arcgis水文分析解析

1、DEMFlow DirectionFlow Accumulation1arcgis水文分析解析第1頁(yè)DEMFlow AccumulationStream Network& watershed2arcgis水文分析解析第2頁(yè)追蹤分析實(shí)例水文分析地形原因地貌水文生物.DEM地貌水文生物模擬數(shù)字高程模型GIS空間分析中水文分析Hydrologic 提供一個(gè)功效用來(lái)研究與地表水流相關(guān)地表物理特征。以DEM作為主要輸入數(shù)據(jù)，采取Hydrologic 生成集水流域和水流網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并對(duì)其影響因子進(jìn)行量化。 3arcgis水文分析解析第3頁(yè)水文分析使用DEM數(shù)據(jù) 派生 其它水文特征：提取河流網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)劃分流域

2、。 這些是描述某一地域水文特征主要原因。4arcgis水文分析解析第4頁(yè)基于格網(wǎng)DEM自動(dòng)提取流域特征地貌和進(jìn)行地形自動(dòng)分割技術(shù)主要包含兩個(gè)方面：1）流域地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)定義。定義能反應(yīng)流域結(jié)構(gòu)特征地貌，建立格網(wǎng)DEM對(duì)應(yīng)微地貌特征。2）特征地貌自動(dòng)提取和地形自動(dòng)分割算法。格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)是一些離散高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)本身不能反應(yīng)實(shí)際地表復(fù)雜性。為了從格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)中得到流域地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)，必須采取一個(gè)清楚流域地貌結(jié)構(gòu)模型，然后針對(duì)該結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)自動(dòng)提取算法。 5arcgis水文分析解析第5頁(yè)流域地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)定義1）流域結(jié)構(gòu)定義 能夠使用一個(gè)含有根樹(shù)狀圖來(lái)描述流域結(jié)構(gòu)Shreve，當(dāng)前絕大多數(shù)算法都沿

3、用這一描述方法。在此結(jié)構(gòu)中主要包含三個(gè)部分，即結(jié)點(diǎn)集、界限集和匯流區(qū)集。6arcgis水文分析解析第6頁(yè)a.內(nèi)部溝谷段b. 外部溝谷段c. 內(nèi)部匯流區(qū)d. 外部匯流區(qū)e. 溝谷結(jié)點(diǎn)f. 溝谷源點(diǎn)g. 分水線段h. 分水線源點(diǎn)匯流區(qū)邊界包含部分流域邊界匯流區(qū)匯流區(qū)邊界不包含流域部分邊界匯流區(qū)分水線與流域邊界交點(diǎn)兩條或兩條以上溝谷線交點(diǎn)一條含有兩側(cè)分水區(qū)線段溝谷段：一條含有兩側(cè)匯流區(qū)線段溝谷上游起點(diǎn)7arcgis水文分析解析第7頁(yè)溝谷結(jié)點(diǎn)和溝谷源點(diǎn)共同組成溝谷結(jié)點(diǎn)集，全部溝谷段組成溝谷段集，形成溝谷網(wǎng)絡(luò)；全部分水線組成份水線段集，形成份水線網(wǎng)絡(luò)。溝谷段集和分水線段集共同把流域分割成一個(gè)匯流區(qū)集。

4、8arcgis水文分析解析第8頁(yè)溝谷段是最小溝谷單位，溝谷段能夠分為內(nèi)部溝谷段和外部溝谷段。內(nèi)部溝谷段連接兩個(gè)溝谷結(jié)點(diǎn)，外部溝谷段連接一個(gè)溝谷結(jié)點(diǎn)和溝谷源點(diǎn)。分水線段是最小分水線單位，也分為內(nèi)部分水線段和外部分水線段。內(nèi)部分水線段連接兩個(gè)分水線結(jié)點(diǎn)，外部分水線段連接一個(gè)分水線結(jié)點(diǎn)和一個(gè)分水線源點(diǎn)。 9arcgis水文分析解析第9頁(yè)匯流網(wǎng)絡(luò)中每一溝谷段都有一個(gè)匯流區(qū)域，這些區(qū)域由分水線集控制。外部溝谷段有一個(gè)外部匯流區(qū)，內(nèi)部溝谷段有兩個(gè)內(nèi)部匯流區(qū)，分布在內(nèi)部溝谷段兩側(cè)。整個(gè)流域被分割成一個(gè)個(gè)子流域，每個(gè)子流域如同樹(shù)狀圖上一片“葉子”。 10arcgis水文分析解析第10頁(yè)Watershed 流域

5、(Basin, Catchment, Contributing area)Watershed Boundaries (Drainage Divides) 流域邊界匯流點(diǎn)Pour Points (Outlets)11arcgis水文分析解析第11頁(yè)流域地形自動(dòng)分割：流域地形自動(dòng)分割目標(biāo)是將整個(gè)流域分割成一個(gè)個(gè)子匯流區(qū)。大多數(shù)算法是利用3*3窗口計(jì)算流向和基于“溢流跟蹤”算法確定匯流網(wǎng)絡(luò)。 12arcgis水文分析解析第12頁(yè)格網(wǎng)點(diǎn)流向定義采取33窗口按8方向搜索計(jì)算最大坡向?yàn)楦骶W(wǎng)格點(diǎn)流向。分別為8方向賦不一樣代碼。13arcgis水文分析解析第13頁(yè)幾個(gè)例外情況處理 A假如一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)最大坡向格網(wǎng)

6、點(diǎn)與之含有相同高程值，且之前沒(méi)有其它格網(wǎng)點(diǎn)流向這個(gè)相鄰格網(wǎng)，則強(qiáng)制流向它。假如還有另外格網(wǎng)點(diǎn)流向這個(gè)相鄰格網(wǎng)，則當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)為凹點(diǎn)。 B當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)相鄰格網(wǎng)點(diǎn)最大坡向相等時(shí)，先比較各自相鄰格網(wǎng)點(diǎn)坡向，假如仍沒(méi)處理，繼續(xù)比較相對(duì)格網(wǎng)點(diǎn)坡向，決定賦一個(gè)流向。 14arcgis水文分析解析第14頁(yè)C對(duì)于含有相同高程值區(qū)域則擴(kuò)大搜索窗口半徑，用77窗口，假如需要還能夠使用更大窗口。 D在DEM數(shù)據(jù)外圍加一圈高程值為0格網(wǎng)點(diǎn)，強(qiáng)制其最大坡向流向研究區(qū)之外。 當(dāng)全部格網(wǎng)點(diǎn)處理完成后，生成一個(gè)編碼流向圖 。實(shí)用軟件中為了處理凹點(diǎn)方便經(jīng)慣用2冪來(lái)代表。（1-128）。15arcgis水文分析解析第15頁(yè)提取匯流

7、網(wǎng)絡(luò) 依據(jù)修改后流向圖，給定一個(gè)點(diǎn)，全部流向它格網(wǎng)點(diǎn)總和就是該點(diǎn)匯流區(qū)。計(jì)算方法是給定一個(gè)點(diǎn)，搜索8鄰點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)全部流向它格網(wǎng)點(diǎn)位置，然后再以找到格網(wǎng)點(diǎn)為基點(diǎn)繼續(xù)搜索統(tǒng)計(jì)流向它格網(wǎng)點(diǎn)，直到?jīng)]有新匯流點(diǎn)為止，全部統(tǒng)計(jì)格網(wǎng)點(diǎn)組成該點(diǎn)匯流區(qū)。 16arcgis水文分析解析第16頁(yè)通常溝谷匯流區(qū)面積大于其它格網(wǎng)點(diǎn)匯流區(qū)面積，能夠經(jīng)過(guò)設(shè)定一個(gè)閾值，將匯流區(qū)面積大于此閾值格網(wǎng)點(diǎn)，標(biāo)識(shí)為溝谷點(diǎn)。不一樣閾值得到溝谷網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性是不一樣，這種方法即使為確定溝谷網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性提供了靈活性，但也使得溝谷網(wǎng)絡(luò)確實(shí)定含有太大隨意性。 17arcgis水文分析解析第17頁(yè)得到溝谷網(wǎng)絡(luò)后，能夠?qū)瞎染W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編碼。首先對(duì)溝谷結(jié)點(diǎn)編碼

8、。從流域出口開(kāi)始搜索遍歷整個(gè)匯流網(wǎng)絡(luò)，對(duì)每個(gè)溝谷段上下游結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)值是溝谷段編碼值，并統(tǒng)計(jì)下這些結(jié)點(diǎn)位置。其次，把溝谷段中每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)標(biāo)識(shí)為溝谷段編碼值。第三，依據(jù)溝谷段上游結(jié)點(diǎn)類型判定溝谷段是內(nèi)部溝谷段還是外部溝谷段。 18arcgis水文分析解析第18頁(yè)提取分水網(wǎng)絡(luò) 遞歸搜索溝谷段中每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)匯流區(qū)，將匯流區(qū)格網(wǎng)點(diǎn)賦為該溝谷段標(biāo)識(shí)值，形成各溝谷段子匯流區(qū)。然后進(jìn)行邊界跟蹤，提取子匯流區(qū)邊界限為分水線，得到分水線網(wǎng)絡(luò)。最終，對(duì)溝谷網(wǎng)絡(luò)和分水線網(wǎng)絡(luò)及子匯流區(qū)進(jìn)行拓?fù)渚幋a，以完成流域地形自動(dòng)分割。 19arcgis水文分析解析第19頁(yè)實(shí)例分析DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別進(jìn)行凹點(diǎn)處理，生成匯流

9、方向，流水累積量，提取各種閾值匯流網(wǎng)絡(luò)和子匯流區(qū)域。20arcgis水文分析解析第20頁(yè)水文分析步驟21arcgis水文分析解析第21頁(yè)1數(shù)據(jù)基礎(chǔ):無(wú)洼地DEM被較高高程區(qū)域圍繞洼地是進(jìn)行水文分析一大障礙，所以在確定水流方向以前，必須先將洼地填充。有些洼地是在DEM生成過(guò)程中帶來(lái)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，但另外一些卻表示了真實(shí)地形如采石場(chǎng)或巖洞等。經(jīng)過(guò)填充洼地(Fill Sinks)得到無(wú)洼地DEM22arcgis水文分析解析第22頁(yè)在經(jīng)過(guò)填充洼地后DEM （Filled Dem），流水能夠通暢無(wú)阻地流至區(qū)域地形邊緣。在經(jīng)過(guò)填充洼地后DEM是流向分析基礎(chǔ)23arcgis水文分析解析第23頁(yè)2流向分析原理水流流

10、向是經(jīng)過(guò)計(jì)算中心柵格與鄰域柵格最大距離權(quán)落差來(lái)確定。距離權(quán)落差是指中心柵格與鄰域柵格高程差除以兩柵格間距離，柵格間距離與方向相關(guān)，假如鄰域柵格對(duì)中心柵格方向值為2、8、32、128，則柵格間距離為 ，不然距離為1。？24arcgis水文分析解析第24頁(yè)25arcgis水文分析解析第25頁(yè) 3 流水累積量Flow Accumulation(A)所顯示是經(jīng)過(guò)填充洼地后DEM柵格 （B)是流向柵格（C)是流量柵格 在 (c)中，兩個(gè)灰色柵格單元流量相同，都是2個(gè)單位。上面一個(gè)柵格單元流量是來(lái)自它左邊和左下方柵格單元， 下面一個(gè)柵格流量是來(lái)自于左下方柵格單元（這個(gè)柵格單元已經(jīng)有1個(gè)單位流量） 1014

11、10111004996101999910251003103310291020100300101510071021101200120603012322(a)(b)(c)26arcgis水文分析解析第26頁(yè)27arcgis水文分析解析第27頁(yè) 4 提取河流網(wǎng)絡(luò)11122222222Value = No DataNET_GRIDStreamToFeature河流網(wǎng)絡(luò)柵格streamnet = con (flowacc 1000, 1) 28arcgis水文分析解析第28頁(yè)劃分河段為河流網(wǎng)絡(luò)各河段分配一個(gè)標(biāo)識(shí)29arcgis水文分析解析第29頁(yè)河流分級(jí)Strahler方法Shreve方法31111111222224711111112233給河流網(wǎng)絡(luò)支流分配一個(gè)級(jí)別30arcgis水文分析解析第30頁(yè)500個(gè)柵格匯流網(wǎng)絡(luò)31arcgis水文分析解析第31頁(yè)