ArcGIS-ArcHydro-水文分析

UC2007TechSessions1ArcGISArcHydro水文分析ESRI中国（北京）有限公司UC2007TechSessions2内容概要•水文分析的目的和内容•DEM数据模型•ArcHydro数据模型•水文分析的流程–ArcHydroTerrainPreprocessing(地形预分析)–ArcHydroNetworkProcessing(网络分析)–ArcHydroWatershedProcessing(集水区域分析)–ArcHydro的几个统计工具•Q&A提问UC2007TechSessions3•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象如洪水水位及泛滥情况水文分析所要解决的问题UC2007TechSessions4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。DEMFLOWDIRECTIONSINKFILLFLOWLENGTHFLOWACCUMULATIONWATERSHEDSNAPPOURDepressionlessDEMArethereanysinks?NoYesSTREAMLINESTREAMORDERSTREAMLINKApplyThresholdUC2007TechSessions5内容概要•水文分析的目的和内容•DEM数据模型•ArcHydro数据模型•水文分析的流程–ArcHydroTerrainPreprocessing(地形预分析)–ArcHydroNetworkProcessing(网络分析)–ArcHydroWatershedProcessing(集水区域分析)–ArcHydro的几个统计工具•Q&A提问UC2007TechSessions6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UC2007TechSessions7•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,viaTIN)–TopoToRaster插值方法–用于等值线数据DEM数据的建立UC2007TechSessions8内容概要•水文分析的目的和内容•DEM数据模型•ArcHydro数据模型•水文分析的流程–ArcHydroTerrainPreprocessing(地形预分析)–ArcHydroNetworkProcessing(网络分析)–ArcHydroWatershedProcessing(集水区域分析)–ArcHydro的几个统计工具•Q&A提问UC2007TechSessions9ArcGISHydro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•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。UC2007TechSessions11HydrographyNetworkChannelDrainageFlowTimeTimeSeriesHydroFeaturesArcGISHydro数据模型UC2007TechSessions12UC2007TechSessions13ArcHydro工具集•包含一套用于构建ArcHydroGeodatabase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UC2007TechSessions14内容概要•水文分析的目的和内容•DEM数据模型•ArcHydro数据模型•水文分析的流程–ArcHydroTerrainPreprocessing(地形预分析)–ArcHydroNetworkProcessing(网络分析)–ArcHydroWatershedProcessing(集水区域分析)–ArcHydro的几个统计工具•Q&A提问UC2007TechSessions15水文分析流程DEMFLOWDIRECTIONSINKFILLFLOWLENGTHFLOWACCUMULATIONWATERSHEDSNAPPOURDepressionlessDEMArethereanysinks?NoYesSTREAMLINESTREAMORDERSTREAMLINKApplyThresholdUC2007TechSessions16•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，设置合理的填充阈值。–有些洼地是现实存在的•美国的GreatSaltLake•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UC2007TechSessions17ArcHydroTerrainPreprocessing•LevelDEM填充湖泊区域，把LakePolygon内的DEM设置为FillElevation字段的值。UC2007TechSessions18ArcHydroTerrainPreprocessing•DEMReConditioning–使用AGREE方法在DEM上刻画河流•BurnStreamSlope–在DEM上刻画河流–先使用AssingStreamSlope生成带斜率信息的河流•BurnWalls–在DEM上建立围墙–InnerWall–OuterWall–BreachLineUC2007TechSessions19DEM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SinkFilledsinkUC2007TechSessions20ArcHydroTerrainPreprocessing•SinkPrescreen–洼地预扫描，减少后续步骤的工作量•SinkEvaluation、SinkSelection–洼地评估，找出Sink特征–分辨出合理洼地和非合理洼地•FillSink–基于先前的工作，填充非合理的洼地UC2007TechSessions21水流方向641281168243212812822222244481121428448212111414441648787472676956714958506964535844553722383148246874615347342112161119124649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UC2007TechSessions22ArcHydroTerrainPreprocessing•FlowDirection–应用于没有洼地的DEM，计算水流流向•FlowDirectionwithSink–应用于带有洼地的DEM，计算水流流向•AdjustFlowDirectionwithLake–修改湖泊内的水流流向最近的河流UC2007TechSessions23汇流积聚量0001010200003070520400100020417243502206412811682432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。UC2007TechSessions24ArcHydroTerrainPreprocessing•FlowAccumulation–计算汇流积聚量网格•WeightedFlowAccumulation–计算加权汇流积聚量网格UC2007TechSessions25创建矢量化河流11122222222Value=NoDataNET_GRIDStreamToFeatureRasterToFeatureUC2007TechSessions26河流分段•Streamlink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UC2007TechSessions27河流分级StrahlerShreve31111111222224711111112233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。UC2007TechSessions28ArcHydroTerrainPreprocessing•StreamDefinition–基于汇流积聚量，设置阀值，河流的定义•StreamSegmentation–河流分段•DraingeLineProcessing–河流矢量化UC2007TechSessions29ArcHydroNetworkToolsArcHydroAttributeTools•HydroNetworkGeneration–生成河流网络数据集•Node/LinkSchemaGeneration–生成水文结点树叉图–可以先用StoreAreaOutlet来设置集水流域的JunctionID•SetFlowDirection/StoreFlowDirection–设置和保存河流网络的流向•GenerateFrom/ToNodeforlines–设置河流网络的连接线的起点和终点ID•FindNextDownStreamLine/FindNextDownStreamJunction/CalculateLengthDownstreamforEdge/CalcluateLengthDownstreamforJunction–计算河流网络的连接线和结点的NextDownID和LengthDown属性UC2007TechSessions30集水区域的定义Watershed(Basin,Catchment,Contributingarea)WatershedBoundaries(DrainageDivides)PourPoints(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。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。UC2007TechSessions31ArcHydroTerrainPreprocessing•CatchmentGridDelineation–集水流域划分•CatchmentPolygonProcessing–集水流域矢量化•AjointCatchmentProcessing–生成相连接的集水流域，即集水盆地Basin•DrainagePointProcessing–生成集水流域的出水口UC2007TechSessions32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streamlink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