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09GIS实验九

发布时间:2014-02-04 11:50:49  

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、 实验设备与数据

硬件:计算机

软件:ArcGIS Desktop 10.0(或9.x)

数据:老师提供的数据文件夹Ex9(某地区1:5 万DEM数据)

三、 实验原理

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

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。

四、 实验步骤、结果(含关键截图)

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工具→水文分析”之下

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(2) 添加水文分析工具栏到ArcMap中。在ArcMap中执行菜单命令:自定义→

自定义模式命令,打开自定义窗口,在工具条选项卡里,点击“从文件添加...”按钮,然后找到并打开水文分析对应的dll文件,水文分析工具条就被加载到ArcMap,在其前面的检查框上打上勾,就可显示在ArcMap中。 按9.3的实验指导书上说的该文件路径及文件名,我在10.0版本没有找到该dll文件(直接在安装目录及C盘中,使用windows搜索搜指导书上说的相应的esrihydrology_v2.dll和esrihydrology,都没搜到),我想可能是它的路径和文件名都改变了。

1. 数据基础:无洼地的DEM

在ArcMap中加载DEM数据,执行ArcToolbox中的Spatial Analyst工具→水文分析→填洼命令,在出现的对话框中将输入表面栅格数据指定为dem ,为截图如下:

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确定后得到无洼地的DEM数据:Fill_dem1 ,截图如下:

2. 关键步骤:流向分析

在上一步的基础上进行,执行ArcToolbox中的Spatial Analyst工具→水文分析→流向命令,在出现的对话框中将输入表面栅格数据指定为Fill_dem1 ,截图如下:

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确定后得到流向栅格:FlowDir_Fill1,了解流向栅格单元的数值表示的含义是什么?

答:我感觉它是水流向各个方向流去的优先度的度量。

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3. 计算流水累积量

在上一步的基础上进行,执行ArcToolbox中的Spatial Analyst工具→水文分析→流量命令,在出现的对话框中将输入流向栅格数据指定为FlowDir_Fill1 ,截图如下:

确定后得到流水累积量栅格:

FlowAcc_Flow1

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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→Spatial Analyst工具→地图代数→栅格计算器,在[地图代数表达式]中输入公式:

Con("FlowAcc_Flow1" > 800,1),输出栅格指定为:StreamNet

得到的的河流网络栅格:StreamNet

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(2) 提取河流网络矢量数

在上一步的基础上进行,打开Arctoolbox→Spatial Analyst工具→水文分析→栅格河网矢量化,按下图设定:

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确定后得到河流网络矢量数据 :

StreamT_StreamN1

StreamT_StreamN1

(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StreamT_StreamN1 。

通过打开StreamT_StreamN1属性表,并选择属性表的所有行选择图层StreamT_StreamN1中的所有要素,也可用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

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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[最大允许偏移]:

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。关闭“编辑器”和“高级编辑”窗口,

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比较平滑处理后的数据(第10页)与没有进行处理过的数据(第8页):平滑处理后的数据的线条比较平滑,而没有进行处理过的数据的线条是折线且不平滑。

平滑后的河流网络矢量图层如下图所示:

平滑后的河流网络矢量图层

5.流域分析

在上一步的基础上进行,打开Arctoolbox→Spatial Analyst工具→水文分析→分水岭,设定:在出现的对话框中将“输入流向栅格数据”参

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数指定为“FlowDir_Fill1”,“输入栅格数据或要素倾泻点数据”参数指定为 “FlowAcc_Flow1”,如下面截图:

确定后得到流域栅格:Watersh_Flow1

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打开Arctoolbox→转换工具→有栅格转出→栅格转面,执行“栅格转面”命令,按下图所示指定参数:

确定后,开始转换:

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得到矢量数据:RasterT_Watersh1

RasterT_Watersh1

其局部放大,截图见下页:

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RasterT_Watersh1

5. 其它应用--降水分析(选做)

在ArcGIS 10.0版本中,我没找到与实验指导书上所说的与“降水分析”相关的命令。

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