ArcGIS水文分析


 參考:手把手教你用ArcMap做水文學分析(盆域及表面徑流):https://www.bilibili.com/video/BV16K4y1U7Vg

參考2:李遠祥-ArcGIS水文分析系列博客:https://blog.csdn.net/liyuanxiang1984/category_9274667.html

參考3:ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程(第2版)

參考4: Arc Hydro: GIS for Water Resources.David R. Maidment.University of Texas at Austin.2002-12-17

 

水文分析是DEM數字地形分析的一個重要方面。基於DEM地表水文分析的主要內容是利用水文分析工具提取水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網絡、河網分級,以及流域分割等。

What is Arc Hydro?

An data infrastructure for storing and integrating hydro data within ArcGIS A set of hydro objects built on top of ArcObjects A set of standardized attributes A vocabulary for describing data (glossary) A toolset for implementing the data model

用於在ArcGIS中存儲和集成水文數據的數據基礎設施
-在ArcObjects之上構建的一組hydro Object
-一組標准化屬性
-描述數據的詞匯表(詞匯表)
-一組實現數據模型的工具集

 

本章主要介紹ArcGIS水文分析模塊的應用。ArcGIS 將水文分析中的地表水流過程集合到ArcToolbox 里,如 圖11.1所示,主要包括地表徑流模擬過程中的水流方向確定、窪地填平、水流累積矩陣生成、溝谷網絡生成,以及流域分割等。

11.1 無窪地DEM的生成

DEM是比較光滑的地形表面的模擬,但是由於DEM誤差及一些真實地形(如喀斯特地貌)的存在,使得.DEM表面存在着一些凹陷的區域。在進行水流方向計算時,由於這些區域的存在,往往得到不合理的甚至錯誤的水流方向。因此,在進行水流方向的計算之前,應該首先對原始DEM數據進行窪地填充,得到無窪地的DEM。窪地填充的基本過程是先利用水流方向數據計算出DEM數據中的窪地區域,並計算其窪地深度,然后,依據這些窪地深度設定填充閾值進行窪地填充。

11.1.1 水流方向提取

對於每-一個格網,水流方向是指水流離開此格網時的指 向。在ArcGIS中,通過將中心柵格的8個鄰域柵格編碼(圖 11.2),中心柵格的水流方向便可由其中的某- -值來確定。例 如,若中心柵格的水流流向左邊,則其水流方向被賦值為 16。方向值以2的冪值指定是因為存在格網水流方向不能確 定的情況,此時需將數個方向值相加,這樣在后續處理中從 相加結果便可以確定相加時中心格網的鄰域格網情況。

    圖11.2 水流流向編碼

ArcGIS中,水流方向采用D8算法,即通過計算中心柵格與鄰域柵格的最大距離 權落差來確定。距離權落差是指中心柵格與鄰域柵格的高程差除以兩柵格間的距離,柵 格間的距離與方向有關,如果柵格的方向值為2、8、32、128, 則柵格間的距離為V2倍 的柵格大小,否則距離為1。

ArcToolbox->Hydrology->Flow

11.1.2 水流窪地計算

窪地區域是水流方向不合理的地方,可以通過水流方向來判斷哪些地方是窪地,然后對窪地填充。但是,並不是所有的窪地區域都是由於數據的誤差造成的,有很多窪地是地表形態的真實反映。因此,在進行窪地填充之前,必須計算窪地深度,判斷哪些地區是由於數據誤差造成的窪地而哪些地區又是真實的地表形態,然后在窪地填充的過程中,設置合理的填充閾值。

ArcToolbox->Hydrology->Sink

得到窪地數據。

接下來,計算分水嶺。

ArcToolbox->Hydrology->watershed

經過以,上五步的運算,就可到所有窪地貢獻區域的窪地深度,如圖11. 12所示。通 過對研究區地形的分析,可以確定出哪些窪地區域是由數據誤差而產生,哪些窪地區域 又是真實的反映地表形態,從而根據窪地深度來設置合理的填充閾值。

11.1.3 無窪地填充

窪地填充是無窪地DEM生成的最后一個步驟。通過窪地提取之后,可以了解原始的DEM上是否存在着窪地,如果沒有窪地存在,原始DEM數據就可以直接用來進行河網生成、流域分割等。而窪地深度的計算又為在填充窪地時設置填充閾值提供了很好的參考。

11.2 匯流累積量

 


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