GIS空间分析与建模水文分析

第十一章水文分析主要内容?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简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DEM生成?水流方向计算?洼地的计算?洼地填充无洼地DEM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DEM生成?水流方向计算步骤?启动ArcToolbox，展开AnalysisTools工具箱，打开hydrology工具集?双击FlowDirection工具，水流方向（FlowDirection）计算对话框图11.4水流方向计算对话框无洼地DEM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DEM生成?洼地的计算步骤?启动ArcToolbox，展开AnalysisTools工具箱，打开hydrology工具集?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DEM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DEM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。?洼地深度的计算?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DEM生成?洼地深度的计算?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。?洼地区域最低高程计算双击spatialanalysistools工具箱中zonal工具集下的zonalstatistic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DEM生成?洼地深度的计算?洼地区域最低出水口计算双击spatialanalysistools工具箱中zonal工具集下的zonalfill工具，弹出zonalfill对话框。?洼地深度计算加载SpatialAnalyst模块，点击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，选择rastercalculator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DEM生成?计算出的洼地深度图11.14洼地深度分布图无洼地DEM生成?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洼地的填充汇流累积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积量汇流累积量的计算双击hydrology工具集中的的fillaccumulation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长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长度?水流长度的计算双击hydrology工具集中的的flowlength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?河网的生成利用mapalgebra工具集中的multimapoutput工具中的con工具或者setnull工具进行计算。注意：?阈值的设定应遵循科学、合理的原则；?阈值的设定应以研究区域的实际地形和实际地貌为依据；?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?栅格河网矢量化双击hydrology工具集中的的streamtofeature工具，打开栅格河网矢量化对话框hydrology工具集中的的streamtofeature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?streamlink的生成Streamlink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streamlink工具，弹出如图所示的streamlink计算的对话框。弧段结点图11.26Streamlink示意图图11.27Streamlink生成操作河网的提取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：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?河网分级的生成双击hydrology工具集中的streamorder工具，弹出streamorder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?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snappourpoint的工具寻找。注意：Pourpointdata应是已有的研究区域流域的出水点数据；如果没有，可以用streamlink数据图11.34汇水区出水口的确定流域的分割?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