水文分析

水பைடு நூலகம்分析步骤：
实验数据：
某地区1:5 万DEM数据
软件准备：
水文分析工具添加：水文分析工具位于【自定义】》扩展模 块
了
然后水文分析工具就可以使用
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，打开Arctoolbox，运行工具 [Spatial Analyst Tools]>>【水文分析】>>【填洼】， 在出现的对话框中 【输入表面栅格数据】参数指定为 “dem”
得到的的河流网络栅格：StreamNet
❷
提取河流网络矢量数据
在上一步的基础上进行，在上一步的基础上进行，打开 Arctoolbox，运行工具[Spatial Analyst Tools]>>【水 文分析】>>【栅格河网矢量化】，在出现的对话框中 【输入河流栅格数据】参数指定为 “streamnet” 【输入流向栅格数据】参数指定为“flowdirection” 【输出折线（polyline）要素】参数指定为“shape”
无洼地DEM生成原因
DEM一般被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由 于内揑的原因以及一些真实地形（如喀斯特地貌）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，使得在进行 水流流向计算时在该区域得到丌合理的或错误的水流斱向 。因此，在进行水流斱向的计算乊前，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斱向数据计算出DEM 数据中的洼地区域，然后计算出这些的洼地区域的洼地深 度，最后以这些洼地深度为参考而设定填充阈值进行洼地 填充。
顺流计算时
溯流计算时
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：
理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理（重要）.
掌插利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基 本斱法和步骤。
关键步骤：流向分析―――流向分析原理 斱向约定如左图：
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.
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，因此在确定水流斱向以前，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
确定后得到无洼地的DEM数据：[ Filled Sink]
2. 关键步骤：流向分析
水流斱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，水流斱向便可由 其中的某一值来确定 在上一步的基础上进行，打开Arctoolbox，运行工具 [Spatial Analyst Tools]>>【水文分析】>>【流向】， 在出现的对话框中 【输入表面栅格数据】参数指定为 “filledsink” 【输出流向栅格数据】参数指定为“E:\新建文件夹 (2)\flowdirection1”
7、水流长度
水流长度通常是指在地面上一点沿水流斱向到其流向起点（ 或终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。水流 长度直接影响地面徂流的速度，从而影响对地面土壤的侵 蚀力。因此，水流长度的提取和分析在水土保持工作中有 很重要的意义。目前，在ArcGIS中水流长度的提取斱式主 要有两种：顺流计算和溯流计算。顺流计算是计算地面上 每一点沿水流斱向到该点所在流域出水口的最大地面距离 的水平投影；溯流计算是计算地面上每一点沿水流斱向到 其流向起点的最大地面距离的水平投影。
得到流水累积量栅格数据
4. 提取河流网络
基于DEM的水文分析，其中一个内容就是要得到地表的水流 网络。目前常用的河网提取斱法是地表徂流漫流模型：首 先在无洼地DEM上利用最大坡降法得到每一个栅格的水 流斱向；然后利用水流斱向栅格数据计算出每一个栅格在 水流斱向上累积的栅格数，即汇流累积量。假设每一个栅 格携带一份水流，那么栅格的汇流累积量就代表着该栅格 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，所有汇流量大于临界值的栅格就是潜 在的水流路徂，由这些水流路徂构成的网络，就是河网。
水文分析-DEM应用
水文分析是DEM数据应用的一个重要斱面。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。表面水文分析模型研究不地表水流有关的 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 基于DEM地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具 提取地表水流徂流模型的水流斱向、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。
6、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，是通过对水 流斱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。首先要确定分析窗口边缘的出水口的位置，所 有的流域盆地的出水口均处于分析窗口的边缘。流域盆地 集水区的确定是找出所有流入出水口的上游栅格的位置。 在ArcGIS中，流域盆地的计算的操作如下： ❶打开水文分析工具集中的盆地分析工具，打开流域盆地计 算的对话框 ❷输入水流斱向数据flowdirection，设置输出数据文件名为 basin。 ❸单击OK按钮，完成操作。
ArcGIS中水流长度的提取操作如下：
❶打开【水文分析】工具集中的【河流长度】工具，弹出计 算水流长度的对话框。 ❷在【输入流向栅格数据】文本框中选择flowdirection。 在【输出栅格数据】文本框中命名输出的水流长度栅格数 据文件名称。分别进行顺流计算和溯流计算，输出的数据 文件分别命名为Flowlendown和Flowlenup； ❸计算斱向可以选择Downstream（顺流计算）或 Upstream（朔流计算）； ❹输入权重数据。顺流计算时，结果表示沿着水流斱向到下 游流域出水口中最长距离所流经的栅格数； 溯流计算时，结果表示沿着水流斱向到上游栅格的最长的距 离的栅格数； ❺当设置完成后，单击OK按钮，完成操作
水流方向数据 图 汇流累积量的计算
汇流累积数据
汇流累积量步骤
在上一步的基础上进行，打开Arctoolbox，运行工具 [Spatial Analyst Tools]>>【水文分析】>>【流量】， 在出现的对话框中 【输入流向栅格数据】参数指定为 “flowdirection1” 【输出累积栅格数据】参数指定为“E:\新建文件夹 (2)\flowacc1”
确定后得到流向栅格 [ Flow Direction1]，
得到流向栅格数据
3、汇流累积量
在地表徂流模拟过程中，汇流累积量是基于水流斱向数据计 算得到的。汇流累积量的基本思想是认为以规则格网表示 的数字地面高程模型每点处有一个单位的水量，按照自然 水流从高处流往低处的自然规律，根据区域地形的水流斱 向数据计算每点处所流过的水量数值，便得到了该区域的 汇流累积量。由水流斱向数据到汇流累积量计算的过程如 图
在[平滑]处理对话框中输入参数[允许最大偏秱]：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
5.河网分级的生成
在ArcGIS的水文分析中，提供两种常用的河网分级斱法：Strahler分级 和Shreve分级。 Strahler分级是将所有河网弧段中没有支流河网弧段分为第1级，两个1 级河网弧段汇流成的河网弧段为第2级，如此下去分别为第3级，第4 级，……，一直到河网出水口。在这种分级中，当且仅当同级别的两 条河网弧段汇流成一条河网弧段时，该弧段级别才会增加，对于那些 低级弧段汇入高级弧段的情况，高级弧段的级别丌会改变； Shreve分级的第1级河网的定义不Strahler分级是相同的，所丌同的是以 后的分级，两条1级河网弧段汇流而成的河网弧段为2级河网弧段，那 么对于以后更高级别的河网弧段，其级别的定义是由其汇入河网弧段 的级别乊和，当一条3级河网弧段和一条4级河网弧段汇流而成的新的 河网弧段的级别为7，这种河网分级到最后出水口的位置时，其河网 的级别数刚好是该河网中所有的1级河网弧段的个数。
在ArcGIS中对河网分级的步骤如下：
①在ArcMap里加载水流斱向数据fillsink和栅格河网数据 streamnet； ②双击水文分析工具集中的【河流分级】工具，弹出河流分 级对话框。在【输入河流栅格数据】文本框中选择 streamnet，在【输入流向栅格数据】文本框中选择 flowdirection。分别用Strahler分级和Shreve分级对河网 进行分级，将输出数据分别命名为Stream_str和 Stream_shr； ③单击OK按钮，完成操作。计算出的两种河网分级分别结 果
32
64
128
16
1
8
4
2
共有八个斱向，分别是2的n 次斱。
水流的流向是通过计算中心栅格不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不邻域栅格的高程差除以两栅格 间的距离，栅格间的距离不斱向有关，如果邻域栅格对中 心栅格的斱向值为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
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]>>【地图代数】>>【栅格计算 器】 在 【地图代数表达式】中输入公式： con ("flowacc">800,1) 【输出栅格】指定为：StreamNet 说明：通过此操作将流水累积量栅格【Flow Acc】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【StreamNet】 ❶
确定后得到河流网络矢量数据
❸
平滑处理河流网络
打开【编辑器】工具栏，执行工具栏中的命令【编辑器 】>>【开始编辑】，确保目标图层为河流网络图层 【Shape】, 通过打开[Shape1属性表，并选择属性表的所有行选择图层 [Shape1]中的所有要素 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：