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实验9、水文分析-DEM应用

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实验九、水文分析-DEM应用
一、实验目的
水文分析使用DEM数据 派生 其它水文特征：提取河流网络、自动划分流域。 这些是描述某一地区水文特征的重要因素。通过本实验应达到以下目的:
a) 理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理(重要）。
b) 掌握利用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.
二、实验准备
预备知识：
l 数据基础:无洼地的DEM，被较高高程区域围绕的洼地是进行水文分析的一大障碍，因此在确定水流方向以前，必须先将洼地填充。
有些洼地是在DEM生成过程中带来的数据错误，但另外一些却表示了真实的地形如采石场或岩洞等.
通过填充洼地（Fill Sinks)得到无洼地的DEM
l 关键步骤：流向分析―――流向分析原理
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。为负值则为流入.
基本概念―――DEM 数据
l 存储高程数据的栅格称为 Digital Elevation Model （DEM）.
l 每个像元 只有一个高程值。
基本概念―――排水系统

水文分析步骤：

实验数据：
某地区1：5 万DEM数据

软件准备：水文分析工具(Hydrology Modeling)的使用
有两种途径使用水文分析功能：
(1) 通过Arctoolbox：水文分析工具位于[Spatial Analyst Tools]〉〉[Hydrology]之下

如果Hydrology 工具集没有出现，可以选中某个工具箱后新建一个工具集［Hydrology］,然后右键点新建的工具集，在出现的菜单中执行[添加］>>[工具］

会出现如右图所示的对话框，将需要的水文分析工具添加到上面新建的工具集中。

(2) 另一种方法是添加［Hydrology]工具栏到ArcMap中。
在ArcMap中执行菜单命令：[工具]〉〉［定制］ 命令

点击 [从文件添加]按钮

找到esrihydrology_v2。dll 文件
注意：这个文件通常是在ArcGIS的安装路径下,默认的情况是[C：\Program Files\ArcGIS\DeveloperKit\samples\SpatialAnalyst\HydrologicModeling\Visual_Basic]

[Hydrology Modeling]工具条就被加载到ArcMap，在其前面的检查框上打上勾，如下图所示。［Hydrology Modeling]工具条就可以显示在ArcMap中

注意：以下的练习基于 Hydrology Modeling 工具
三、实验内容及步骤
1。 数据基础：无洼地的DEM
在ArcMap中加载 DEM数据，执行工具条 [Hydrology Modeling］中的菜单命令 [ Hydrology ］>〉[ Fill Sinks］,在出现的对话框中将 ［Input Surface］参数指定为 “DEM"

确定后得到无洼地的DEM数据：［ Filled Sink1 ］

2。 关键步骤：流向分析
在上一步的基础上进行，执行工具条 ［Hydrology Modeling]中的菜单命令 [ Hydrology ］〉〉[ Flow Direction ],在出现的对话框中将 [Input Surface]参数指定为 “Filled Sink1”

确定后得到流向栅格 [ Flow Direction1］，了解流向栅格单元的数值表示的含义是什么

3。 计算流水累积量
在上一步的基础上进行,执行工具条 ［Hydrology Modeling]中的菜单命令 ［ Hydrology ］〉〉[ Flow Accumulation ],在出现的对话框中将 ［Direction Raster]参数指定为 “Flow Direction1"

确定后得到流水累积量栅格[Flow Accumulation1]

4。 提取河流网络
(1) 提取河流网络栅格:
在上一步的基础上进行，打开Arctoolbox，运行工具[Spatial Analyst Tools］〉〉［Map Algebra]〉〉[单输出地图代数]
在 [地图代数表达式］中输入公式：con （Flow Accumulation1〉800，1）
[输出栅格］指定为：StreamNet
说明:通过此操作将流水累积量栅格[Flow Accumulation1］中栅格单元值(流水累积量）大于800的栅格赋值为1，从而得到河流网络栅格[StreamNet］

得到的的河流网络栅格：StreamNet

关闭除[Streamnet］之外的其它图层
(2) 提取河流网络矢量数据
在上一步的基础上进行，执行工具条 ［Hydrology Modeling]中的菜单命令 [ Hydrology ]>>［ Stream Network As Feature ]，在出现的对话框中将 [Direction Raster］参数指定为 “Flow Direction1"，[Accumulation Raster]参数指定为 “Flow Accumulation1”，［Minimum Number of Cells for a Stream]参数指定为 1000

确定后得到河流网络矢量数据

(3) 平滑处理河流网络
打开［编辑器]工具栏,执行工具栏中的命令［编辑器]>>［开始编辑],确保目标图层为河流网络图层[Shape1]，
通过打开[Shape1属性表，并选择属性表的所有行选择图层［Shape1]中的所有要素，也可以通过要素选择按钮选择图层中所有要素
执行[编辑器]工具栏中的命令［编辑器]>>[更多的编辑工具]>〉［高级编辑]打开工具条：［高级编辑］,点击其上的[平滑］按钮(下图中前头所指）：

在［平滑]处理对话框中输入参数[允许最大偏移]:3
得到平滑后的河流网络矢量图层，执行命令: [编辑器］〉>［停止编辑]，保存所做修改。

比较平滑处理后的数据与没有进行处理过的数据
5．流域分析
在上一步的基础上进行，执行工具条 ［Hydrology Modeling]中的菜单命令 [ Hydrology ］〉>[ Watershed ］,在出现的对话框中将 [Direction Raster］参数指定为 “Flow Direction1”，[Accumulation Raster］参数指定为 “Flow Accumulation1”，[Minimum Number of Cells for a Stream］参数指定为 2000

确定后得到流域栅格 ［Watershed1]

打开[空间分析] 工具栏,执行命令：[空间分析]〉〉［转换]>〉[栅格到要素] 将流域栅格转换成为矢量图层，按下图所示指定参数：

得到矢量数据:［WaterShed.shp]

设置图层［Watershed］属性［符号］后得到类似上图的效果
重复以上操作步骤并将［Minimum Number of Cells for a Stream］参数指定为 10000，看看结果是否有所不同.
6。 其它应用--降水分析（选做)
执行命令 ［Hydrology]〉〉[Interactive Properties］

选中“Rain Drop"按钮，（如下图红色前头所指），在DEM上任意位置点击（表示这里有降雨），则显示一条路径表示此处的降水的最终流向

四、实验报告要求
将所做工作以幻灯片形式做以汇报，内容包括原理、过程、结果。
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