基于DEM的ArcGIS水文分析—河网和流域的提取

基于数字高程模型的ArcGIS水文分析-提取河流网络和流域首先，实验背景水文分析是数字高程模型数据应用的一个重要方面。由数字高程模型生成的流域和水流网络已成为大多数地面水文分析模型的主要输入数据。地表水文分析模型研究与地表水流相关的各种自然现象，如洪水位和洪水情况，划定污染源影响区域，预测某一区域地形变化对整个区域的影响。二。实验目的通过本次实验，读者可以了解基于DEM数据的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数据提取河网和流域。三。实验数据某一区域的栅格数据数字高程模型，数据来自附书光盘(Chp9Ex2)。四.实验要求根据数字高程模型，利用水文分析工具提取流向、汇流累积、流量长度、河网(包括河网分类等)。)并分割研究区域中的盆地。V.实验流程图六.实验内容和步骤1.无凹陷的数字高程模型生成数字高程模型是一种相对平滑的地形表面模型，但由于数字高程模型的误差以及一些真实地形或特殊地形的影响，数字高程模型表面存在一些凹陷区域。在计算流向时，由于这些区域的存在，经常会得到不合理甚至错误的流向。因此，在计算流向之前，原始数字高程模型数据应填充凹陷，以获得无凹陷迪姆。低洼地填筑的基本过程是利用水流方向数据计算DEM数据中的低洼地面积，计算低洼地的深度，然后根据低洼地的深度设置填筑阈值来填筑低洼地。1.1水流方向提取水流的流向通过计算中心网格和相邻网格之间的最大距离重量降来确定。对于每个网格水流方向是指水流离开这个网格的方向。在ARCGIS中，通过比较1、2、4、8、16，32、64、128和其他8个邻域网格代码，中心网格的流向可以由它们中的一个来确定。例如，如果水流从中心网格流向左侧，则流向被指定为16。流向的产生是一个自动过程，可能需要等待一段时间。计算时间与计算机性能和数字高程模型的精度和大小有关。方法是使用ARCTOOLBOX 空间分析工具水文学流向生成流向图：如果数字高程模型流向分析的最大值为128，则不需要填挖，否则需要填挖。计算流量分析1.2凹陷计算洼地是水流方向不合理的地方，可以通过水流方向来确定并进行充填。然而，并不是所有的凹陷都是由数据错误引起的，许多凹陷是表面形态的真实反映。因此，在填充凹陷之前，必须计算凹陷的深度，以确定哪些区域是由数据错误引起的，哪些区域是真实的表面形态。然后，在填充凹陷时，设置一个合理的填充阈值。在基本过程中，双击水文工具集中的汇和流域工具，分别计算洼地面积图和洼地贡献面积图，打开空间分析工具工具箱中的分区工具集。分别使用分区统计和分区填充工具计算每个凹陷形成的贡献区的最低高程和每个凹陷的贡献区出口的最低高程。然后在ARCMAP中加载空间分析模块，选择栅格计算器对话框，并通过命令sink dep=(地带性)-地带性计算凹陷深度图。计算的凹陷面积抑郁症的计算贡献面积凹陷深度图1.3凹陷填充在凹陷提取之后，可以确定原始数字高程模型上是否存在凹陷。如果有抑郁，就必须去填补。和凹陷深度的计算为填充阈值的设定提供了依据。默认情况下，系统不设置阈值，即所有的凹陷这个区域将被填满。根据地形数据，确定填充字段值。如果没有岩溶问题，直接使用(凹陷深度1的最大值)作为域值(z极限)。填充凹陷是一个连续和重复的过程，直到所有凹陷都被填充并且不会产生新的凹陷。方法是使用ARCTOOLBOX 空间分析工具水文学填充工具处理凹陷深度图，得到凹陷填充图；凹陷填充图2.收敛累加的计算在地表径流模拟过程中，基于流向数据计算累计汇流量。首先，基于没有抑郁数字高程模型用于生成流向图，双击水文工具集中的流量累积工具，计算流量累积数据，如图所示：通过计算汇流数据的累积量3.水流长度的计算水流长度是指从地面上沿水流方向的一点到水平面上水流方向的起点(或终点)的最大地面距离的投影长度。它可以分为两种类型：下游计算和上游计算。您可以在“水文”工具集中双击“流量”。实施长度工具，其中计算方向分别为下游计算或上游计算。水流长度的提取和分析在水文或水土保持工作中具有重要意义，因为水流长度直接影响地表径流的速度，进而影响地表土壤的侵蚀性。下游计算的电流长度由回流计算的流动长度4.河网提取目前常用的河网提取方法是利用地表径流溢出模型进行计算：首先，在无洼地的DEM上，利用最大梯度法获得每个网格的流向；然后利用水流方向网格数据计算出水流方向上每个网格的累计网格数，即收敛累计量，得到的收敛累计量表示网格位置有多少网格在水流方向上流经网格；假设每个网格都有一部分水流，那么网格的累计汇流量就代表了该网格的水流。基于上述思想，当汇水流量达到一定值时，将产生地表水流量，那么汇水流量大于该临界值的所有网格都是潜在的水流路径，由这些水流路径形成的网络就是河网。4.1河网的生成河网的生成基于汇流累积数据，汇流累积数据可以通过使用地图代数工具集中的多地图输出工具中的条件查询命令或设置空值，或者通过网格计算器获得。Setnull，将满足网格图像中条件的网格值设置为null，即nodata，这对于删除网格图像中不必要的部分非常方便。其对应的网格模块命令是setnull，格式为：outgrid=setnull 5，ingrid，这意味着如果ingrid5，它将成为nodata，否则，它将返回原始值。图标表示状况。如果条件满足，它将返回到指定的值1，否则它将返回到指定的值2。网格命令：Outgrid=con ingrid 5，10，100，表示如果ingrid值为5，则相应的网格值变为10，如果不是，则变为100。如果未指定100，它将作为nodata返回。这里可以指定多个条件。计算生成的网格河网4.2栅格河网的矢量化使用arctoolbox spatial analyst tools hydrology stream to功能工具箱处理栅格河网，如图所示：矢量河网平滑河网：使用编辑器工具条编辑矢量河网，单击编辑器下拉菜单，单击启动编辑器激活编辑工具条，在下拉菜单中选择更多编辑工具高级编辑，然后选择整个地图。单击弹出的“高级编辑”工具栏中的“平滑”按钮，并在弹出的“平滑”对话框中的“最大允许偏移量列中输入值“3”，表示最大允许偏移量为3。从而获得一个平坦的河网。该方法平滑后的河网偏移较大，可能会造成人为误差。也可以使用数据管理工具工具箱下的数据管理工具常规平滑线工具箱来平滑河网。这种方法的偏移量很小。4.3细流的生成标准时间弧形截面将两个节点连接为出水点或交汇点。可通过双击液压工具集中的流链接工具来生成流链接。属性表记录每个线段中包含的网格数。如图所示：流链接示意图4.4河网分类不同等级的河网代表不同的汇流堆积。等级越高，汇流的积累越大，汇流一般是主流，而等级较低的河网一般是支流。在ARCGIS水文分析中，双击水文工具集的河流顺序工具，提供两种常用的河网分类方法：斯特拉勒分类和什里夫分类。如图所示：河网斯特拉勒分类结果河网分类结果5.分水岭分割流域，也称为集水区，是指由水和其他物质从一个公共出口流过而形成的集中排水区。盆地可以用盆地和集水盆地来描述。5.1盆地的确定流域是由流域划分的集水区，可用于确定同一流域内相互连接的网格区域。双击水文工具集中的流域工具来计算流域地图：计算出的流域(线形图是矢量河网数据)5.2涝渍盆地的确定除了流域描述，在水文分析中，分析通常基于较小的流域单位。首先，水文工具集中的“捕捉倾点”工具用于查找小型流域的出水口位置。然后，结合流向，双击“水文”工具集中的“流域”工具，分析并搜索