ArcGIS ArcHydro水文分析

ArcGISArcGIS ArcHydroArcHydro水文分析水文分析水文分析水文分析ESRIESRI中国（北京）有限公司中国（北京）有限公司中国（北京）有限公司中国（北京）有限公司1 1UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions内容概要内容概要内容概要内容概要水文分析的目的和内容水文分析的目的和内容DEMDEM数据模型数据模型Arc HydroArc Hydro数据模型数据模型水文分析的流程水文分析的流程 Arc Hydro Terrain Preprocessing(Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形地形预预分析分析)Arc Hydro Network Processing(Arc Hydro Network Processing(网网络络分析分析)Arc Hydro Watershed Processing(Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析集水区域分析)Arc Hydro Arc Hydro 的几个的几个统计统计工具工具Q&AQ&A提提问问2 2UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions 水文分析是水文分析是DEMDEM数据应用的一个重要方面。利用数据应用的一个重要方面。利用DEMDEM生成的集水流域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泛滥情况 水文分析所要解决的水文分析所要解决的水文分析所要解决的水文分析所要解决的问题问题问题问题3 3UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions水文分析的内容水文分析的内容水文分析的内容水文分析的内容 基于基于DEMDEM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，可以在水文因子的提取和基本水文分析，可以在DEMDEM表面之上再现水流的流表面之上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。动过程，最终完成水文分析过程。DEMDEMFLOW DIRECTIONSINKFILLFLOWLENGTHFLOW ACCUMULATIONWATERSHEDSNAP POURDepressionlessDepressionlessDEMDEMAre there any sinks?Are there any sinks?NoNoYesYesSTREAM LINESTREAM ORDERSTREAM LINKApply ThresholdApply Threshold4 4UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions内容概要内容概要内容概要内容概要水文分析的目的和内容水文分析的目的和内容DEMDEM数据模型数据模型Arc HydroArc Hydro数据模型数据模型水文分析的流程水文分析的流程 Arc Hydro Terrain Preprocessing(Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形地形预预分析分析)Arc Hydro Network Processing(Arc Hydro Network Processing(网网络络分析分析)Arc Hydro Watershed Processing(Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析集水区域分析)Arc Hydro Arc Hydro 的几个的几个统计统计工具工具Q&AQ&A提提问问5 5UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions地形数据地形数据地形数据地形数据类类型型 DEM:DEM:数字高程模型数字高程模型 DSM:DSM:数字表面模型数字表面模型数据数据结结构构 栅栅格数据格数据 TINTIN三角网格数据三角网格数据6 6UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsDEMDEM数据建立的影响数据建立的影响细则细则 分辨率和空分辨率和空间间范范围围 投影坐投影坐标标 栅栅格数据的配准格数据的配准 采采样样点插点插值值技技术术 (IDW,(IDW,splinespline,via TIN),via TIN)TopoToRasterTopoToRaster插插值值方法方法 用于等用于等值线值线数据数据DEMDEM数据的建立数据的建立数据的建立数据的建立7 7UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions内容概要内容概要内容概要内容概要水文分析的目的和内容水文分析的目的和内容DEMDEM数据模型数据模型Arc HydroArc Hydro数据模型数据模型水文分析的流程水文分析的流程 Arc Hydro Terrain Preprocessing(Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形地形预预分析分析)Arc Hydro Network Processing(Arc Hydro Network Processing(网网络络分析分析)Arc Hydro Watershed Processing(Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析集水区域分析)Arc Hydro Arc Hydro 的几个的几个统计统计工具工具Q&AQ&A提提问问8 8UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArcGIS HydroArcGIS Hydro数据模型数据模型数据模型数据模型 作作为为GeodatabaseGeodatabase模型的一个模型的一个扩扩展，展，专门专门用于水用于水资资源管理和源管理和 研究研究时间时间持持续续3 3年多年多 提供提供课课本本 提供示例工具提供示例工具 http:/http:/www.crwr.utexas.edu/giswrwww.crwr.utexas.edu/giswr9 9UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArcGIS HydroArcGIS Hydro数据模型数据模型数据模型数据模型是是ArcGISArcGIS用于反映水资源的地理空间和时态数用于反映水资源的地理空间和时态数据模型据模型五大关键对象模型五大关键对象模型：集水区域、河流网络、水文集水区域、河流网络、水文主题图、河道描述和时间序列。主题图、河道描述和时间序列。1010UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsHydrographyHydrographyNetworkNetworkChannelChannelDrainageDrainageFlowTimeTimeTime SeriesSeriesHydroFeaturesHydroFeaturesArcGIS Hydro ArcGIS Hydro 数据模型数据模型数据模型数据模型1111UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions1212UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc HydroArc Hydro工具集工具集工具集工具集包含一套用于构建包含一套用于构建ArcHydroArcHydro GeodatabaseGeodatabase数据模型数据模型和基本水资源管理分析的工具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是水资源数据库和应用开发的起点1313UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions内容概要内容概要内容概要内容概要水文分析的目的和内容水文分析的目的和内容DEMDEM数据模型数据模型Arc HydroArc Hydro数据模型数据模型水文分析的流程水文分析的流程 Arc Hydro Terrain Preprocessing(Arc Hydro Terrain Preprocessing(地形地形预预分析分析)Arc Hydro Network Processing(Arc Hydro Network Processing(网网络络分析分析)Arc Hydro Watershed Processing(Arc Hydro Watershed Processing(集水区域分析集水区域分析)Arc Hydro Arc Hydro 的几个的几个统计统计工具工具Q&AQ&A提提问问1414UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions水文分析流程水文分析流程水文分析流程水文分析流程DEMDEMFLOW DIRECTIONSINKFILLFLOWLENGTHFLOW ACCUMULATIONWATERSHEDSNAP POURDepressionlessDepressionlessDEMDEMAre there any sinks?Are there any sinks?NoNoYesYesSTREAM LINESTREAM ORDERSTREAM LINKApply ThresholdApply Threshold1515UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions 洼地洼地SinksSinks 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。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有些洼地是现实存在的 美国的美国的 Great Salt LakeGreat Salt Lake 河流是否在正确的地方？河流是否在正确的地方？决定是否需要刻画地表决定是否需要刻画地表burnburn 集水区域的边界是否在正确的地方？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决定是否需要建立围墙fencefence经过经过水文修正的水文修正的水文修正的水文修正的DEMDEM数据数据数据数据1616UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing Level DEMLevel DEM填充湖泊区域，把填充湖泊区域，把Lake PolygonLake Polygon内的内的DEMDEM设置为设置为Fill Fill ElevationElevation字段的值。字段的值。1717UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing DEM DEM ReConditioningReConditioning使用使用AGREEAGREE方法在方法在DEMDEM上刻画河流上刻画河流 Burn Stream SlopeBurn Stream Slope 在在DEMDEM上刻画河流上刻画河流先使用先使用AssingAssing Stream Slope Stream Slope生成带斜率信息的河流生成带斜率信息的河流 Burn WallsBurn Walls 在在DEMDEM上建立围墙上建立围墙 Inner WallInner Wall Outer WallOuter Wall Breach LineBreach Line1818UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsDEMDEM数据的数据的数据的数据的错误错误错误错误 洼地和尖峰洼地和尖峰洼地和尖峰洼地和尖峰 洼地洼地Sinks:Sinks:整体填充整体填充 选择选择性填充性填充 设设置深度置深度阀值阀值 设设置面置面积阀值积阀值SinkFilled sink1919UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing Sink PrescreenSink Prescreen 洼地预扫描，减少后续步骤的工作量洼地预扫描，减少后续步骤的工作量 Sink EvaluationSink Evaluation、Sink SelectionSink Selection 洼地评估，找出洼地评估，找出SinkSink特征特征 分辨出合理洼地和非合理洼地分辨出合理洼地和非合理洼地 Fill SinkFill Sink 基于先前的工作，填充非合基于先前的工作，填充非合理的洼地理的洼地2020UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions水流方向水流方向水流方向水流方向64 12811682432128 12822222244481121428448212111414441648787472676956714958506964535844553722383148246874615347342112161119124649高程数据高程数据高程数据高程数据方向编码方向编码方向编码方向编码水流方向水流方向水流方向水流方向水流方向是指水流离开每一个水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。在栅格单元时的指向。在ArcGISArcGIS中通过将中心栅格的中通过将中心栅格的8 8个邻域个邻域栅格编码，水流方向便可以其栅格编码，水流方向便可以其中的某一值来确定，栅格方向中的某一值来确定，栅格方向编码如右图编码如右图 2121UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing Flow DirectionFlow Direction 应用于没有洼地的应用于没有洼地的DEMDEM，计算水流流向，计算水流流向 Flow Direction with SinkFlow Direction with Sink 应用于带有洼地的应用于带有洼地的DEMDEM，计算水流流向，计算水流流向 Adjust Flow Direction with LakeAdjust Flow Direction with Lake 修改湖泊内的水流流向最近的河流修改湖泊内的水流流向最近的河流2222UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions汇汇汇汇流流流流积积积积聚量聚量聚量聚量00010102000030705204001000204172435022064 12811682432方向编码方向编码方向编码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。2323UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing Flow AccumulationFlow Accumulation 计算汇流积聚量网格计算汇流积聚量网格 Weighted Flow AccumulationWeighted Flow Accumulation 计算加权汇流积聚量网格计算加权汇流积聚量网格2424UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions创创创创建矢量化河流建矢量化河流建矢量化河流建矢量化河流11122222222Value=No DataNET_GRIDStreamToFeatureStreamToFeatureRasterToFeatureRasterToFeature2525UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions河流分段河流分段河流分段河流分段 Stream linkStream link是是记录记录着河网中的一些着河网中的一些节节点之点之间间的的连连接信息，接信息，主要主要记录记录着河网的着河网的结结构信息。构信息。为为每一段河流分配一个独每一段河流分配一个独立的立的IDID号号 这些出水口点的确定这些出水口点的确定可为集水区域的进一步划分做准备可为集水区域的进一步划分做准备2626UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions河流分河流分河流分河流分级级级级StrahlerStrahlerShreveShreve3311111111111111222222222244771111111111111122223333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。2727UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing Stream DefinitionStream Definition 基于汇流积聚量，设置阀值，河流的定义基于汇流积聚量，设置阀值，河流的定义 Stream SegmentationStream Segmentation 河流分段河流分段 DraingeDrainge Line Processing Line Processing 河流矢量化河流矢量化2828UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Network ToolsArc Hydro Network ToolsArc Hydro Attribute ToolsArc Hydro Attribute Tools Hydro Network GenerationHydro Network Generation 生成河流网络数据集生成河流网络数据集 Node/Link Schema GenerationNode/Link Schema Generation 生成水文结点树叉图生成水文结点树叉图 可以先用可以先用Store Area OutletStore Area Outlet来设置集水流域的来设置集水流域的JunctionIDJunctionID Set Flow Direction/Store Flow DirectionSet Flow Direction/Store Flow Direction 设置和保存河流网络的流向设置和保存河流网络的流向 Generate From/To Node for linesGenerate From/To Node for lines 设置河流网络的连接线的起点和终点设置河流网络的连接线的起点和终点IDID Find Next Find Next DownStreamDownStream Line/Find Next Line/Find Next DownStreamDownStream Junction/Calculate Length Downstream for Edge/Junction/Calculate Length Downstream for Edge/CalcluateCalcluate Length Downstream for Junction Length Downstream for Junction 计算河流网络的连接线和结点的计算河流网络的连接线和结点的NextDownIDNextDownID和和LengthDownLengthDown属性属性2929UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions集水区域的定集水区域的定集水区域的定集水区域的定义义义义Watershed(Basin,Catchment,Contributing area)Watershed 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 。出水口（或点）即流域出水口（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。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。3030UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain Preprocessing CatchmentCatchment Grid Delineation Grid Delineation 集水流域划分集水流域划分 CatchmentCatchment Polygon Processing Polygon Processing 集水流域矢量化集水流域矢量化 AjointAjoint CatchmentCatchment Processing Processing 生成相连接的集水流域，即集水盆地生成相连接的集水流域，即集水盆地BasinBasin Drainage Point ProcessingDrainage Point Processing 生成集水流域的出水口生成集水流域的出水口3131UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions集水区域划分集水区域划分集水区域划分集水区域划分 流域的分割首先是要确定小级别的流域的出水口的位流域的分割首先是要确定小级别的流域的出水口的位置。置。因为因为stream linkstream link数据中隐含着河网中每一条河网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，所以可以所以可以根据分段的河流对水流贡献区进行划分根据分段的河流对水流贡献区进行划分3232UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions出水口的确定出水口的确定出水口的确定出水口的确定 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，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。相当于捕捉到河流线上。能避免生成小的水流贡献区能避免生成小的水流贡献区Snap Snap distancedistanceCell you Cell you clicked onclicked onThe cell that will be selectedThe cell that will be selected(cell with highest flow accumulation)(cell with highest flow accumulation)StreamStream3333UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Watershed ProcessingArc Hydro Watershed Processing Batch Watershed DelineationBatch Watershed Delineation 批量进行集水区域的划分批量进行集水区域的划分 集水区域可能会重叠集水区域可能会重叠 Batch Batch SubwatershedSubwatershed Delineation Delineation 批量进行次一级的集水区域划分批量进行次一级的集水区域划分 集水区域不重叠集水区域不重叠 Batch Watershed Delineation for PolygonBatch Watershed Delineation for Polygon 批量根据多边形进行集水区域的划分批量根据多边形进行集水区域的划分 Delineate from Multiple Outlets and InletsDelineate from Multiple Outlets and Inlets 根据进水口和出水口划分集水区域根据进水口和出水口划分集水区域3434UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions水流水流水流水流长长长长度度度度计算地表上任何一点到所在集水区域的入水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。包括计算口或出水口的最长水流投影距离。包括计算上游上游 upstream upstream 和下游和下游downstream downstream 水流长度。水流长度。3535UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Terrain PreprocessingArc Hydro Watershed ProcessingArc Hydro Watershed Processing Longest Flow Path for CatchmentsLongest Flow Path for Catchments 集水流域内的最长水流路径集水流域内的最长水流路径 Longest Flow Path for Longest Flow Path for AjointAjoint Catchments Catchments 相连集水流域内（流域盆地）的最长水流路径相连集水流域内（流域盆地）的最长水流路径 Longest Flow PathLongest Flow Path 用于计算集水区域内的最长水流路径用于计算集水区域内的最长水流路径 Longest Flow Path for Watershed/Longest Flow Path for Longest Flow Path for Watershed/Longest Flow Path for SubwatershedSubwatershed 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）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 ParametersLongest Flow Path Parameters 通过通过2D2D或或3D3D多边线计算水流路径的参数多边线计算水流路径的参数 可以先用可以先用Construct 3D LineConstruct 3D Line和和Smooth 3D LineSmooth 3D Line构造构造3D3D多边线多边线3636UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsGISGIS统计统计Arc Hydro Attribute ToolsArc Hydro Attribute ToolsArc Hydro Terrain MorphologyArc Hydro Terrain Morphology Consolidate AttributesConsolidate Attributes 基于对象之间的联系关系，统计属性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如用于统计每个出水口对应的集水流域的面积 Accumulate AttributesAccumulate Attributes 基于河流网络，统计上游对象属性基于河流网络，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。如用于统计每个出水口的上游集水流域累计面积。Compute Local ParametersCompute Local Parameters 用于统计每个集水流域的降水量、平均高程值等。用于统计每个集水流域的降水量、平均高程值等。Drainage Area CharacterizationDrainage Area Characterization 提取集水流域面积、体积特征提取集水流域面积、体积特征 Drainage Boundary CharacterizationDrainage Boundary Characterization 提取集水流域边界宽度、周长、面积特征提取集水流域边界宽度、周长、面积特征3737UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech SessionsQ&A提提问3838UC 2007 Tech SessionsUC 2007 Tech Sessions