ArcGIS ArcHydro水文分析.ppt

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1、UC 2007 Tech Sessions,1,ArcGIS ArcHydro水文分析,ESRI中国（北京）有限公司,UC 2007 Tech Sessions,2,内容概要,水文分析的目的和内容DEM数据模型Arc Hydro数据模型水文分析的流程Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形预分析)Arc Hydro Network Processing(网络分析)Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析)Arc Hydro 的几个统计工具Q&A提问,UC 2007 Tech Sessions,3,水文分析是DEM数据应用的一个重要方

2、面。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。表面水文分析模型应用于研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况,水文分析所要解决的问题,UC 2007 Tech Sessions,4,水文分析的内容,基于DEM的地表水文分析的主要内容是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。通过对这些基本水文因子的提取和基本水文分析，可以在DEM表面之上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。,DEM,FLOW DIRECTION,SINK,FILL,FLOWLENGTH

3、,FLOW ACCUMULATION,WATERSHED,SNAP POUR,DepressionlessDEM,Are there any sinks?,No,Yes,STREAM LINE,STREAM ORDER,STREAM LINK,Apply Threshold,UC 2007 Tech Sessions,5,内容概要,水文分析的目的和内容DEM数据模型Arc Hydro数据模型水文分析的流程Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形预分析)Arc Hydro Network Processing(网络分析)Arc Hydro Watershed Proc

4、essing(集水区域分析)Arc Hydro 的几个统计工具Q&A提问,UC 2007 Tech Sessions,6,地形数据,类型DEM:数字高程模型DSM:数字表面模型数据结构栅格数据TIN三角网格数据,UC 2007 Tech Sessions,7,DEM数据建立的影响细则分辨率和空间范围投影坐标栅格数据的配准采样点插值技术(IDW,spline,via TIN)TopoToRaster插值方法用于等值线数据,DEM数据的建立,UC 2007 Tech Sessions,8,内容概要,水文分析的目的和内容DEM数据模型Arc Hydro数据模型水文分析的流程Arc Hydro Ter

5、rain Preprocessing(地形预分析)Arc Hydro Network Processing(网络分析)Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析)Arc Hydro 的几个统计工具Q&A提问,UC 2007 Tech Sessions,9,ArcGIS Hydro数据模型,作为Geodatabase模型的一个扩展，专门用于水资源管理和研究时间持续3年多提供课本提供示例工具http:/www.crwr.utexas.edu/giswr,UC 2007 Tech Sessions,10,ArcGIS Hydro数据模型,是ArcGIS用于反映水资源的

6、地理空间和时态数据模型五大关键对象模型：集水区域、河流网络、水文主题图、河道描述和时间序列。,UC 2007 Tech Sessions,11,Hydrography,Network,Channel,Drainage,Flow,Time,Time Series,HydroFeatures,ArcGIS Hydro 数据模型,UC 2007 Tech Sessions,12,UC 2007 Tech Sessions,13,Arc Hydro工具集,包含一套用于构建ArcHydro Geodatabase数据模型和基本水资源管理分析的工具是水资源数据库和应用开发的起点,UC 2007 Tech

7、Sessions,14,内容概要,水文分析的目的和内容DEM数据模型Arc Hydro数据模型水文分析的流程Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形预分析)Arc Hydro Network Processing(网络分析)Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析)Arc Hydro 的几个统计工具Q&A提问,UC 2007 Tech Sessions,15,水文分析流程,DEM,FLOW DIRECTION,SINK,FILL,FLOWLENGTH,FLOW ACCUMULATION,WATERSHED,SNAP POUR,Dep

8、ressionlessDEM,Are there any sinks?,No,Yes,STREAM LINE,STREAM ORDER,STREAM LINK,Apply Threshold,UC 2007 Tech Sessions,16,洼地Sinks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那些地方是洼地，然后再对洼地进行填充。有一点必须清楚的是，并不是所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的，有很多洼地区域也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洼地而哪些地区又是真实的地表形态，然后在进行洼地填充的过程中，设置合理的

9、填充阈值。有些洼地是现实存在的美国的 Great Salt Lake河流是否在正确的地方？决定是否需要刻画地表burn集水区域的边界是否在正确的地方？决定是否需要建立围墙fence,经过水文修正的DEM数据,UC 2007 Tech Sessions,17,Arc Hydro Terrain Preprocessing,Level DEM填充湖泊区域，把Lake Polygon内的DEM设置为Fill Elevation字段的值。,UC 2007 Tech Sessions,18,Arc Hydro Terrain Preprocessing,DEM ReConditioning使用AGREE

10、方法在DEM上刻画河流Burn Stream Slope在DEM上刻画河流先使用Assing Stream Slope生成带斜率信息的河流Burn Walls在DEM上建立围墙Inner WallOuter WallBreach Line,UC 2007 Tech Sessions,19,DEM数据的错误 洼地和尖峰,洼地Sinks:整体填充选择性填充设置深度阀值设置面积阀值,UC 2007 Tech Sessions,20,Arc Hydro Terrain Preprocessing,Sink Prescreen洼地预扫描，减少后续步骤的工作量Sink Evaluation、Sink Se

11、lection洼地评估，找出Sink特征分辨出合理洼地和非合理洼地Fill Sink基于先前的工作，填充非合理的洼地,UC 2007 Tech Sessions,21,水流方向,高程数据,方向编码,水流方向,水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码，水流方向便可以其中的某一值来确定，栅格方向编码如右图,UC 2007 Tech Sessions,22,Arc Hydro Terrain Preprocessing,Flow Direction应用于没有洼地的DEM，计算水流流向Flow Direction with Sink应用于带有洼地的D

12、EM，计算水流流向Adjust Flow Direction with Lake修改湖泊内的水流流向最近的河流,UC 2007 Tech Sessions,23,汇流积聚量,方向编码,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而来的。对每一个栅格来说，其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，汇流累积的数值越大，该区域越易形成地表径流。,UC 2007 Tech Sessions,24,Arc Hydro Terrain Preprocessing,Flow Accumulation计算汇流积聚量网格Weighted Flow Accumulation

13、计算加权汇流积聚量网格,UC 2007 Tech Sessions,25,创建矢量化河流,StreamToFeature,RasterToFeature,UC 2007 Tech Sessions,26,河流分段,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。为每一段河流分配一个独立的ID号这些出水口点的确定可为集水区域的进一步划分做准备,UC 2007 Tech Sessions,27,河流分级,Strahler,Shreve,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。在地貌学中，对河流的分级是根据河流的流量、形态等因素进行河流的分级。而基

14、于DEM提取的河网的分支具有一定的水文意义。,UC 2007 Tech Sessions,28,Arc Hydro Terrain Preprocessing,Stream Definition基于汇流积聚量，设置阀值，河流的定义Stream Segmentation河流分段Drainge Line Processing河流矢量化,UC 2007 Tech Sessions,29,Arc Hydro Network ToolsArc Hydro Attribute Tools,Hydro Network Generation生成河流网络数据集Node/Link Schema Generatio

15、n生成水文结点树叉图可以先用Store Area Outlet来设置集水流域的JunctionIDSet Flow Direction/Store Flow Direction设置和保存河流网络的流向Generate From/To Node for lines设置河流网络的连接线的起点和终点IDFind Next DownStream Line/Find Next DownStream Junction/Calculate Length Downstream for Edge/Calcluate Length Downstream for Junction计算河流网络的连接线和结点的Next

16、DownID和LengthDown属性,UC 2007 Tech Sessions,30,集水区域的定义,集水区域又称流域，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。出水口（或点）即流域内水流的出口，是整个流域的最低处。流域间的分界线即为分水岭。,UC 2007 Tech Sessions,31,Arc Hydro Terrain Preprocessing,Catchment Grid Delineation集水流域划分Catchment Polygon Processing集水流域矢量化Ajoint Catchment Processing生成相连接的集

17、水流域，即集水盆地BasinDrainage Point Processing生成集水流域的出水口,UC 2007 Tech Sessions,32,集水区域划分,流域的分割首先是要确定小级别的流域的出水口的位置。因为stream link数据中隐含着河网中每一条河网弧段的联结信息，包括弧段的起点和终点等，相对而言，弧段的终点就是该汇水区域的出水口所在位置，所以可以根据分段的河流对水流贡献区进行划分,UC 2007 Tech Sessions,33,出水口的确定,当点选计算水流贡献区域时，在指定的领域范围将点选的位置捕捉到该小领域内水流积聚量最大的地理位置上，相当于捕捉到河流线上。能避免生成小

18、的水流贡献区,UC 2007 Tech Sessions,34,Arc Hydro Watershed Processing,Batch Watershed Delineation批量进行集水区域的划分集水区域可能会重叠Batch Subwatershed Delineation批量进行次一级的集水区域划分集水区域不重叠Batch Watershed Delineation for Polygon批量根据多边形进行集水区域的划分Delineate from Multiple Outlets and Inlets根据进水口和出水口划分集水区域,UC 2007 Tech Sessions,35,水

19、流长度,计算地表上任何一点到所在集水区域的入水口或出水口的最长水流投影距离。包括计算上游 upstream 和下游downstream 水流长度。,UC 2007 Tech Sessions,36,Arc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Watershed Processing,Longest Flow Path for Catchments集水流域内的最长水流路径Longest Flow Path for Ajoint Catchments相连集水流域内（流域盆地）的最长水流路径Longest Flow Path用于计算集水区域内的最长水流路径Lon

20、gest Flow Path for Watershed/Longest Flow Path for Subwatershed基于先前处理结果，计算集水区域内的最长水流路径（参数较详细）Longest Flow Path Parameters通过2D或3D多边线计算水流路径的参数可以先用Construct 3D Line和Smooth 3D Line构造3D多边线,UC 2007 Tech Sessions,37,GIS统计Arc Hydro Attribute ToolsArc Hydro Terrain Morphology,Consolidate Attributes基于对象之间的联系关系，统计属性如用于统计每个出水口对应的集水流域的面积Accumulate Attributes基于河流网络，统计上游对象属性如用于统计每个出水口的上游集水流域累计面积。Compute Local Parameters用于统计每个集水流域的降水量、平均高程值等。Drainage Area Characterization提取集水流域面积、体积特征Drainage Boundary Characterization提取集水流域边界宽度、周长、面积特征,UC 2007 Tech Sessions,38,Q&A提问,