第14章-水文分析

ArcGIS10地理信息系统教程——教学PPT牟乃夏 Email： 微博：://weibo/u/1862242647 新浪博客： QQ：153807203 京东：2第14章水文分析本章主要内容1、水文分析简介2、水文分析操作内容

①流向分析 ②计算水流长度 ③汇流分析 ④河网分析 ⑤流域分析3、ArcHydroTools简介4、基于ArcHydroTools的水文分析实例3水文分析简介水文分析通过建立地表水文模型，研究与地表水流相关的各种自然现象，在城市和区域规划、农业及森林、交通道路等许多领域具有广泛的应用。ArcGIS水文分析工具旨在建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生、流向何处，再现水流的流动过程。4流向分析●流向计算方法流向判定大都建立在3X3的DEM格网根底上，有单流向法和多流向法之分。ArcGIS10的流向工具是用单流向法中的“D8〞方法。“D8〞方法是假定单个栅格中的水流只能流入与之相邻的8个栅格中，在3X3的DEM栅格上，计算中心栅格与各相邻栅格的距离权落差，取距离权落差最大的栅格为中心栅格的流出栅格，该方向即为中心栅格的流向。

流向分析原理水流流向编码5流向分析●原始DEM流向分析步骤:☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点击流向按钮，弹出流向对话框。☞加载相关数据，点击确定。【流向】对话框流向计算结果6流向分析●洼地判定一般在计算汇流累积量之前，要先对流向栅格进行洼地判断。因为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，然后再对洼地进行填充。利用水文分析工具中的【汇】工具来识别汇。汇的泡面图如下：填洼前后的汇泡面图洼地判定及填洼操作：☞提取洼地☞计算洼地奉献区域。☞计算洼地区域的最低高程☞计算洼地区域的最高高程☞计算洼地深度7流向分析●无洼地DEM流向分析DEM洼地被填充后即对无洼地DEM进行流向分析。具体步操作骤如下：☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点击流向按钮，弹出流向对话框。☞加载相关数据，点击确定。填洼后无洼地DEM示意图无洼地DEM流向计算结果8计算水流长度水流长度是指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。计算水流长度的具体操作步骤如下：☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点击水流长度按钮，弹出水流长度对话框。☞加载相关数据，点击确定。〔对测量方向不同的选择，结果是不同的〕【水流长度】对话框DOWNSTREAM计算水流长度结果UPSTREAM计算水流长度结果9汇流分析汇流分析的主要目的是确定水流的路径。汇流分析的根本思想是以规那么格网表示的DEM每点处有一个单位的水量，按照自然水流从高处流向低处的规律，根据区域的流向栅格计算每点所流过的水量值，便得到了区域的汇流栅格〔汇流累积量〕。汇流分析的具体操作步骤如下：汇流分析的具体操作步骤如下：☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点流量按钮，弹出流量对话框。☞加载相关数据，点击确定。【流量】对话框流量计算结果10河网分析●生成河网河网即河流网络，常用的河网提取方法是采用地表径流漫流模型计算。河网的生成是基于汇流累计矩阵的，可以利用ArcToolbox中的SpatialAnalyst工具进行河网提取。在提取过程中一定要注意阈值的设定，不同的阈值直接影响到提取的结果，阈值的设定一定要遵循科学、合理的原那么。提取河网后，要对栅格河网进行矢量化。河流网络提取结果栅格河网矢量化11河网分析●平滑河网1〕伪沟谷的删除，由于基于DEM的河网提取采用最大坡度法，在平地区域〔如谷底等〕的水流方向是随机的，易生成平行状的河流等错误形状〔伪沟谷〕。就需要手工进行删除，另外研究区域边缘很短的沟谷也需要删除。2〕平滑处理河流网络，操作流程如下： 加载编辑器工具条。 启动编辑器开始编辑。 在工具条中加载高级编辑工具条。 在高级编辑工具条中单击平滑按钮，输入允许最大偏移参数，点击确定。河流平滑结果12河流分析●生成河流连接河流连接计算是在水流方向数据和栅格河网数据根底上进行的，具体操作如下：☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点击河流连接，弹出河流连接对话框。☞加载相关数据，点击确定。☞查看河流连接的属性表。河流连接对话框河流连接属性表13河网分级●河网分级河网分级是一种将级别数分配给河流网络中的连接线的方法，此级别是一种根据支流数对河流类型进行识别和分类的方法。仅需知道河流的级别，即可推断出河流的某些特征。河网分级方法分为Strahler法和Shreve法，这两种方法始终将1级分配给上游河段。两种河网分级方法14河网分级利用ArcMap对所提取的河网分别用Strahler和Shreve河网分级方法进行河网分级，结果如下：【河网分级】对话框Strahler分级结果Shreve分级结果15流域分析●盆域分析流域盆地是由分水岭分割而成的汇水区域，它通过分析水流方向数据确定所有相互连接并处于同一流域盆地的栅格。盆域分析的操作步骤如下：☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点击盆域分析，弹出盆域分析对话框。☞加载相关数据，点击确定。盆域分析对话框盆域分析运行结果16流域分析●生成分水岭经过上一步得到的流域盆地是一个比较大的流域盆地，在很多的水文分析中，还需要基于更小的流域单元进行分析，这就需要进行流域的分割。生成分水岭的操作步骤：☞启动ArcToolbox，展开SpatialAnalyst工具，选择水文分析，点击分水岭，弹出分水岭对话框。☞加载相关数据，倾泻点字段设置为VALUE，点击确定。【分水岭】对话框分水岭计算结果17ArcHydroTools简介ArcHydroTools是一种水文时空序列数据模型。它是一种面向对象的地理数据模型，它将要素、空间单元、水文联系等作为对象，表达流域系统的结构，组织不同对象的属性特征，实现最接近流域现实的表达，集成了流域要素状态的时间序列，是一个时空地理数据模型。利用ArcHydroTools进行水系提取的过程如下：首先对DEM预处理，包括平滑处理和填洼处理，填洼方法采用的是先填平后垫高的方法，流向计算用的是"D8"方法；然后算出栅格的上游集水面积，提取水系。ArcHydroTools根本工具条如以下图：ArcHydroTools工具条在水系提取时，常用到地形处理、流域处理和网络工具等工具。18基于ArcHydroTools的水文分析实例1、目的旨在熟练掌握利用ArcHydroTools进行水文分析的一般流程。通过操作比较ArcHydroTools与ArcGIS10水文分析工具的异同。2、数据数据来源于本书随书携带的光盘。3、任务1〕计算实验区DEM的水流方向、汇流累积量，定义水流，进行水流分割，划定集水多边形，处理集水多边形、排水路线、伴随集水区和排水点，并创立集水栅格。2〕根据任意给定的兴趣点进行流域和子流域的划分，并追踪水流路径。194、具体操作步骤1〕设置目标路径2〕地形预处理●DEM校正●填洼●计算流向●汇流累积量●定义水流●水流分割●流域栅格划定●集水多边形处理●排水路线处理●伴随集水处理●排水点处理3〕流域分析●批量流域划分●点划分●批量划分子流域●水流路径跟踪20DEM校正地形预处理【DEM校正】对话框AgreeDEM和原始DEM剖面图比较21填洼【填洼】对话框填洼结果22计算流向【流向】对话框流向计算结果属性表23汇流累积量【流量】对话框流量计算结果24定义水流【定义水流】对话框水流定义运行结果25水流分割【水流分割】对话框水流分割结果属性表26流域栅格划定【流域栅格划定】对话框流域栅格划定运行结果27集水多边形处理【集水多边形处理】对话框集水多边形处理运行结果28排水路线处理【排水路线处理】对话框排水路线处理运行结果29伴随集水处理【伴随集水处理】对话框伴随集水处理运行结果30排水点处理【排水点处理】