4.ARCGIS——建立水文模型
ArcGIS专题操作之-水文分析
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。
[整理版]gis洪水淹没模型建立
![[整理版]gis洪水淹没模型建立](https://img.taocdn.com/s3/m/415e3244f11dc281e53a580216fc700abb6852cd.png)
GIS洪水淹没模拟及灾害评估中的应用导读：洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。
近几年来，将GIS技术与RS技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影象数据来预测、模拟显示洪水淹没场景，并进行洪水灾害评估，已成为GIS在洪水方面主要研究领域。
1.前言洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。
随着现代经济的高速发展和水利工程的增加，洪水灾害对人类的危害仍在加重。
因此，快速、准确、科学地模拟、预测洪水淹没范围，对防洪减灾具有重要意义。
特别是对于一些重点防洪城市和行蓄洪区，如果能够预先获知洪水的淹没范围和水深的分布情况，对于预先转移受灾区的生命财产，减少损失具有非常重要的价值，而且对于洪水造成的灾害损失进行评估也是非常有用的。
近几年来，将GIS技术与RS技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影象数据来预测、模拟显示洪水淹没场景，并进行洪水灾害评估，已成为GIS在洪水方面主要研究领域。
本研究以数字高程模型DEM和RS影象为基础，运用GIS的空间分析功能，研究试验区洪水河流域的洪水淹没情况。
2.研究区域及数据简介2.1 研究区域地理概括红水河是珠江流域西江水系的中上游河段，发源于云南省沾益县马雄山，流经滇、黔、桂三省（区），上游主流称南盘江，流至庶香双江口与北盘江汇合后称红水河，到广西三江口与柳江相汇合后称黔江。
红水河流域位于东经102°20′-109°30′，北纬23°04′-26°50′之间，流域四周为群山环绕，整个地势自西北向东南倾斜，平均海拔高程1450m。
本次实验重点研究范围为红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域（甲板、平腊、八茂、蔗香、这洞、高车）。
2.2 实验数据本研究采用的基本数据分为空间数据和水文数据以及其他辅助数据。
其中空间数据包括龙滩流域的DEM底图、modis遥感影象底图、省市县行政边界、城市分布图、站点分布图、河网、龙滩流域及其子流域分布图等。
使用测绘技术进行水文模型构建的步骤
使用测绘技术进行水文模型构建的步骤1. 引言水文模型是研究水文过程、预测洪水、优化水资源利用等水文学领域中的重要工具。
为了构建准确可靠的水文模型，测绘技术是不可或缺的一部分。
本文将介绍使用测绘技术进行水文模型构建的步骤和流程。
2. 地形测量地形测量是水文模型构建的关键步骤之一。
通过利用全球定位系统（GPS）和遥感技术，我们可以快速获取到区域的地形数据。
地形测量需要借助地形仪器、测量车辆或无人机等设备，以获取地形的高程、坡度、坡向等信息。
高程数据的获取可以通过三角测量或者雷达高程测量等技术来实现。
3. 水文要素测量水文要素是构建水文模型的关键输入参数，包括降水、蒸发、土壤水分等。
测量降水可以通过雨量计或者气象雷达等设备来实现。
蒸发量的测量可以通过蒸发皿、蒸发计或者遥感技术来获取。
土壤水分的测量可以利用土壤水分计、探针等设备对不同深度的土壤进行采样和监测。
4. 水系测量水系测量是水文模型构建的重要一环。
通过测量河流、湖泊、水库等水体的几何形状、水位、流速等参数，可以获取到水流的信息。
测量水体形状可以借助激光测距仪、测深仪等设备来实现。
水位测量可以利用水位测量仪器，包括压力传感器、液位计等设备来获取。
流速测量则需要借助流速计、流速仪或者测速船等设备。
5. 数据分析与处理在获取到地形、水文要素和水系等数据后，需要对这些数据进行分析和处理，为水文模型的构建提供准确的输入。
地形数据可以进行地形分析，包括流向、流量累积等。
水文要素的数据可以进行统计分析，包括降水强度、频率分析等。
水系数据可以进行水系网络分析，包括河网提取、水体流速计算等。
6. 模型构建在数据分析与处理的基础上，可以开始进行水文模型的构建。
水文模型可以分为概念模型和物理模型两种类型。
概念模型是基于观测数据和经验公式进行推断和模拟的简化模型。
物理模型则是通过建立真实水文系统的物理方程来模拟水文过程。
常用的水文模型包括水文平衡模型、水量分配模型和水动力模型等。
ArcGIS教程之DEM应用——水文分析
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。
gms建水文地质模型的步骤
gms建水文地质模型的步骤要说建水文地质模型这事儿，听起来好像很复杂对吧？不过呢，实话实说，其实也没那么高深。
你要想，做这个模型，像是给地下的“秘密生活”做个透视图。
就是把那堆看不见的东西——土壤、岩石、地下水等等，一点点找出来，摸清楚它们是怎么分布的，长啥样，最后通过一张图告诉你这地方能不能住人，能不能盖楼，能不能打水井，啥事儿都得搞清楚才行。
先说第一步，你得收集数据。
没这一步，后面啥事儿都做不成。
就像你做饭前得准备好食材一样。
你得有地质钻探数据、地下水位监测数据、土壤的物理化学性质、岩层的深浅、厚度等等。
这些数据就像你在厨房里找材料一样，得先搞清楚每样东西在哪里，大小合适不合适，不能少了任何一样。
大部分时间都花在了这一块，毕竟你不能凭空猜，得要真实的、可靠的东西。
有了这些信息，才能开工。
再来就是数据分析。
这时候，你就得拿着这些数据，像拼拼图一样，把它们一个个放到正确的位置。
这里就不光是机械地排数据，而是要分析这些数据之间的关系。
你得想，土壤层到底在哪个深度，水是怎么流的，岩石分布是规则还是杂乱。
你得把这些搞明白，像搭积木一样，哪块是基础，哪块是支撑，哪块是跳跃，弄清楚了，模型才有意义。
搞清楚了这些之后，还得进行建模。
建水文地质模型的过程中，咱可不能简单地就用一种思路，要根据不同的需求来选方法。
你可以选数值模拟、分层分析、或者地质统计学的方法，别看这些术语听起来高深，但其实就跟做饭时挑调料一样，选对了口味，才不会让人觉得怪。
你要根据地质条件、数据特点，选最合适的建模方式。
有些地方可能岩层特别简单，咱就直接上一个简单的分层模型；但如果你遇到复杂的情况，那可能就得用更高大上的数值模拟了，这样才不会“画蛇添足”也不至于“画虎不成”。
模型建好后，还得进行校验。
这就好比你做了个菜，味道合不合适还得试试。
如果拿的数据没问题，模拟的结果也靠谱，那就是合格的模型。
如果发现数据和实际情况有差距，那就得重新来一遍，继续调味，直到味道正好为止。
arcgis水文分析(共35张)
第14页，共35页。
C．对于具有相同高程值的区域则扩大搜索窗口半径 ， (bànjìng) 用7×7窗口，如果需要还可以使用更大窗口。
D．在DEM数据的外围加一圈高程值为0的格网点，强制其最 大坡向流向研究区之外。
当所有的格网点处理完毕后，生成一个编码流向图 。 实用软件中为了处理凹点方便经常用2的幂来代表。（1-
2
24
第24页，共35页。
25
第25页，共35页。
1014 1011 1004 996
1019 1015 1007 999
(a)
1025 1021 1012 1003
1033 1029 1020 1003
(b)
0
0
1
2
0
0
2
6
(c)
0
0
2
3
0
1
2
3
3 流水 累积量 (liúshuǐ) Flow Accumulation
• 确定汇流点以上的汇水区域
• 给定汇水区域面积－自动划分流域
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流程 Flow (liúchéng) Length
• 沿水流路径计算流域 内每个栅格单元到下 游的最远距离或上流 汇入点流至此栅格单 元的路程
33
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• 用以计算流域内最长的水流(shuǐliú)路径
地貌
数字高程模型
DEM 模拟
水文 生物
…….
3
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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(zìdòng)划分流域。 这些是描述 某一地区水文特征的重要因素。
4
第4页，共35页。
arcgis在水文方面的应用
arcgis在水文方面的应用
ArcGIS在水文方面的应用包括以下几个方面：
1. 水文数据管理：ArcGIS可用于管理各种水文数据，例如降雨量、
水位、流量和水质数据等，并可将这些数据与地图相关联。
2. 流域分析和建模：ArcGIS可用于对流域进行分析和建模，例如计
算流域的面积、坡度、方向、曲率等，以及预测水流路径和泛滥范围等。
3. 地下水资源管理：ArcGIS可用于管理地下水资源，如地下水水位、水质、井场等数据，并可用于建立地下水模型进行预测和管理。
4. 洪水预警和防灾减灾：ArcGIS可用于洪水预警和防灾减灾工作，
例如模拟洪水泛滥进程、制定灾害应急预案、评估河道改造效果等。
5. 水资源评价和规划：ArcGIS可用于水资源评价和规划工作，例如
评估流域水资源供需、制定水资源管理计划等。
总的来说，ArcGIS在水文方面的应用非常广泛，可用于支持水资源
管理的各个环节。
如何使用ArcGIS进行水文分析(完整版)
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12.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23. 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44. 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65. 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86.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。
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水文分析（均值变点的分析）
实验步骤：
第一步：填充（fill）打卡原dem图层在input surface raster里添加dem图层再点击OK运行即得到填充后的图层。
填充的含义是是图层成为一个平面，制图是在平面图层里提取需要的数据。
第二步：水流方向的提取（flow direction）双击该工具，在input surface raster里添加填充后的图层也就是fill名称的图层，点击OK运行得到水流方向的图层direction。
第三步：汇流累积量的计算（flow accumulation）双击该工具，在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，点击OK运行得到汇流累积量的图层flowacc。
第四步：重分类（reclassify）在任务栏加载spatial analyst工具，点击其下拉菜单→→raster calculator 计算河流的累积量。
双击flowacc取一个阈值。
例如[flowacc]>=1000点击evaluate 得到汇流累积量的初等分类结果(用Con命令实现，eg：C on(“flowacc”>=1000,1))。
再进行重分类：在图层窗口选中calculation图层，再点击spatial analyst下拉菜单点击reclassify工具，将0改为nodata ,1改为1。
选在存储路径把结果可以命名为reclassify点击OK运行即得到重分类的结果。
第五步：汇流节点的计算（stream link）还是在水文分析工具箱里，打开stream link在input stream raster里添加reclassify图层，在input flow direction raster里添加direction图层，点击OK得到汇流节点数据streaml_recl1的图层。
第六步：集水区分析（watershed）在水文分析工具箱里打开watershed工具，在input flow direction raster里输入direction图层，在input raster or feature pour point data里输入
streaml_recl1图层，点击OK得到集水区数据watersh_flow1图层。
第七步：栅格图层的矢量化打开index输入raster to polygon在input raster里添加watersh_flow1图层，点击OK运行得到矢量化图层rasterT_watersh1。
栅格图层的矢量化（stream to feature）：这个在水文分析工具箱里完成。
在input stream raster 里输入reclassify图层，在在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，点击OK运行得到矢量化的河流分级图层streamT_streamO1。
第八步：河网的提取（stream to feature）在水文分析工具箱里打开stream to feature工具在input stream raster里添加重分类后的数据reclassify图层，在input flow direction raster里添加流向数据direction图层。
点击OK得到阈值为1000米的河网数据streamT_reclass1。
打开属性表可以增加一个len字段设置为长整型long integer。
点击计算工具calculate geometry得到河流的长度数据再导出为.bdf格式文件（options→→export→→存储路径是自己易找到的文件夹里）。
再通过Excel打开表，求长度总和。
在矢量化后的集水区图层属性表增加area字段求面积总和。
和网密度=河流长度/河流面积。
第九步：流域的裁剪在index里搜索（extract by mask）并双击打开，在input raster里输入原始的dem图层，在input raster or feature mask data里输入集水区分析所得结果的图层即名称为：watersh_flow1。
点击OK即得到所需要流域的dem图层，再和整个研究区的分析方法一样进行水文分析，即可得到所需流域的数据。
水文分析模型（均值变点）
实验步骤：在空间分析模型工具箱里打开水文分析工具hydrology。
第一步：对dem图层进行填充fill。
第二步：提取河流方向flow direction。
第三步：汇流累积量的计算flow accumulation。
第四步：计算阈值great than。
提取阈值就是通过great than（sa）工具来实现。
第五步：重分类reclassify（sa）。
第六步：栅格图层的矢量化stream to feature。
第七步：增加字段add field 命名为长度len。
第八步：计算字段总和calculate field，这一步要借助计算工具EasyCalculate50
第九步：对长度进行求和summary statistics。
在这一步要正确选取字段的类型。
保存模型，save as 重新命名。
保存的路径尽量是自己容易找到的盘里。
水文分析模型（河流分叉比分析）
实验步骤：
第一步：填充（fill）打卡原dem图层在input surface raster里添加dem图层再点击OK运行即得到填充后的图层。
填充的含义是是图层成为一个平面，制图是在平面图层里提取需要的数据。
第二步：水流方向的提取（flow direction）双击该工具，在input surface raster里添加填充后的图层也就是fill名称的图层，点击OK运行得到水流方向的图层direction。
第三步：汇流累积量的计算（flow accumulation）双击该工具，在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，点击OK运行得到汇流累积量的图层flowacc。
第四步：重分类（reclassify）在任务栏加载spatial analyst工具，点击其下拉菜单→→raster calculator 计算河流的累积量。
双击flowacc取一个阈值。
例如[flowacc]>=1000点击evaluate 得到汇流累积量的初等分类结果。
再进行重分类：在图层窗口选中calculation图层，再点击spatial analyst下拉菜单点击reclassify工具，将0改为nodata ,1改为1。
选在存储路径把结果可以命名为reclassify点击OK运行即得到重分类的结果。
第五步：河流分级（stream order）在水文分析工具箱里打开stream order工具，在input stream raster里输入reclassify图层，在在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，
点击OK运行得到河流分级图层stream0_recl1。
第六步：栅格图层的矢量化（stream to feature）：这个在水文分析工具箱里完成。
在input stream raster里输入reclassify图层，在在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，点击OK运行得到矢量化的河流分级图层streamT_streamO1。
第七步：裁剪流域图层：Fill→→Flow direction→→Flow accumulation→→Reclassify（raster calculator 计算河流的累积量）→→Stream order→→Watershed→→Raster to polygon→→data，export→→Extract by mask。
建立多个图层模型的步骤和单个图层模型的建立方法一样，需要注意的是在great than这一步输入图层的属性设为a list of values。
同时注意检查运行结果图层的属性，如果出现错误得到的结果就是一样的值。