实验八 流域沟壑密度的提取
流域边界的提取
水文分析工具
主要用到的是ArcToolbox的空间分析（Spatial Analyst）工具中的水文分析 （Hydrology）模块、区域分析（Zonal）模块和地图代数（Map Algebra）模块。 流向计算工具（Flow Direction） 填充工具（Fill） 累计汇流量计算工具（Flow Accumulation） 河网提取工具（Stream Link） 水流长度提取工具（Flow Length） 集水流域（分水岭）提取工具（Watershed） 分区统计工具（Statistics） 栅格计算器（Raster Calculator）
重要性
➢ 流域边界的提取是流域面积量算及其 它水文参数提取的基础，对水文分析 计算的精度有重要影响。
内容概要
一
水文分析介绍
二
模块的应用
三
DEM数据模型
四
基本概念
五
流域边界的提取流程
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 水文分析模型应用于研究与地表水流有关的各种自然现象，如洪水水位 计泛滥情况。
地形数据
➢类型 DEM：数字高程模型（表示地面高程的一种实体地面模型） DSM：数字表面模型（指物体表面形态以数字表达的集合模型）
➢DEM数据结构 栅格数据：属性明显，位置隐含。操作简单，但数据精度不高。 矢量数据（等高线） TIN三角网格数据
基础数据：无洼地的DEM
水流方向
➢对于每一个网格，水流方向是指水流离开此网格时的指向。 ➢ArcGIS中，水流方向采用D8算法，即通过计算中心栅格与邻域栅格的 最大距离圈落差来确定。
实验8 DEM 水文分析
实验八 DEM 水文分析一、实验目的
通过ArcGIS水文分析工具，对DEM数据依次进行各类水分分析处理。
二、实验数据
1:10000DEM数据
三、实验步骤
加载数据
提取HillShade，增强显示效果
提取水流方向
分析;由于提取完水流方向的数值是从1-255，而不是1-128，表示该区域内存在洼地，所以图像要进行填洼处理 填洼后的DEM
分析：填洼后的DEM与原始DEM对比，填洼的部分主要是沟谷地区，这是因为在这些地方有一些较小的洼地。
提取无洼地水流方向
分析：由图看出，水流流向在相同坡向大致一致，但是局部有差别，因为局部会因为江降水产生一些较小的径流，径流附近的水会就近流入径流，因而流向有差别。
提取水流汇集量
分析：提取的水流汇集量，在上游地区比较少，下游地区比较多。
提取水流长度1、DOWNSTREAM
分析：红色和蓝色界线明显的地方表明这个地方的两侧一处极大，一处极小，表明此处为分水岭。
2、UPSTREAM
提取水流累积量大于200的的河流矢量数据
结果图：
重分类：
结果图：
河流栅格转矢量
对河网进行分级
提取流域盆地
提取水流累积量大于2000的水域。
沟谷网络的提取及沟壑密度的计算
沟谷网络的提取及沟壑密度的计算1.背景:沟壑密度是描述地面被沟壑切割破碎程度的一个指标,沟壑密度是气候,地形,岩性,植被等因素综合影响的反映.沟壑密度越大,地面越破碎,平均坡度增大,地表物质稳定性降低,且易形成地表径流,土壤侵蚀加剧.因此,沟壑密度的测定对于了解区域地形发育特征,水土流失监测,水土保持规划有着重要意义.沟壑密度也成为沟谷密度或沟道密度,指单位面积内沟壑的总长度,以公里/公里2为单位,数学表达式,其中D S为沟壑密度,为样区内的沟壑总长度,A指特定样区的面积.2.目的:掌握利用水文分析工具提取沟壑网络的原理和方法3.要求:(1)利用水文分析工具提取样区的沟壑网络(2)计算出该样区的沟壑密度4.数据:25米分辨率的DEM数据,区域面积约为59平方公里5.操作步骤:(1)沟谷网络的提取1)在ArcMap中加载原始DEM数据2)打开Hydrology工具3)原始DEM数据提取水流方向,双击Hydrology工具集中地flowDirection工具,打开Flow Direction计算对话框.在InputSurfaceData文本框中选择原始DEM数据,指定输出水流方向数据名为flowdir,单击OK,进行水流方向数据的计算.4)洼地的计算:双击Hydrology工具集中的sink工具.如图:5)计算得知原始DEM数据上有洼地,需要进行洼地填充,双击FIll工具,进行原始DEM的洼地填充6)基于无洼地的水流方向计算:同步骤3)中一样,打开FlowDirection计算对话框,选择的输入表面数据时无洼地的DEM数据filldem,将输出的水流方向数据命名为flowdirfill7)汇流累积数据的计算.双击Hydrology工具集中的FlowAccumulation工具,如图8)栅格河网的生成:如图所示设置汇流累积阈值为100键入公式：E：\streamnet=con(E:\flowacc>100,1),得到栅格河网数据streamnet9）栅格河网数据矢量化：双击Hydrology工具集中的Stream To Feature工具，选择streamnet 作为河网输入数据，将flowdirfill作为水流方向输入数据，指定输出的数据名称为stream1，也就是矢量形式的沟谷网络。
流域提取
• • • • • • • • • Basin 盆域分析 Flow accumulation 流量 Flow direction 流向 Flow length 水流长度 Sink 汇 Snap pour points 捕捉倾泻点 Stream link 河流链接 Stream order 河网分级 Watershed 分水岭
流域提取数据
一般是用DEM提取水文信息，没 有DEM的情况下，可以用等高线生 成DEM图后提取。
• Arcgis 中有专门的水文分析模块用来提取水 文信息。具体操作如下图：
• 首先进行洼地填充：即fill命令，打开后输 入DEM图进行填洼。
在填洼后的dem图中进行流域方向的计算命令： flowdirection
在流向图中进行汇流累积量计算， 命令：flow accumulation
汇流累积量为0值的提取
单 击 Spatial Analyst 模 块 下 的 Raster Calculator命令，打开栅格计算对话框， 在 文 本 框 中 填 写 facc0=(flowacc=0), 单 击 evaluate进行计算。
• 在Arcmap中打开facc，会发现有很多的地方 并不是山脊线，因此需要对此数据做如下 处理：利用邻域分析方法，对facc0求均值， 处理后的数据.单击Spatial Analyst 模块下的 surfer Analysis 中的Contour和Hillhade进行渲 染和等值线，把处理后的数据重新分级接 近1的栅格就越可能是山脊线的位置，最后 确定的阈值筛选
基于DEM地表径流水文特征提取分析
试验八基于DEM地表径流水文特征提取分析一、实验目的
利用GIS技术利用DEM数据进行地表径流水文特征的提取与分析的练习。
二、实验数据
DEM数据
三、实验步骤
1.利用Hydology—Fill 对原始DEM进行填充，得到经填充后无洼地。
2利用.Spatial Analyst –Raster Calcutor将填充后的五洼地的DEM与原始DEM相减得到洼地
分析:图中白色斑块为洼地。
3.运用Flow Direction 提取水流方向。
4.运用Fill Accumulation 提取水流累积量。
5.利用raster Caculator计算得到水流量大于100的沟壑网络。
6.利用raster Caculator计算得到水流量大于1000的沟壑网络。
7.利用Reclassify对水流量大于1000的沟壑网络进行重分类，为河网分级做数据准备。
8.以原始dem为底图得到了水流量大于100的沟壑网络和水流量大于1000的沟壑网络叠加。
四、实验结论：
通过此次练习，我们熟悉了利用原始DEM得到地表径流流向，从图中我们可以发现水流量大于100的沟壑网络、水流量大于1000的沟壑网络是两个级别的网络。
水流量小的支流最终往级别更大的径流汇集。
简述流域提取的流程
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以下是一般流域提取的流程：1. 数据准备：获取地形数据，如数字高程模型（DEM）。
沟谷网络的提取及沟壑密度的计算(一类特选)
沟谷网络的提取及沟壑密度的计算
1.背景:
沟壑密度是描述地面被沟壑切割破碎程度的一个指标,沟壑密度是气候,地形,岩性,植被等因素综合影响的反映.沟壑密度越大,地面越破碎,平均坡度增大,地表物质稳定性降低,且易形成地表径流,土壤侵蚀加剧.因此,沟壑密度的测定对于了解区域地形发育特征,水土流失监测,水土保持规划有着重要意义.
沟壑密度也成为沟谷密度或沟道密度,指单位面积内沟壑的总长度,以公里/
公里2为单位,数学表达式,其中D S为沟壑密度,为样区内的沟壑总
长度,A指特定样区的面积.
2.目的:
掌握利用水文分析工具提取沟壑网络的原理和方法
3.要求:
(1)利用水文分析工具提取样区的沟壑网络
(2)计算出该样区的沟壑密度
4.数据:
25米分辨率的DEM数据,区域面积约为59平方公里
5.操作步骤:
(1)沟谷网络的提取
1)在ArcMap中加载原始DEM数据
2)打开Hydrology工具
3)原始DEM数据提取水流方向,双击
Hydrology工具集中地flowDirection
工具,打开Flow Direction计算对话框.
在InputSurfaceData文本框中选择原
始DEM数据,指定输出水流方向数
据名为flowdir,单击OK,进行水流方
向数据的计算.
4)洼地的计算:双击Hydrology工具集中的sink工具.如图:
5)计算得知原始DEM数据上有洼地,需要进行洼地填充,双击FIll工具,进行原始DEM的洼地填充。
基于DEM的沟谷系统提取算法综述
-G
准确地解决了流向问题 ; 但不 能很 好 处 理 某 些 特 殊 位 置 的
TAPESLeabharlann 数据 ,而且算法非常复杂-G
与平 面 流 算 法 有 许 多 相 同 之
处 ,能得到相似的结果
GRASS
D8 单流向算法首先由 O’Callaghan 与 Mark[4] 提 出 ,并得到了广泛应用 。该算法根据 DEM 栅格单元 和八个 相 邻 单 元 格 之 间 的 最 大 坡 度 来 确 定 水 流 方 向 。该算法在确定水流方向时太粗 ,导致了偏向某 单元格 。这是因为 D8 算法确定的水流方向只能是 由 45°分 开 的 8 个 方 向 之 一 。Costa - Cabral 和 Burges[6]指出 D8 方法的深层问题 ,即本来是二维的 单元格被看作了点源 (0 维) ,二维水流路径简化为一 维 (八个方向) 。虽然该算法存在许多缺点 ,但是在 Arc/ Info 、Idrisiw 中得到利用 ,并且仍是最广泛利用的 方法 。
局部方法利用一个小窗口对 DEM 进行遍历 ,寻 找凹形或“V”形[3]区域 ,在这些区域底部的单元格被 认为是沟谷所在位置 。局部方法通常出现分类错
提出的方法 。该方法基于地表径流漫流模型 ,模拟 地表径流在地表的流动来产生水系 。这种方法主要 是根据 DEM 栅格单元和八个相邻单元格之间的最 大坡度来确定水流方向 。然后计算每个单元格的上 游汇水面积 。接着确定一个汇水面积阈值 ,不低于 该阈值的单元格标记为水系的组成部分 。该方法简 单 ,直接产生连续的流线段 。由于它依据水文学汇 流概念判别水流路径 ,并模拟地表径流 ,有一定的模 型基础 ,因而被认为是较好的方法 。
第
19 卷 第 5 2003 年 9 月
实验沟谷网络的提取
实验九沟谷网络的提取
一、实验目的
掌握水流方向、汇流累积量的提取原理及方法；能够利用水文分析的方法与其它空间分析方法相结合以解决实际应用问题。
b5E2RGbCAP
二、实验数据
1:10000的dem
三、实验步骤
1、工作区设定
1、加载dem数据
2、设定工作区域
2、增强背景效果
3、预处理
1、提取水流方向
2、利用sink提取洼地点数据：
3、对洼地点的集水区进行分析<Watershed）：
4、提取洼地的最低点<Zonal Statistics）：
5、提取洼地边界最低点<Zonal Fill）：
6、计算洼地的深度：
7、提取洼地深度大于3m的洼地：
4、河网提取
1、填洼，大于3m的不进行填洼：
2、提取无洼地水流方向：
3、提取水流汇集量：
4、提取水流汇集量大于150的沟壑网络：
5、将河流网络转换成矢量数据：
6、新建字段，计算河网总长度：
河网密度；32341.220068/4=8085.305017平方千M 7、计算河网总面积：
将流域区域面积转换成矢量数据：
得到流域面积为3973050平方M：
8、提取径流节点：
9、将
10、对整个流域生成一个缓冲区，缓冲区半径为15m：
11、对边框外节点进行擦除：
径流节点：400/4=100个/平方千M
申明：
所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。
黄土高原沟壑区沟道提取时阈值范围的研究
黄土高原沟壑区沟道提取时阈值范围的研究
陈涛;朱金兆;马浩;张明芳
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2008(025)003
【摘要】沟道是水文信息的基础要素,准确地提取流域中沟道信息,是水文模型的构建、流域的划分等的必要条件.目前提取沟道通常采用河网识别法,但在阈值的选择上,往往是根据不同的流域而确定,阈值的适用范围仅限于本流域.通过对黄土高原沟壑区的不同流域为例,分别选用不同分辨率的DEM,按不同阈值进行沟道提取,讨论了DEM的分辨率对沟道提取的影响,得到适用于黄土高原沟壑区提取沟道的合理阈值范围,最后根据实际沟壑密度对得到的阈值范围进行验证.研究结果表明,黄土高原沟壑区,不同流域提取的沟道,其沟壑密度具有一定的相似性.
【总页数】4页(P28-30,34)
【作者】陈涛;朱金兆;马浩;张明芳
【作者单位】北京林业大学,水土保持学院,北京,100083;北京林业大学,水土保持学院,北京,100083;北京林业大学,水土保持学院,北京,100083;中国人民大学,环境学院,北京,100872
【正文语种】中文
【中图分类】P331
【相关文献】
1.基于DEM的黄土高原沟壑区沟道系统的自动提取 [J], 李金朝;国庆喜;葛剑平
2.基于模型试验的震区沟道泥石流阈值研究 [J], 孟华君;姜元俊;张向营
3.应变SiGe量子阱沟道PMOS阈值电压模型研究 [J], 王颖
4.沟道地貌自动提取技术下的贺家川镇沟道整治研究 [J], 吴金华;杨航;杨瑾
5.基于DEM的黄土沟道提取汇流量阈值确定方法 [J], 韩玲; 张恒; 张庭瑜; 韩霁昌; 赵永华; 赵路
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实验八流域沟壑密度的提取
一、实验目的
通过本次实验，提高学生综合利用空间分析功能解决问题的能力。
二、数据准备
空间分析数据文件夹下的Grid格式的elevation，该数据为栅格格式的地形数据。
三、实验要求
1）本次实验所有空间分析功能如密度功能、栅格计算等空间分析范围为Same As elevation。
CellSize也Same As elevation。
2）流域提取需要利用水文分析功能。
水文分析功能中，从流水累计量重分类得到栅格河流时，以15000作为分类阈值，小于15000设置为Nodata，大于15000设置为有值像元，取值任意，如为1。
3）要求流域为按Stream order提取出来的河流等级为1或2的流域多边形，即河流等级为1或2的河流与等级为3的河流的交叉口作为出水口的流域。
为正确提取流域，请在等级为1和2的矢量河流、等级为3的矢量河流这两个线图层相交得到交点，并要求每一个交叉口只能有一个交点（通过矢量编辑功能）；同时，对得到的河流交叉口采用半径为60进行出水口捕捉。
4）沟壑密度也需要从流水累计量重分类得到栅格沟壑，请以40为阈值。
小于40设置为Nodata，大于40设置为有值像元，取值任意，如为1。
5）提取每一个流域内的沟壑密度。
四、提示
1）水网提取和河网分级提取的流程
水网提取：用于本实验的沟壑密度提取。
河网分级：用于获取河流等级。
注意按照实验要求设置各分析的参数，特别注意栅格河网或栅格沟壑的分类阈值。
对原地形数据不要忘记先填充洼地。
2）河流等级为1或2的河流与等级为3的河流的交叉口的提取
河网分级后，得到的结果如下图所示。
对于河网分级后的栅格数据，像元值表示河网等级。
利用Stream To Feature先将河网分级的栅格数据转换为矢量线。
转换为矢量线后的矢量图层有一个很重要的字段，即GRID_CODE，表示转换以前栅格像元的值，其实这里就表示河流等级。
将GRID_CODE字段等于1或2的全部选中，输出为河流等级为1或2的河流；再将GRID_CODE字段等于3的全部选中，输出为河流等级为3
的河流。
得到河流等级为1或2的河流与等级为3的河流矢量线后，利用矢量空间分析的相交分析，可以得到初始的河流交叉口。
注意Intersect操作是，输出选择POINT。
相交后的交点如下图所示：
3）流域提取
将2）得到的交叉口按照60米为捕捉半径，通过Snap Pour Point工具对流水累计量进
行捕捉，得到最终的出水口。
然后利用WaterShed得到最终的流域，如下图所示：
4）沟壑密度的求取
沟壑提取需要从流水累计量重分类得到栅格沟壑，以40为阈值。
并将栅格沟壑转换为矢量线结果如下图所示：
5）各流域沟壑密度的求取
沟壑密度为单位面积沟壑的总长度。
因此需要用流域内的矢量线总长除以每一个流域的面积。
可以利用流域的矢量面与沟壑矢量线求交。
求交后新产生的矢量线图层即包括沟壑线的属性字段，又包括流域面的属性。
流域面的FID字段则用于表示每一个沟壑所属的流域。
我们需要在求交的矢量线图层中，按流域面的FID字段汇总每一个流域的沟壑总长；得到沟壑总长后，再除以每一个流域的面积，最终得到各流域沟壑密度。
对于每一个流域面的面积、每一个沟壑的长度，请采用Calculate Geometry自动计算，如下图：
为使本实验操作流程具有可推广性，请不要手动一个一个流域的提取沟壑密度，请思考
自动提取的关键方案。