2022年GIS水文分析 .pdf

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1、实验（五）水文分析1.实验目的通过 Arctoolbox：水文分析工具位于 Spatial Analyst ToolsHydrology 之下。2.实验数据DEM2.实验步骤打开 ArcMap，并打开dem数据。如图所示1.无洼地 DEM 生成（1）流向分析方法：在ArcMap 中用左键单击 ArcToolbox 图标，启动 ArcToolbox。打开水文分析模块。启动ArcToolbox，展开 Spatial Analyst Tools工具箱，打开hydrology工具集。双击 Flow Direction 工具，打开水流方向（Flow Direction）计算对话框。Input surfa

2、ce data文本框中选择输入数据dem。Output flow direction raster 文本框中命名计算出来的水流方向文件名为flowdir，并选择保存路径。在Force all edge cells to flow outward(Optional)前的复选框前打钩，所有在 DEM数据边缘的栅格的水流方向全部是流出DEM数据区域。默认为不选择。这一步为可选步骤。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 19 页 -2.洼地计算 洼地计算双击 hydrology工具集中的 Sink工具，弹出洼地计算对话框.在Input surface raster 文本框中，选

3、择水流方向数据flowdir。在Output surface raster 文本框中，选择存放的路径以及重新命名输出文件为sink。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 19 页 -单击 OK计算出洼地提取结果。洼地深度计算双击 hydrology工具集中的 watershed 工具，弹出流域计算对话框，用来计算洼地的贡献区域。在Input flow direction raster 文本框中选择水流方向数据flowdir，在Input raster or feature pour point文本框中输入洼地数据sink，在 pour point field 文本框中选

4、择 value。在Output raster文本框中设置输出数据的名称为watershsink。单击 OK，进行洼地贡献区域的计算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 19 页 -2）计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程。双击spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的 zonal statistic工具，弹出分区统计对话框。在Input raster or feature zonal data 文本框中，选择洼地贡献区域数据watershsink；在Input value raster文本框中输入希望进行统计分析的数据层，现在需要统计洼

5、地贡献区域的最低高程，选dem作为 value raster。在Output raster文本框中将输出数据文件命名为zonalmin，存放路径保持不变。统计类型选择。在统计类型选择的下拉菜单中有软件所提供的一些统计类型：分别是在分带区域中统计的每一个分带的平均值（mean）、最大值（maximum）、最小值（minimum）、分带中的属性值的变化值（rang）、标准差（std）以及总和（sum）。这里选择最小值作为统计类型。以上设置完毕之后，单击OK，完成计算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 19 页 -3）计算每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程。双

6、击spatial analysis tools工具箱中 zonal工具集下的 zonal fill 工具，弹出分区统计对话框。在Input zone raster文本框中选择 watershsink，在Input weight raster 文本框中选择 dem，在Output raster文本框中将输出数据文件名改为zonalmax，然后单击 OK，进行运算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 19 页 -4）计算洼地深度。加载 Spatial Analys Toolst模块，点击 MapAlgebra模块的下拉箭头，点击 raster calculator菜单工具

7、，在文本框里面输入sinkdep=(zonalmax-zonalmin)，然后点击 evaluate进行计算。如图所示名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 19 页 -5)洼地填充双击 hydrology工具集中的 fill 工具，弹出洼地填充对话框。在Input surface raster 文本框中，选择需要进行填洼的原始数据DEM数据。在Output surface raster 文本框中设置输出文件名为filldem。Z limit 填充阈值，当设置一个数值之后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也

8、就是所有的洼地区域都将被填平。单击OK。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 19 页 -计算流水累积量（1）基于无洼地 DEM 的水流方向的计算计算过程同上一节水流方向的计算一样，使用的DEM 数据是无洼地DEM。将生成的水流方向文件命名为fdirfill。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 19 页 -（2）汇流累积量的计算在得到水流方向之后，可以利用水流方向数据来计算汇流累积量。双击 hydrology工具集中的的 fill accumulation 工具，打开汇流累积量计算对话框。在Input flow direction raster

9、 文本框中，选择由无洼地DEM 生成的水流方向栅格数据 fdirfill。在Output accumulation raster文本框中，将数据文件名修改为flowacc。在Input weight raster 文本框中输入配权数据，如果无数据，系统默认为所有的栅格配以相同的权值1，那么计算出来的汇流累积量的数值就代表着该栅格位置流入的栅格数的多少。点击 OK，完成计算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 19 页 -3.水流长度提取（1）双击 hydrology 工具集中的 flow length工具，弹出水流长度的计算对话框，用来计算水流长度的大小。（2）在 I

10、nput flow direction raster 文本框中选择基于无洼地DEM 提取出的水流方向数据 fdirfill。（3）在 Output raster文本框中选择并命名输出的水流长度栅格数据文件名称。分别进行顺流计算和朔流计算，输出的数据文件命名为Flowlendown和Flowlenup。（4）计算方向提供了两种选择，分别为Downstream（顺流计算）和 Upstream（朔流名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 19 页 -计算）。（5）输入计算配权栅格数据。那么对于flow length来说，Downstream记录着其沿着水流方向到下游流域出水口

11、中最长距离所流经的栅格数；Upstream则记录着其沿着水流方向到上游栅格的最长的距离的栅格数。（6）当设置完成后，点击OK 完成。顺流方向名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 19 页 -逆流方向4.提取河流网络（1）提取河流网络栅格河网的生成是基于汇流累积矩阵数据flowacc作为基础数据。设定阈值，比如 5000 栅格形式的河网的形成利用 ArcMap 中的Spatial Analysis Tools分析模块中 MapAlgebra下的Raster Calculator来计算出所有大于设定阈值的栅格Con(flowacc 5000,1,0)，这些栅格就是河网的潜

12、在位置。将计算出来的栅格河网命名为streamnet 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 19 页 -栅格河网矢量化。在hydrology工具集中提供了将上一步生成的栅格河网(重新分类)进行矢量化的工具 stream to feature，通过stream to feature就可以得到矢量形式的河网图。在Input stream raster 文本框中，选择 streamnet；在Input flow direction raster 文本框中，输入由无洼地计算出来的水流方向数据fdirfill；在 Output polyline features 文本框中将输出

13、的数据命名为streamfeature。生成的矢量数据。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 19 页 -（2）流域出水点 stream link的生成Stream link基于水流方向数据和栅格河网数据计算，首先在 ArcMap里将水流方向数据fdirfill 和栅格河网数据 streamnet 打开。双击 hydrology工具集中的 stream link工具，弹出 stream link计算的对话框。在Input stream raster 文本框中选择 streamnet，在Input flow direction raster 文本框中选择fdirfill

14、。在 Output raster文本框中将输出数据名称设为StreamLink。点击 OK进行运算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 19 页 -（3）河网分级双击 hydrology工具集中的 stream order工具，弹出 stream order计算的对话框在Input stream raster 文本框中选择 streamnet，在Input flow direction raster 文本框中选择fdirfill。分别用 Strahler分级和 Shreve分级对河网进行分级，改输出数据名称分别设为Streamostr和Streamoshr，单击 O

15、K完成。Strahler分级名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 19 页 -Shreve分级名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 19 页 -5 流域的分割（1）流域盆地的确定双击 hydrology工具集中的 basin工具，打开流域盆地计算的对话框。输入数据为水流方向数据fdirfill，设置输出数据文件名为basin。点击 OK完成。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 19 页 -（2）集水流域的生成双击 hydrology工具集中的 watershed 工具，打开集水区域（贡献区域）计算的对话框。分别在水流方向数据和出水口数据输入的文本框中选择fdirfill 和streamlink数据，在输出数据中将输出的文件名改为watershed。点击 OK，进行集水区域的计算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 19 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 19 页 -