GIS空间分析与建模第11章水文分析.ppt

GISGIS空间分析与建模空间分析与建模- -第第1111章章- -水文分析水文分析主要内容主要内容•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水文分析水文分析简介介 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11.1 水文流域示意图图11.2 水文分析体系图无洼地无洼地DEM生成生成•水流方向计算•洼地的计算•洼地填充无洼地无洼地DEM生成生成•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11.3 水流方向计算示意图无洼地无洼地DEM生成生成•水流方向计算步骤Ø启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集 Ø双击Flow Direction工具，水流方向（Flow Direction）计算对话框 图11.4 水流方向计算对话框无洼地无洼地DEM生成生成•洼地的计算 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11.5 洼地在断面图上的显示无洼地无洼地DEM生成生成•洼地的计算步骤Ø启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集 Ø双击hydrology工具集中的sink工具，弹出洼地计算对话框图11.6 洼地提取对话框图11.7 洼地提取结果无洼地无洼地DEM生成生成•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。

填充前填充后图11.8 洼地填充示意图无洼地无洼地DEM生成生成•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Ø洼地深度的计算Ø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11.9 断面图上获得洼地深度无洼地无洼地DEM生成生成•洼地深度的计算Ø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 Ø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 图11.10 洼地区域计算图11.11 洼地区域最低高程计算无洼地无洼地DEM生成生成•洼地深度的计算Ø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 Ø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raster calculator 工具图11.12 洼地区域最低出水口计算图11.13 洼地深度计算无洼地无洼地DEM生成生成•计算出的洼地深度图11.14 洼地深度分布图无洼地无洼地DEM生成生成Ø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图11.15 洼地的填充汇流累流累积量量 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11.16 汇流累积量的示意图汇流累流累积量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11.17 汇流累积量的计算图11.18 汇流累积量的结果图水流水流长度度 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11.19 水流长度分布图水流水流长度度•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 downstream方向上的水流长度upstream方向上的水流长度图11.20 水流长度的计算图11.21 两个不同的水流长度的示意图河网的提取河网的提取 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11.22 河网的三维立体显示图河网的提取河网的提取•河网的生成 利用map algebra工具集中的multi map output工具中的con工具或者setnull工具进行计算注意：Ø阈值的设定应遵循科学、合理的原则；Ø阈值的设定应以研究区域的实际地形和实际地貌为依据；Ø阈值的设定应以研究对象的空间尺度为依据图11.23 河网的生成河网的提取河网的提取•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、更合理图11.24 栅格河网矢量化操作图11.25 得到的矢量化的河网图河网的提取河网的提取•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 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。

弧段结点图11.26 Stream link示意图图11.27 Stream link生成操作河网的提取河网的提取河网分级河网分级 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：河网分级方法：Strahler分级Shreve分级图11.28 两种不同的河网分级方法河网的提取河网的提取•河网分级的生成河网分级的生成 双击hydrology工具集中的stream order工具，弹出stream order计算的对话框 Strahler分级结果Shreve分级结果图11.30 两个分级的结果对比图11.29 河网分级操作流域的分割流域的分割•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11.31 流域示意图流域的分割流域的分割•流域盆地的确定流域盆地的确定 流域盆地是由分水岭分割而成的汇水区域 双击hydrology工具集中的basin工具，打开流域盆地计算的对话框注意： 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11.32 流域盆地的生成图11.33 得到的流域盆地结果图流域的分割流域的分割•汇水区出水口的确定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 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11.34 汇水区出水口的确定流域的分割流域的分割•集水流域的生成集水流域的生成 图11.35 集水区域的计算结果利用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结束结束 。