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ArcGIS教程之DEM应用——水文分析DEM（数字高程模型）是一种地理信息系统（GIS）中常用的数据模型，它表示了地表的高程信息。
DEM数据可应用于水文分析中，用于了解地形变化，确定流域边界，计算高程梯度和流量以及生成洪水模型等。
首先，使用DEM数据可以帮助我们了解地形变化。
通过DEM数据，可以直观地显示出地表高程的变化情况，包括山脉、河谷和平原等。
通过分析DEM数据，可以揭示出地表的坡度、高程和凹凸等特征，从而帮助我们理解地势状况，为水文分析提供基础。
其次，DEM数据还可以用于确定流域边界。
流域是指一个水系集合区域，包括了这个区域内所有的河流和支流。
通过DEM数据，我们可以提取出流域的边界，确定流域的大小和范围。
这对于水文分析非常重要，因为流域的大小和范围会直接影响水文过程和水资源管理。
此外，DEM数据还可以用于计算高程梯度和流量。
高程梯度指的是地表高程变化的速率，通过计算DEM数据中相邻单元格之间的高程差，可以得到各个区域的高程梯度。
高程梯度的大小可以用来评估地表坡度的陡峻程度，对于水文分析中的洪水预测和土壤侵蚀等有重要作用。
而流量是指单位时间内流过其中一点的水的体积，通过计算DEM数据中各个单元格的高程和相邻单元格之间的高程差，可以估算出流量的大小，有助于相关水文过程的分析和模拟。
最后，DEM数据还可以用于生成洪水模型。
洪水模型是一种基于地理信息的模拟模型，通过模拟区域内降雨过程、地表径流和河流洪水来预测洪水的发生和扩展情况。
DEM数据是洪水模型中必不可少的输入数据，通过DEM数据可以确定地势状况、流域范围和河道网络等信息，从而建立准确的洪水模型，并进行相关的洪水分析和预测。
ArcGIS实验操作（十三）基于DEM的水文分析从DEM 中自动提取自然水系的算法过程如下：依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理, 确定DEM 中每一个高程数据点的水流方向；然后根据高程数据点的水流方向数据来计算每一个高程数据点的上游给水区, 再根据上游给水区高程数据, 用阈值法确定属于水系的高程数据点；最后, 根据水流方向数据, 从水系源头开始, 将整个水系追索出来。
数据：在data/Ex13/文件下：Dem数据要求：基于DEM，利用水文分析工具提取水流方向、汇流量积量、水流长度、河流网络、河网分级以及流域分割等。
操作步骤：1无洼地DEM生成DEM是比较光滑的地形表面模型，但由于DEM 误差以及一些真实地形或特殊地形的影响，使得DEM 表面存在一些凹陷的区域。
在进行水流方向计算时，由于这些区域的存在，往往得到不合理的甚至错误的水流方向。
因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
洼地填充的基本过程是先利用水流方向数据计算出DEM数据中的洼地区域，并计算洼地深度，然后，依据这些洼地深度设定填充阈值进行洼地填充。
1.1水流方向提取水流的流向是通过计算中心格网与邻域格网的最大距离权落差来确定。
对于每一格网。
水流方向指水流离开此网格的指向。
在ARCGIS中，通过对中心栅格的1、2、4、8、16、32、64、128等8个邻域栅格编码，中心栅格的水流方向便可有其中的某一值来确定。
例如，若中心栅格的水流流向左边，则水流方向赋值16。
启动ArcToolbox，应用水文分析模块(Hydrology) 下的流向确定(Flow Direction ) 命令, 生成8 方向水流流向图：水流方向图1.2洼地计算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哪些地方是洼地，并进行填充。
但是，并非所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的，有很多洼地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，而哪些地区又是真实的地表形态。
水文分析-DEM 应用一、实验目的与要求1.实验目的水文分析：根据DEM提取河流网络，进行河网分级，计算流水累积量、流向、水流长度、根据指定的流域面积大小自动划分流域。
通过本实验应达到以下目的：①理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
②掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
2.实验要求①了解水文分析工具②DEM的预处理：填洼与削峰③流向分析④计算流水累积量⑤计算水流长度（流程）⑥提取河流网络⑦流域分析二、实验原理水文分析基本步骤①无洼地的DEMDEM被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如采石场或喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。
这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时得到不合理的或错误的水流方向，因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
②关键步骤：流向分析―――流向分析原理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（D8算法），来确定水流方向。
方向约定如左图：共有八个方向，分别是2 的n 次方。
水流的流向是通过计算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定的。
距离权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2、8、32、128，则栅格间的距离为SQRT(2)≈1.414 ，否则距离为1。
如果高程差为正值，则为流出；负值则为流入。
③汇流累积量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。
图有些地方的计算不是太理解④水流长度（流程）水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点（终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。
（完整word版）Arcgis操作第九章水文分析第九章水文分析水文分析是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。
表面水文分析模型研究与地表水流有关的各种自然现象例如洪水水位及泛滥情况，划定受污染源影响的地区，预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等。
基于DEM 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分析，可再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
本章主要介绍ArcGIS 水文分析模块的应用。
ArcGIS 提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。
同时，通过水文分析工具的应用，有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本概念和关键过程。
ArcGIS 将水文分析中的地表水流过程集合到ArcToolbox里，如图11.1所示。
主要包括水流的地表模拟过程中的水流方向确定、洼地填平、水流累计矩阵的生成、沟谷网络的生成以及流域的分割等。
本章1至5节主要是依据水文分析中的水文因子的提取过程对ArcGIS 中的水文分析工具逐一介绍。
文中所用的DEM数据在光盘中chp11文件夹下的tutor 文件夹里面，每个计算过程以及每一节所产生的数据存放在tutor 文件夹的result 文件夹里面，文件名与书中所命名相同，读者可以利用该数据进行参照练习。
本章最后一节还提供了三个水文分析应用的实例。
9.1 无洼地DEM 生成DEM 一般被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM 表面存在着一些凹陷的区域。
这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，使得在进行水流流向计算时在该区域得到不合理的或错误的水流方向。
A r c G I S之水文分析Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】ArcGIS教程之DEM水文分析详细图文教程，本教程和之前的两个教程有关联的，数据上是使用上一个教程的结果，步骤相互联系！最后会提供给大家数据和教程的链接！水文分析需要：1.理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
2.利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
下面开始教程：工具/原料软件准备：ArcGIS Desktop (spatial Analyst模块)数据准备：DEM（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DEM 的生成，TIN的显示】中使用的原始数据。
方法/步骤1.数据基础：无洼地的DEM在ArcMap中加载 DEM数据，右击DEM图层，点击缩放至图层，显示全部。
2.在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——> [填洼]，按下图所示指定各参数，其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，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，也就是所有的洼地区域都将被填平。
之后点击确定即可。
3.确定后执行结果得到无洼地的DEM数据[Fill_dem1]4.关键步骤：流向分析在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流向]，按下图所示指定各参数：5.确定后执行完成后得到流向栅格[Flowdir_fill1]，理解代表什么含义！6.计算流水累积量在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流量]，按下图所示指定各参数：1.7确定后执行完成得到流水累积量栅格[flowacc_flow1]如图：7.提取河流网络首先，提取河流网络栅格。
如何使用ArcGIS 进行水文分析
对于做水利的朋友来说有时候需要进行水文的分析，今天给大家分享一下如何通过ArcGIS 进行水文分析，材料可以通过水经注万能地图下载器进行下载。
工具/ 原料
水经注万能地图下载器ArcGIS
方法/ 步骤
1. 打开水经注万能地图下载器，框选上需要进行水文分析的地方并下载（图1）
图1
2.下载完成后会自动导出成tif 格式的高程DEM数据，将其加载到ArcGIS 内（图2）。
【说明】：此处下载生成的tif 格式的图片即为大家常说的DEM数据，直接加载到ArcGIS 内即可使用。
图2
3. 点击“自定义”→“扩展模块”（图3），在弹出的对话框中将“空间分析”
Spatial Analyst ）工具勾选上（图4）。
图3
图4
4. 在ArcToolbox 中点击“ Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“填洼” （图5），在弹出的“填洼”对话框中按图 6 进行设置。
其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，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，也就是所有的洼地区域都将被填平。
【特别说明】：为了保证最终分析成功，在最终的结果之前，所有输出的数据都默认保存名称和路径，这就需要我们记清楚哪个名称是对应的哪个成果，后面会有用。
图5
图6
5. 填洼完成后得到名称为
“ Fill_tif3
的填洼成
果，
在ArcToolbox 工具中点击Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“流向”图7 ），在弹出的“流
向”
对话框中进行如图8 所示的设置，将上一步得到
的
Fill_tif3 ”填洼数据作为
表面栅格数据输
入。
图7
图8
6.完成后得到名称为“FlowDir_Fill2 的流向成
果，
在ArcToolbox 工具中点击Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“流量”（图9），在弹出的“流量”
对话框中进行如图 10 的设置，将“FlowDir_Fill2 ”作为流向栅格数据进行输入。
图9
7. 完成后得到名为“ FlowAcc_Flow2”的流量成果，现在需要提取河流网络栅
格，
在 ArcToolbox 工具中点击“ Spatial Analyst 工具”→“地图代数”→“栅格
计
图 10
算器”（图11），在弹出的“栅格计算器”对话框中输入如下公式：Con （"FlowAcc_Flow2" >500,1）（图12），其中的“ FlowAcc_Flow2”为上一步得到的流量成果文件名，其中500为阈值，不同级别的沟谷对应不同的阈值，不同研究区域相同级别的沟谷对应的阈值也是不同的。
所以，在设定阈值时，应通过不断的实验和利用现有地形图等其它资料辅助检验的方法来确定合适的阈值。
【公式说明】：通过此操作将流水累积量栅格"FlowAcc_Flow2" 中栅格单元值
（流水累积量）大于500 的栅格赋值为1，从而得到河流网络栅格。
图11
8. 计算完成后得到名为“ rastercalc1 ”的河流网络栅格数据，现在需要对栅格
数据进行矢量化，在 ArcToolbox 工具中点击“ Spatial Analyst 工具”→“水 文分析”→“栅格河流矢量化”（图 13），在弹出的“栅格河流矢量化”对话框 中输入上一步得到的名为“ rastercalc1 ”的河流栅格数据和名为 “ FlowDir_Fill2 ”的流向数据（图 14）。
图
12
9. 矢量化后的到名为“ StreamT_rasterc3 ”的线状的河流数据， 接下来对河流
进 行平滑处理，首先点击“自定义”→“工具条”将“编辑器”勾选上（图 15），
将编辑工具条显示出来。
在编辑工具条上点击“编辑器”→“更多编辑工具”→ “高级编辑”（图 16），调出高级编辑工具条。
图 14
10. 选中生成的“ StreamT_rasterc3 ”河流数据，在编辑工具条上点击 “编辑
器” →“开始编辑”（图 17），然后将地图整个框选上，再点击高级编辑工具条上的 “平滑”按钮（图 18），在弹出的“平滑”对话框中“最大允许偏移”输入 0.000000002（图 19），【特别说明】： 此处由于使用的 DEM 为
WGS84坐标，单位 为度，整张地图的跨度还没有 1 度，如果“最大允许偏移”
为一个个位数，这样 平滑出来的线会成为折线， 适得其反， 所以这里输入的是一个很小的数值， 如果 是平面坐标的话就可以输入一个个位数， 甚至十位数。
平滑完成后点击 “编辑器” →“停止编辑”（图 20），提示“是否要保存编辑内容？”，点击“是”，完成
图 16
河流网络的平滑。
图
17
图18
图20
11. 在ArcToolbox 工具中点击“转换工具”→“要素转Shapefile （批量）” （图21），在弹出的“要素转Shapefile （批量）”对话框中“输入要素”选择平滑后的“ StreamT_rasterc3 ”图层，再选择好输出的文件夹（图22），点击
图
19
“确
定”完成矢量化的河流网络数据的输出，输出后的河流网络矢量数据效果如图23。
图21
图 23
12. 现在开始进行水文分析， 在 ArcToolbox 工具中点击 “ Spatial Analyst 工
具”
→“水文分析”→“盆域分析”（图
24），在弹出的“盆域分析”对话框中
输入
第 5 步生成的名为“ FlowDir_Fill2 的流向数据（图 25），点击“确定”即可
得到盆域分析的效果图（图 26）。
图
24
图25
13. 除了盆域分析之外，我们也可以进行“河网分
在ArcToolbox 工具中点级”
击“ Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“河网分级”（图27），在弹出的“河网分级”对话框中，输入第7 步得到的名为“ rastercalc1 ”的河流栅格数据和第 5 步生成的名为“ FlowDir_Fill2 ”的流向数据（图28），点击“确定” 即可完成河网分级（图29）。
图27
图28
图29
14.整个分析的过程可以概括为：先通过“填洼” 对得到的高程数据进行处理；然后通过“填洼”处理后的数据得到“流向” 数据；在通过“流向”数据得到“流量”数据；最后通过“地图代数” 将流量数据处理为河流网络栅格数
据。
准备好以上的数据后，可以通过将河流网络栅格数据矢量化，再进行平滑处理，最后得到矢量化的河流网络数据；也可以通过“流向”和河流栅格网络数据进行水文分析。
15. 到此就完成了通过ArcGIS 进行水文分析，通过水经注万能地图下载器下载高等DEM数据，加上ArcGIS 的Spatial Analyst 工具即可完成水文分析。
