沟谷网络进行编码。
首先对沟谷结点编码。从流域出口开始搜索遍
历整个汇流网络，对每个沟谷段的上下游结点
进行编码标识，标识值是沟谷段的编码值，并 记录下这些结点的位置。 其次，把沟谷段中的每个格网点标识为沟谷段 的编码值。 第三，根据沟谷段上游结点的类型判定沟谷段 是内部沟谷段还是外部沟谷段。
9Hale Waihona Puke Baidu
• 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”。
10
Watershed 流域
(Basin, Catchment, Contributing area)
• 沟谷段集和分水线段集共同把流域分割成一个
汇流区集。
8
• 沟谷段是最小的沟谷单位，沟谷段可以分为
内部沟谷段和外部沟谷段。内部沟谷段连接
两个沟谷结点，外部沟谷段连接一个沟谷结
点和沟谷源点。 • 分水线段是最小的分水线单位，也分为内部 分水线段和外部分水线段。内部分水线段连 接两个分水线结点，外部分水线段连接一个 分水线结点和一个分水线源点。
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
？
4
2流向分析原理
1
8
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。
Watershed Boundaries
(Drainage Divides) 流域边界
汇流点Pour Points (Outlets)
11
• 流域地形自动分割：
• 流域地形自动分割的目标是将整个流域分 割成一个个子汇流区。大多数算法是利用 3*3窗口计算流向和基于“溢流跟踪”算法 确定汇流网络。
12
B．当两个或多个相邻格网点的最大坡向相等时，
先比较各自相邻格网点坡向，如果仍没解决，继
续比较相对格网点的坡向，决定赋一个流向。
14
C．对于具有相同高程值的区域则扩大搜索窗口半径，
用7×7窗口，如果需要还可以使用更大窗口。
D．在DEM数据的外围加一圈高程值为0的格网点，强
制其最大坡向流向研究区之外。 当所有的格网点处理完毕后，生成一个编码流向图 。 实用软件中为了处理凹点方便经常用 2 的幂来代表。 （1-128）。
表的物理特性。
以DEM作为主要输入数据，采用
Hydrologic 生成集水流域和水流网络数据，
并对其的影响因子进行量化。
地貌 DEM 模拟 水文 生物
数字高程模型
…….
3
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。
4
• 基于格网DEM自动提取流域特征地貌和进行地形自动分割技
• 格网点流向定义
32
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128
16
1
8
4
2
• 采用3×3窗口按8方向搜索计算最大坡向为各 网格点的流向。分别为8方向赋不同的代码。
13
几种例外情况的处理
A ．如果一个网格点的最大坡向格网点与之具有相 同的高程值，且之前没有其它格网点流向这个相 邻格网，则强制流向它。如果还有另外的格网点
流向这个相邻格网，则当前格网点为凹点。
DEM
Flow Direction
Flow Accumulation
1
DEM
Flow Accumulation
Stream Network
& watershed
2
追踪分析实例—水文分析
地貌 地形因素 生物 ……. GIS 水文
空间分析中的水文分析Hydrologic 提供 一个功能用来研究与地表水流有关的地
b. 外部沟谷段 d. 外部汇流区
沟谷的上游起点
f. 沟谷源点
两条或两条以上沟谷线的交点 a.内部沟谷段
e. 沟谷结点
汇流区边界不包含流域部分边界的汇流区
c. 内部汇流区
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。
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
29
河流分级
1 1 1 1 1 2 2 2 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 3 3 2 1 1
1
4
7
Strahler 方法
Shreve 方法
给河流网络支流分配一个级别
30
500个栅格的 汇流网络
31
5 划分流域
• 确定汇流点以上的汇水区域 • 给定汇水区域面积－自动划分流域
32
流程Flow Length
对该结构模型设计自动提取算法。
5
流域地貌形态结构定义
1）流域结构定义 • 可以使用一个具有根的树状图来描述流域 结构[Shreve]，目前绝大多数算法都沿用这 一描述方法。在此结构中主要包括三个部 分，即结点集、界线集和汇流区集。
6
沟谷段：一条具有两侧汇流区的线段 汇流区边界包括部分流域边界的汇流区
26
(b)
0
0 0 0 1
1 2 2 2
2 6 3 3
0
(c)
0
0
27
4 提取河流网络
Value = No Data
1 2
1 1 2 2 2 2 2
StreamToFeature
2
2
NET_GRID
streamnet = con (flowacc > 1000, 1)
河流网络栅格
28
划分河段
为河流网络的各河段分配一个标识
• 沿水流路径计算流 域内每个栅格单元 到下游的最远距离 或上流汇入点流至 此栅格单元的路程
33
• 用以计算流域内最长的水流路径
34
500个栅格的 汇流区域
35
18
提取分水网络
• 递归搜索沟谷段中的每个格网点的汇流区，将汇
流区的格网点赋为该沟谷段的标识值，形成各沟
谷段的子汇流区。
• 然后进行边界跟踪，提取子汇流区的边界线为分
水线，得到分水线网络。
• 最后，对沟谷网络和分水线网络及子汇流区进行
拓扑编码，以完成流域地形的自动分割。
19
实例分析
• DEM数据为基础， 分别进行凹点处理， 生成汇流方向，流 水累积量，提取各 种阈值的汇流网络 和子汇流区域。
术主要包括两个方面：
• 1）流域地貌形态结构定义。
• 定义能反映流域结构的特征地貌，建立格网DEM对应的微地貌 特征。
• 2）特征地貌自动提取和地形自动分割算法。
• 格网DEM数据是一些离散的高程点数据，每个数据本身不能 反映实际地表的复杂性。为了从格网DEM数据中得到流域地 貌形态结构，必须采用一个清晰的流域地貌结构模型，然后针
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提取汇流网络
• 根据修改后的流向图，给定一个点，所有流向它 的格网点的总和就是该点的汇流区。计算方法是 给定一个点，搜索8邻点，记录所有流向它的格 网点的位置，然后再以找到的格网点为基点继续 搜索记录流向它的格网点，直到没有新的汇流点
为止，所有记录的格网点构成该点的汇流区。
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通常沟谷的汇流区面积大于其它格网点的汇流 区面积，可以通过设定一个阈值，将汇流区面 积大于此阈值的格网点，标识为沟谷点。
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1014 1019 (a) 1025 1033
1011 1015 1021 1029
1004 1007 1012 1020
996 999 1003 1003
3 流水累积量 Flow Accumulation
• (A)所显示的是经过填充洼地后的 DEM栅格 （B)是流向栅格（C)是流 量栅格 • 在 (c)中，两个灰色的栅格单元的流量 相同，都是2个单位。上面的一个栅 格单元的流量是来自它左边和左下方 的栅格单元， 下面的一个栅格的流量 是来自于左下方的栅格单元（这个栅 格单元已经有1个单位的流量）
不同的阈值得到的沟谷网络的复杂性是不同的，
这种方法虽然为确定沟谷网络的复杂性提供了
灵活性，但也使得沟谷网络的确定具有太大的 随意性。
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得到沟谷网络后，可以对沟谷网络进行编码。
首先对沟谷结点编码。从流域出口开始搜索遍
历整个汇流网络，对每个沟谷段的上下游结点
进行编码标识，标识值是沟谷段的编码值，并 记录下这些结点的位置。 其次，把沟谷段中的每个格网点标识为沟谷段 的编码值。 第三，根据沟谷段上游结点的类型判定沟谷段 是内部沟谷段还是外部沟谷段。
9Hale Waihona Puke Baidu
• 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”。
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Watershed 流域
(Basin, Catchment, Contributing area)
• 沟谷段集和分水线段集共同把流域分割成一个
汇流区集。
8
• 沟谷段是最小的沟谷单位，沟谷段可以分为
内部沟谷段和外部沟谷段。内部沟谷段连接
两个沟谷结点，外部沟谷段连接一个沟谷结
点和沟谷源点。 • 分水线段是最小的分水线单位，也分为内部 分水线段和外部分水线段。内部分水线段连 接两个分水线结点，外部分水线段连接一个 分水线结点和一个分水线源点。
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• 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
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？
4
2流向分析原理
1
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• 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。
Watershed Boundaries
(Drainage Divides) 流域边界
汇流点Pour Points (Outlets)
11
• 流域地形自动分割：
• 流域地形自动分割的目标是将整个流域分 割成一个个子汇流区。大多数算法是利用 3*3窗口计算流向和基于“溢流跟踪”算法 确定汇流网络。
12
B．当两个或多个相邻格网点的最大坡向相等时，
先比较各自相邻格网点坡向，如果仍没解决，继
续比较相对格网点的坡向，决定赋一个流向。
14
C．对于具有相同高程值的区域则扩大搜索窗口半径，
用7×7窗口，如果需要还可以使用更大窗口。
D．在DEM数据的外围加一圈高程值为0的格网点，强
制其最大坡向流向研究区之外。 当所有的格网点处理完毕后，生成一个编码流向图 。 实用软件中为了处理凹点方便经常用 2 的幂来代表。 （1-128）。
表的物理特性。
以DEM作为主要输入数据，采用
Hydrologic 生成集水流域和水流网络数据，
并对其的影响因子进行量化。
地貌 DEM 模拟 水文 生物
数字高程模型
…….
3
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。
4
• 基于格网DEM自动提取流域特征地貌和进行地形自动分割技
• 格网点流向定义
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• 采用3×3窗口按8方向搜索计算最大坡向为各 网格点的流向。分别为8方向赋不同的代码。
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几种例外情况的处理
A ．如果一个网格点的最大坡向格网点与之具有相 同的高程值，且之前没有其它格网点流向这个相 邻格网，则强制流向它。如果还有另外的格网点
流向这个相邻格网，则当前格网点为凹点。
DEM
Flow Direction
Flow Accumulation
1
DEM
Flow Accumulation
Stream Network
& watershed
2
追踪分析实例—水文分析
地貌 地形因素 生物 ……. GIS 水文
空间分析中的水文分析Hydrologic 提供 一个功能用来研究与地表水流有关的地
b. 外部沟谷段 d. 外部汇流区
沟谷的上游起点
f. 沟谷源点
两条或两条以上沟谷线的交点 a.内部沟谷段
e. 沟谷结点
汇流区边界不包含流域部分边界的汇流区
c. 内部汇流区
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。
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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
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河流分级
1 1 1 1 1 2 2 2 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 3 3 2 1 1
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Strahler 方法
Shreve 方法
给河流网络支流分配一个级别
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500个栅格的 汇流网络
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5 划分流域
• 确定汇流点以上的汇水区域 • 给定汇水区域面积－自动划分流域
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流程Flow Length
对该结构模型设计自动提取算法。
5
流域地貌形态结构定义
1）流域结构定义 • 可以使用一个具有根的树状图来描述流域 结构[Shreve]，目前绝大多数算法都沿用这 一描述方法。在此结构中主要包括三个部 分，即结点集、界线集和汇流区集。
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沟谷段：一条具有两侧汇流区的线段 汇流区边界包括部分流域边界的汇流区
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(b)
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(c)
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4 提取河流网络
Value = No Data
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1 1 2 2 2 2 2
StreamToFeature
2
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NET_GRID
streamnet = con (flowacc > 1000, 1)
河流网络栅格
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划分河段
为河流网络的各河段分配一个标识
• 沿水流路径计算流 域内每个栅格单元 到下游的最远距离 或上流汇入点流至 此栅格单元的路程
33
• 用以计算流域内最长的水流路径
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500个栅格的 汇流区域
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提取分水网络
• 递归搜索沟谷段中的每个格网点的汇流区，将汇
流区的格网点赋为该沟谷段的标识值，形成各沟
谷段的子汇流区。
• 然后进行边界跟踪，提取子汇流区的边界线为分
水线，得到分水线网络。
• 最后，对沟谷网络和分水线网络及子汇流区进行
拓扑编码，以完成流域地形的自动分割。
19
实例分析
• DEM数据为基础， 分别进行凹点处理， 生成汇流方向，流 水累积量，提取各 种阈值的汇流网络 和子汇流区域。
术主要包括两个方面：
• 1）流域地貌形态结构定义。
• 定义能反映流域结构的特征地貌，建立格网DEM对应的微地貌 特征。
• 2）特征地貌自动提取和地形自动分割算法。
• 格网DEM数据是一些离散的高程点数据，每个数据本身不能 反映实际地表的复杂性。为了从格网DEM数据中得到流域地 貌形态结构，必须采用一个清晰的流域地貌结构模型，然后针
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提取汇流网络
• 根据修改后的流向图，给定一个点，所有流向它 的格网点的总和就是该点的汇流区。计算方法是 给定一个点，搜索8邻点，记录所有流向它的格 网点的位置，然后再以找到的格网点为基点继续 搜索记录流向它的格网点，直到没有新的汇流点
为止，所有记录的格网点构成该点的汇流区。
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通常沟谷的汇流区面积大于其它格网点的汇流 区面积，可以通过设定一个阈值，将汇流区面 积大于此阈值的格网点，标识为沟谷点。