基于DEM的ArcGIS水文分析—河网和流域的提取.doc

基于DEM的ArcGIS水文分析—河网和流域的提取一、实验背景水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。而利用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与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。二、实验目的通过本实验使读者理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤并利用DEM数据提取出河网及流域。三、实验数据某地区栅格数据DEM数据来源于随书光盘（…\Chp9\Ex2）。四、实验要求根据DEM利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、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。五、实验流程图六、实验内容及步骤1．无洼地DEM生成DEM是比较光滑的地形表面模型但由于DEM误差以及一些真实地形或特殊地形的影响使得DEM表面存在一些凹陷的区域。在进行水流方向计算时由于这些区域的存在往往得到不合理的甚至错误的水流方向。因此在进行水流方向的计算之前应该首先对原始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方向数据计算出DEM数据中的洼地区域并计算洼地深度然后依据这些洼地深度设定填充阈值进行洼地填充。1．1水流方向的提取水流的流向是通过计算中心格网与邻域格网的最大距离权落差来确定。对于每一格网的水流方向指水流离开此网格的指向。在ARCGIS中通过对中心栅格的1、2、4、8、16、32、64、128等8个邻域栅格编码中心栅格的水流方向便可有其中的某一值来确定。例如若中心栅格的水流流向左边则水流方向赋值16。流向的生成是个自动的过程可能要等一段自时间运算的时间跟电脑性能和DEM图的精度与大小有关.。方法是利用ArcToolbox\SpatialAnalysisTools\Hydrology\FlowDirection生成方向水流流向图：若从DEM中作出来的流向分析的最大数值为128则不需要填洼否则需要填挖。计算出来的水流分析1．2洼地计算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并进行填充。但是并非所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的有很多洼地是地表形态的真实反映。因此在进行洼地填充之前必须计算洼地深度判断哪些地区是由于数据误差造成的而哪些地区又是真实的地表形态。然后在洼地填充时设置合理的填充阈值。基本过程先分别双击Hydrology工具集中的Sink、Watershed工具计算出洼地区域图、洼地贡献区域图打开SpatialAnalystTools工具箱中的Zonal工具集分别利用ZonalStatistic、ZonalFill工具分别计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程及计算每个洼地贡献区域出口的最低高程然后在ARCMAP中加载SpatialAnalyst模块选择RasterCalculator对话框通过命令sinkdep=（[zonalmax]-[zonalmin]）计算出洼地深度图。计算出来的洼地区域计算出来的洼地贡献区域洼地深度图1．3洼地填充经过洼地提取后可以确定原始DEM上是否存在洼地若有洼地须进行填充。而洼地深度的计算为填充阈值的设置提供了依据系统默认条件下是不设阈值即所有的洼地区域都将被填平。对照地形资料确定填充域值。没有岩溶问题的话直接用（洼地深度的最大值＋1）作为域值（zlimit）。洼地填充是一个不断反复的过程直到所有的洼地被填平新的洼地不在产生为止。方法是利用ArcToolbox\SpatialAnalysisTools\Hydrology\Fill工具对洼地是深度图进行处理得到洼地填充图：洼地填充图2．汇流累积量计算在地表径流模拟过程中汇流累积量是基于水流方向数据计算得到的。首先基于无洼地DEM生成水流方向图利用该数据双击Hydrology工具集中的FlowAccumulation工具计算出汇流累积量数据如图所示：通过计算得到的汇流累积量数据3．水流长度计算水流长度指地面上一点沿水流方向到流向起点（或终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。它分为顺流计算及溯流计算两种可通过双击Hydrology工具集中的FlowLength工具实现其中计算方向分别选择顺流计算Downstream或溯流计算Upstream。水流长度的提取和分析在水文学或水土保持工作中均具有很重要意义因为水流长度直接影响地面径流的速度进而影响地面土壤的侵蚀力。顺流计算出的水流长度溯流计算的水流长度4．河网的提取目前常用的河网提取方法是采用地表径流漫流模型计算：首先是在