1、ArcGIS ArcHydro水文分析1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 2019 Tech Sessions2水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。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
2、象如洪水水位及泛滥情况 UC 2019 Tech Sessions3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。UC 2019 Tech Sessions4FLOW DIRECTIONSINKFILLFLOWLENGTHFLOW ACCUMULATIONWATERSHEDSNAP POURAre there any sinks?NoYesSTREAM L
3、INESTREAM ORDERSTREAM LINKApply Threshold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 2019 Tech Sessions5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 2019 Tech Sessions
4、6DEM数据的建立DEM数据建立的影响细则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UC 2019 Tech Sessions7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 2019 Tech
5、Sessions8ArcGIS 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crwr.utexas.edu/giswrUC 2019 Tech Sessions9ArcGIS Hydro数据模型是ArcGIS用于反映水资源的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 2019 Tech Sessions10UC 2019 Tech Sessions11HydrographyNetworkChannelDrainageFlowTimeTime SeriesHydroFe
6、aturesUC 2019 Tech Sessions12Arc 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 2019 Tech Sessions13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
7、2019 Tech Sessions14水文分析流程UC 2019 Tech Sessions15FLOW DIRECTIONSINKFILLFLOWLENGTHFLOW ACCUMULATIONWATERSHEDSNAP POURAre there any sinks?NoYesSTREAM LINESTREAM ORDERSTREAM LINKApply Threshold经过水文修正的DEM数据洼地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
8、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fenceUC 2019 Tech Sessions16Arc Hydro Terrain PreprocessingLevel DEM填充湖泊区域，把Lake Polygon内的DEM设置为Fill Elevation字段的值。UC 2019 Tech Sessio
9、ns17Arc Hydro Terrain PreprocessingDEM ReConditioning使用AGREE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 LineUC 2019 Tech Sessions18DEM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 2019 Tech Sessions19SinkFilled sinkArc Hydro Terrain
10、 PreprocessingSink Prescreen洼地预扫描，减少后续步骤的工作量Sink Evaluation、Sink Selection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 2019 Tech Sessions20水流方向UC 2019 Tech Sessions2164 12811682432128 12822222244481121428448212111414441648787472676956714958506964535844553722383148246874615347342112161119124
11、649高程数据高程数据方向编码方向编码水流方向水流方向Arc Hydro Terrain PreprocessingFlow 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DEM，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 2019 Tech Sessions22汇流积聚量UC 2019 Tech Sessions2300010102000030705204001000204172435022064 12811682432方向编码方向编码在地表径流模拟过程中
12、，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。Arc Hydro Terrain PreprocessingFlow Accumulation计算汇流积聚量网格Weighted Flow Accumulation计算加权汇流积聚量网格UC 2019 Tech Sessions24创建矢量化河流UC 2019 Tech Sessions2511122222222Value=No DataNET_GRID河流分段Stream link是记录着河网中的一些节点之间的连接信
13、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 2019 Tech Sessions26河流分级UC 2019 Tech Sessions27StrahlerShreve31111111222224711111112233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。而基于DEM提取的河网的分支具有一定的水文意义。Arc Hydro Terrain PreprocessingStream Definition基于汇流积聚量，设置阀值，河流的定义Strea
14、m Segmentation河流分段Drainge Line Processing河流矢量化UC 2019 Tech Sessions28Arc Hydro Network ToolsArc Hydro Attribute ToolsHydro Network Generation生成河流网络数据集Node/Link Schema Generation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 fo
15、r 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NextDownID和LengthDown属性UC 2019 Tech Sessions29集水区域的定义UC 2019 Tech Sessions30Watershed(Basin,Catchment,Contributing area)Watershe
16、d Boundaries (Drainage Divides)Pour Points(Outlets)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Arc Hydro Terrain PreprocessingCatchment Grid Delineation集水流域划分Catchment Polygon Processing集水流域矢量化Ajoint Catchment Processing生成相连接的集水流域，即集水盆地BasinDrainage Point Processing生成集水流域的出水口UC 2019 Tech Sessions
17、31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 2019 Tech Sessions32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。能避免生成小的水流贡献区UC 2019 Tech Sessions33Snap distanceCell you clicked onThe cell that wil
18、l be selected(cell with highest flow accumulation)StreamArc Hydro Watershed ProcessingBatch 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 2
19、019 Tech Sessions34水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 2019 Tech Sessions35Arc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Watershed ProcessingLongest 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
20、集水区域内的最长水流路径Longest 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 2019 Tech Sessions36GIS统计Arc Hydro Attribute ToolsArc Hydro Terrain MorphologyConsolidate 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 2019 Tech Sessions37Q&A提问UC 2019 Tech Sessions38
