GIS水文分析
实验（五）水文分析
1.实验目的
通过Arctoolbox：水文分析工具位于[Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]之下。
2. 实验数据
DEM
2.实验步骤
◆打开ArcMap，并打开dem数据。如图所示
1. 无洼地DEM生成
（1）流向分析
方法：在ArcMap中用左键单击ArcToolbox图标，启动ArcToolbox。
打开水文分析模块。启动ArcToolbox，展开Spatial Analyst Tools工具箱，打开hydrology工具集。
双击Flow Direction工具，打开水流方向（Flow Direction）计算对话框。
Input surface data文本框中选择输入数据dem。
Output flow direction raster文本框中命名计算出来的水流方向文件名为flowdir，并选择保存路径。
在Force all edge cells to flow outward(Optional)前的复选框前打钩，所有在DEM数据边缘的栅格的水流方向全部是流出DEM数据区域。默认为不选择。这一步为可选步骤。
2 .洼地计算
①洼地计算
双击hydrology工具集中的Sink工具，弹出洼地计算对话框.
在Input surface raster文本框中，选择水流方向数据flowdir。
在Output surface raster文本框中，选择存放的路径以及重新命名输出文件为sink。
单击OK计算出洼地提取结果。
②洼地深度计算
双击hydrology工具集中的watershed工具，弹出流域计算对话框，用来计算洼地的贡献区域。
在Input flow direction raster文本框中选择水流方向数据flowdir，在Input raster or feature pour point文本框中输入洼地数据sink，在pour point field文本框中选择value。 在Output raster文本框中设置输出数据的名称为watershsink。
单击OK，进行洼地贡献区域的计算。
2）计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程。双击spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的zonal statistic工具，弹出分区统计对话框。
在Input raster or feature zonal data文本框中，选择洼地贡献区域数据watershsink； 在Input value raster文本框中输入希望进行统计分析的数据层，现在需要统计洼地贡献区域的最低高程，选dem作为value raster。
在Output raster文本框中将输出数据文件命名为zonalmin，存放路径保持不变。
统计类型选择。在统计类型选择的下拉菜单中有软件所提供的一些统计类型：分别是在分带区域中统计的每一个分带的平均值（mean）、最大值（maximum）、最小值（minimum）、分带中的属性值的变化值（rang）、标准差（std）以及总和（sum）。这里选择最小值作为统计类型。
以上设置完毕之后，单击OK，完成计算。
3）计算每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程。双击spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的zonal fill工具，弹出分区统计对话框。在Input zone raster文本框中选择watershsink，在Input weight raster 文本框中选择dem，在Output raster文本框中将输出数据文件名改为zonalmax，然后单击OK，进行运算。
4）计算洼地深度。加载Spatial Analys Toolst模块，点击MapAlgebra模块的下拉箭头，点击raster calculator菜单工具，在文本框里面输入sinkdep = ( [zonalmax] - [zonalmin])，然后点击evaluate进行计算。如图所示
5)洼地填充
双击hydrology工具集中的fill工具，弹出洼地填充对话框。
在Input surface raster文本框中，选择需要进行填洼的原始数据DEM数据。
在Output surface raster文本框中设置输出文件名为filldem。
Z limit——填充阈值，当设置一个数值之后，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。单击OK。
计算流水累积量
（1）基于无洼地DEM的水流方向的计算
计算过程同上一节水流方向的计算一样，使用的DEM数据是无洼地DEM。将生成的水流方向文件命名为fdirfill。
（2）汇流累积量的计算
在得到水流方向之后，可以利用水流方向数据来计算汇流累积量。双击hydrology 工具集中的的fill accumulation工具，打开汇流累积量计算对话框。
在Input flow direction raster文本框中，选择由无洼地DEM生成的水流方向栅格数据fdirfill。
在Output accumulation raster文本框中，将数据文件名修改为flowacc。
在Input weight raster文本框中输入配权数据，如果无数据，系统默认为所有的栅格配以相同的权值1，那么计算出来的汇流累积量的数值就代表着该栅
格位置流入的栅格数的多少。
点击OK，完成计算。
3. 水流长度提取（1）双击hydrology工具集中的flow length工具，弹出水流长度的计算对话框，用来计算水流长度的大小。
（2）在Input flow direction raster文本框中选择基于无洼地DEM提取出的水流方向数据fdirfill。
（3）在Output raster文本框中选择并命名输出的水流长度栅格数据文件名称。分别进行顺流计算和朔流计算，输出的数据文件命名为Flowlendown和Flowlenup。
（4）计算方向提供了两种选择，分别为Downstream（顺流计算）和Upstream（朔流
计算）。
（5）输入计算配权栅格数据。那么对于flow length来说，Downstream记录着其沿着水流方向到下游流域出水口中最长距离所流经的栅格数；Upstream则记录着其沿着水流方向到上游栅格的最长的距离的栅格数。
（6）当设置完成后，点击OK完成。
顺流方向
逆流方向
4. 提取河流网络
（1）提取河流网络栅格
河网的生成是基于汇流累积矩阵数据flowacc作为基础数据。
设定阈值，比如5000 栅格形式的河网的形成
利用ArcMap中的Spatial Analysis Tools分析模块中MapAlgebra下的Raster Calculator来计算出所有大于设定阈值的栅格Con("flowacc" > 5000,1,0)，这些栅格就是河网的潜在位置。将计算出来的栅格河网命名为streamnet
栅格河网矢量化。在hydrology工具集中提供了将上一步生成的栅格河网(重新分类)进行矢量化的工具stream to feature，通过stream to feature就可以得到矢量形式的河网图。
在Input stream raster文本框中，选择streamnet；在Input flow direction raster文本框中，输入由无洼地计算出来的水流方向数据fdirfill；在Output polyline features 文本框中将输出的数据命名为streamfeature。生成的矢量数据。
（2）流域出水点stream link的生成
Stream link基于水流方向数据和栅格河网数据计算，首先在ArcMap里将水流方向数据fdirfill和栅格河网数据streamnet打开。
双击hydrology工具集中的stream link工具，弹出stream link计算的对话框。
在Input stream raster文本框中选择streamnet，在Input flow direction raster文本框中选择fdirfill。在Output raster文本框中将输出数据名称设为StreamLink。
点击OK进行运算。
（3）河网分级
双击hydrology工具集中的stream order工具，弹出stream order计算的对话框
在Input stream raster文本框中选择streamnet，在Input flow direction raster文本框中选择fdirfill。分别用Strahler分级和Shreve分级对河网进行分级，改输出数据名称分别设为Streamostr和Streamoshr，
单击OK完成。
Strahler分级
Shreve分级
5 流域的分割
（1）流域盆地的确定
双击hydrology工具集中的basin工具，打开流域盆地计算的对话框。 输入数据为水流方向数据fdirfill，设置输出数据文件名为basin。
点击OK完成。
（2）集水流域的生成
双击hydrology工具集中的watershed工具，打开集水区域（贡献区域）计算的对话框。分别在水流方向数据和出水口数据输入的文本框中选择fdirfill和streamlink数据，在输出数据中将输出的文件名改为watershed。
点击OK，进行集水区域的计算。
地理信息系统在水文地质方面的应用
地理信息系统在水文地质方面的应用 【摘要】GIS（Geographic Information System）是运用信息技术，全面分析和管理地表空间的地理数据的专业性系统。基于我国信息化技术的发展，GIS在我国的发展时间较短。在近二十年的高速发展中，水文方面的应用也逐渐发展。本文从基本的GIS概念为切入点，主要讲述了几例在水文地质的运用。 【关键词】GIS；管理；水文 1.定义 GIS（Geographic Information System）是综合类的技术学科。是基于计算机技术的发展、遥感技术的广泛运用，再与地质学科相互辅助和结合的新型科学理论。即属于又区别于信息科学。 地理信息系统的定义最早由西方国家确定，主要目的是为了获取空间数据，并将这些数据做储存和整理，方便检索和分析，这里的数据主要指空间定位数据。对这些数据运用信息化技术进行管理，就是西方地理中心对地理信息系统的定义。在我国，对它的定义则内容涵盖的更加广泛和全面一些。国内的定义认为地理信息系统，是对承载地理信息的所有物质进行一系列的分析整理活动（数据的输入、数据的
存放、数据的修改以及进行计算和分析，再输出的过程）。这里的物质，包含文字材料、图片信息、各类型的数据。 由上，我们将地理信息系统的定义归纳总结为：针对地表空间，具有采集信息、存储数据、并能够便捷的进行维护、及时更新的功能。具有综合分析、管理和预测的特征；它的主要工具是使用计算机的软件、硬件的作用，结合地理理论知识，快速有效的分析复杂的地表空间信息。 地理信息系统的主要核心来源于计算机系统，另一方面管理和使用者则是地理信息系统表现形式和运行方式的决定者。主要内容则是通过空间的数据来体现。因此，完整的地理信息系统的构成，必须含有其核心：计算机硬件系统以及软件系统；其内容的体现：空间数据的收集。运行方式的决定者，操作人员。 2.地理信息系统的内容 （1）特定的专题信息。这一方面的内容是某一地理资源体系或地理形态的专项信息类别。是专项为某种目的服务的，具有很强的专业性和目的性。 （2）根据地域形态或区域划分不同，设定的地理信息系统。这一内容主要服务于相应的区域。是地区内对气候、资源、生态环境等地理情况的综合分析和了解的主要工具。比如国家地理信息系统。 （3）主要的系统工具。主要是计算机软件系统的工
(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。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，然后计算出这些的洼地区域的洼地深度，最后以这些洼地深度为参考而设定填充阈值进行洼地填充。 9.1.1 水流方向提取 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，水流方向便可由其中的某一值来确定， 图11.2 水流流向编码 图11.1 ArcToolBox 中的 水文分析模块
GIS在水文水资源方面的应用
水文水资源与GIS的应用 专业班级：水文与水资源10-2班 学号：3100205220 姓名：覃振贵
GIS在水文水资源方面的应用 GIS的简介 进入21世纪以来，人类社会已经全面进入信息时代，信息技术正在深刻改变着人类生活与社会面貌。作为全球信息化浪潮重要组成部分的地理信息系统的建设与应用、日益受到科技界、企业界和政府部门的广泛关注。地理信息系统、遥感技术和全球定位技术三者有机地结合，构成科学地理学日臻完善的技术体系，引起世界各国普遍的重视。其中地理信息系统是管理和分析空间数据的科学技术，它几时而准确地向地球科学工作者、各类管理与生产部门提供有关区域分析、方案优选、战略决策等方面可靠的地理信息，这就是地理信息系统的主要职能。地理信息系统正在成为IT领域重要的发展动力之一。一个完整的地理信息系统一般由硬件、软件平台、信息功能模型4 个要素组成。一般习惯将GIS 特指作为特定软件系统开发工具的通用地理信息系统平台, 而将在GIS 平台上开发的用于实际应用目的的数据、模型和计算机程序的总和称为地理信息系统, 作为一种20 世纪60 年代才开始出现的新兴技术, GIS 表现出了巨大的发展潜力, 经过30 多年的发展, 今天的地理信息系统从硬件、平台、信息、功能直到应用领域等方面都发生了革命性的变化。GIS系统应包括计算机系(软件和硬件)、地理数据库系统、操作管理人员3部分。从软件来看, GIS有数据输入系统: 负责采集、预处理和数据转换; 数据存储和检索系统: 负责组织和管理空间数据和属性数据, 以便数据查询和编辑; 数据处理和分析系统: 负责对系统中的数据进行各种分析计算, 如数据的集成、参数的计算、空间拓扑及网络分析; 输出系统: 负责打印表格、图形或绘图。 GIS 在水文水资源方面的应用 （1）GIS对水文数据信息的管理与分析由于水文数据的时空分布复杂, 涉及地形、地貌、地质构造、水文地质条件、河流水系、水文气象、土壤、植被和
ArcGIS之水文分析
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 10.0---ArcMap(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。 在上一步的基础上进行，打开【Arctoolbox】，运行工具[Spatial Anal yst 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(Flow Accumulation1>800,1)，（这里的Flow Accumulat ion1要以上一步得到的文件名为准,注意是Con,不是con,大写第一个字母，不然出错）如图： [输出栅格]指定为:StreamNet保存路径和文件名任意）
地理信息系统在水利中的应用
GIS 在水利中的应用 地理信息系统(GIS)是近几十年发展起来的对地理环境有关问题分析和研究的一门学科。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素(包括他们的地理空间分布状况和所具有的属性数据)进行存储，开发各种分析处理功能，建立有效的数据管理系统，通过对多要素的综合分析，方便快速的获取信息，满足应用和研究的需要，并能以图形和数据的方式表达结果。地理信息系统功能主要表现在以下几个方面：⑴空间系统直观描述功能：地理信息系统是现实世界的计算机模型。它采用点、线、面的方式模拟客观现实世界，同时它把特征数据与现实世界联系在一起。利用空间信息来说明对象在现实世界中所处的位置，利用专题属性信息来描述对象在现实世界中的状态。 ⑵空间分析功能；空间分析功能是地理信息系统区别于其他系统的一个显著特点，它通过空间数据的叠加分析、建立缓冲区、特征提取等空间操作功能，为用户提供大量空间分析成果。 ⑶数据管理功能：地理信息系统提供了强大的数据管理功能，它不但能管理空间数据，而且能有效地管理属性数据，实现空间数据与属性数据的统一管理，⑷属性数据的空间显示功能：地理信息系统可以把属性信息以空间分布图、图表的形式在地理图形上动态地表现出来。 地理信息系统（GIS）是一个获取、存储、编辑、处理、分析和显示地理数据的空间信息系统，地理信息系统软件技术是一类军民两用技术，广泛用于航空航天、资源、环境、通信、水利、农业和军事领域。专家说，世界上75％到80％的信息都与地理空间位置有关。作为“数字地球”的骨架支撑技术之一，地理信息系统关系到国民经济建设、社会发展和国家安全。我国水资源短缺，而且分布极不均匀。同时由于社会经济飞速发展的过程中对环境保护不力，因此在资源性缺水的同时又加上水质性缺水，水资源严重短缺又存在有水资源浪费。面对如此严峻的形势，水资源的管理工作已经被赋上了维系社会经济可持续发展的历史性
ARCGIS水文分析模型
9.4Hydrological Model 河流是重要的生态基础设施，起着物质运输、能量流动和生命涵养等重要作用。在水体污染事件频发的今天，水文分析在环境领域的研究与决策中扮演者越来越重要的角色。DEM 是描述地球表面地形地貌信息空间分布的有序数值阵列，是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。一般可以认为，DEM 是以数字的形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的数字模型，也是地形形态和地貌起伏的数字描述。DEM 是进行河网提取和水文分析的一个有效数据源，借助相应的GIS 软件，根据邻近栅格高程的对比，可以有效提取DEM 中各个栅格的流向，进而获得汇流累积量矩阵，从而提取河网。水文分析是DEM 数字地形分析的一个重要方面，基于DEM 的水文分析的主要功能是利用DEM 提取数字水系的流域范围、提取河流网络以及支流对应的汇流区间、进行河网的分级等。本节主要介绍ArcGIS 水文分析模块的应用以及ArcGIS Model Builder 流程化的数据处理方式。9.4.2无洼地DEM 的生成与水流方向的提取 数字高程模型(DEM)是以有序数值阵列来对地形表面的真实模拟。但由于DEM 的误差和一些特殊地貌形态的存在，使得DEM 表面存在一些凹陷区域。在进行DEM 水文分析时，应当先对这些凹陷区域进行填充，否则将得不到合理的水流方向，进而提取出错误的河网。利用ArcToolBox 中的[Spatial Analyst Tools]-[Hydrology]-[Fill]工具对DEM 数据进行填充，输入栅格数据为DEM ，输出栅格为Fill_dem ，对于Z Limit 不予填写，即系统默认不设阈值，所有的洼地都将被填平。对于DEM 中的某一个格网，水流方向表征的是该格网表面的降水受重力作用在地形表面约束下的离开该格网的方向，ArcGIS 中默认的水流方向处理算法是D8 算法。 图9.1 填洼后的结果如图9.2所示，将被处理的格网点X 同其最邻近的8个格网点之间的坡降进行比较，被处理格网点中心与相邻8个格网点中，落差最大的一个格网点中心之间的连线方向，定义为被处理格网点的水流方向，并且规定，一个格网点的
北京师范大学地图学与地理信息系统专业刘绍民水文气象遥感
北京师范大学地图学与地理信息系统专业刘绍民水文气象遥感 考博真题-参考书-状元经验 一、专业的设置 北京师范大学地理学与遥感科学学院每年招收博士生26人，下设课程与教学论、自然地理学、人文地理学、地图学与地理信息系统，共3个专业。 地图学与地理信息系统专业下设柏延臣、张立强的遥感与地理信息系统；阎广建的光学遥感机理与信息处理；李小文的热红外遥感；蒋玲梅的微波遥感；王锦地的定量遥感与数据同化；刘素红的3S技术集成应用；杨胜天的水资源与水环境遥感；刘绍民的水文气象遥感；孙睿的生态与环境遥感；刘慧平的地理信息系统方法与应用；张吴明的三维信息数字化。 二、考试的科目 水文气象遥感的考试科目为：①1101英语②2003遥感原理或2243自然地理学或2272大气物理③3004地理信息系统原理或3751地统计学或3759气候学 三、导师介绍 刘绍民：北京师范大学地理学与遥感科学学院教授 四、参考书目 专业课信息应当包括一下几方面的内容： 第一，关于参考书和资料的使用。这一点考生可以咨询往届的博士学长，也可以和育明考博联系。参考书是理论知识建立所需的载体，如何从参考书抓取核心书目，从核心书目中遴选出重点章节常考的考点，如何高效的研读参考书、建立参考书框架，如何灵活运用参考书中的知识内容来答题，是考生复习的第一阶段最需完成的任务。另外，考博资料获取、复习经验可咨询叩叩：肆九叁叁，柒壹六，贰六，专业知识的来源也不能局限于对参考书的研读，整个的备考当中考生还需要阅读大量的paper，读哪一些、怎么去读、读完之后应该怎么做，这些也会直接影响到考生的分数。
第二，专题信息汇总整理。每一位考生在复习专业课的最后阶段都应当进行专题总结，专题的来源一方面是度历年真题考点的针对性遴选，另一方面是导师研究课题。最后一方面是专业前沿问题。每一个专题都应当建立详尽的知识体系，做到专题知识点全覆盖。 第三，专业真题及解析。专业课的试题都是论述题，答案的开放性比较强。一般每门专业课都有有三道大题，考试时间各3小时，一般会有十几页答题纸。考生在专业课复习中仅仅有真题是不够的，还需要配合对真题最权威最正统的解析，两相印证才能够把握导师出题的重点、范围以及更加偏重哪一类的答案。 第四，导师的信息。导师的著作、研究方向、研究课题、近期发表的论文及研究成果，另外就是为研究生们上课所用的课件笔记和讨论的话题。这些都有可能成为初复试出题的考察重点。同时这些信息也是我们选择导师的时候的参照依据，当然选择导师是一个综合性的问题，还应当考虑到导师的研究水平、课题能力、对待学生的态度和福利等等。 第五，时事热点话题分析。博士生导师在选择博士的时候会一般都会偏重考查考生运用基础理论知识来解决现实热点问题的能力，这一点在初试和复试中都有体现。近几年的真题中都会有联系实际的热点分析。所以考生在复习备考时就应单多阅读一些本专业本学科的最新研究方向研究成果，权威的期刊上面“大牛们”都在关心、探讨什么话题，以及一些时事热点问题能不能运用本专业的知识来加以解释解决。 五、北师考博英语 北师的考博英语满分100分，题型有阅读、翻译和写作等。北师考博英语的整体难度介于六级和老托福之间，对词汇量有很高的要求，特别注重对形近字、意近词和固定搭配以及语法的考察。做阅读理解一定要遵守“实事求是”的原则，翻译这一个题型很容易丢分，考博资料获取、复习经验可咨询叩叩：肆九叁叁，柒壹六，贰六，要想得高分，每一天都要遵循“八步法”练习三个句子。作文对于考生的英语综合能力要求很高，要做到“厚重、灵动和美观”，复习资料建议
GIS技术在水文水资源领域中的有效运用
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/d71079565.html, GIS技术在水文水资源领域中的有效运用 作者：畅成喜 来源：《中国科技纵横》2016年第12期 【摘要】地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础的空间数据分析、处理为一体的地理信息系统。本文主要介绍GIS在水文水资源领域中六方面的主要运用：水资源方面、地下水资源勘查方面、流域面雨量计算方面、水文模拟方面、水文模拟与信息查询、防洪预警及洪水预报管理方面。 【关键词】GIS技术水文水资源运用 地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础的空间数据分析、处理为一体的地理信息系统。由于GIS技术的空间特性、对于水资源的管理与处理能力以及水的时空分布特性，在流域水资源空间数据的获取、分析、管理、模拟、显示等方面GIS技术发挥了重要的作用。 1 GIS技术及特点 随着计算机技术、遥感技术、地理科学及信息科学的发展状况而产生了GIS，该系统能够实现相关数据的采集、管理和分析功能，并形成可视化输出。GIS技术的核心是对空间数据进行相应的处理与分析的空间数据管理子系统，该空间数据的主要来自于数据的统计、遥感图像数据和实测数据等。GIS技术具有管理、处理海量数据能力、能够实现数据的提取、转化及编辑功能，进行数据集成、重构和转换等工作，可以对相应数据信息进行检索与查询，实现空间操作并对此进行相应地分析，输出检测结果，更新数据等[1]。 2 GIS技术在水文水资源领域的主要运用 2.1 水资源开发与管理规划方面的运用 目前，我国已经逐渐建立了相当多有效地GIS水资源管理系统，不仅应用于地表水的调查过程中，而且通过科学合理的手段对开发地下水进行高效地调查、精确地分析，对水资源做出科学合理的规划、使其充分利用。由于GIS系统能够明确显示个地区的水环境状况及质量变化趋势，且水资源的分布、蓄量、需求、后期预测等都与地理位置有关，所以通过GIS技术可以检测流域内水资源分布和蓄量、查询和管理水资源与人口分布和社会经济关系、对河段上下游水质空间进行分析并找出污染源，从而规划水资源的应用。 2.2 地下水资源勘查方面的运用 对于水资源科学合理地开采、规划以及管理而言，地下水资源的勘查是非常重要的一个环节。其目的主要是勘察清楚该区域内主要含水层的空间、地质分布结构以及含水层的导水性、每个含水层之间的水力联系和含水层边界等特性。对于在地表水资源的空间分布和配置这两个
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首都师范大学地图学与地理信息系统专业信息水文学与生态水文遥感考博 参考书-考博分数线-专业课真题 一、专业的设置 首都师范大学资源环境与旅游学院共招生14人，下设4个专业，分别是自然地理学、人文地理学、地图学与地理信息系统、地理教育学。 二、考试的科目 三、导师介绍 宫辉力，男，博士，教授，博士生导师。汉族，山东莱阳人，博士生导师，俄罗斯工程院院士。首都师范大学校长，资源环境与地理信息系统北京市重点实验室主任，空间信息技术联合实验室（北大方正-首都师范大学）主任。长期从事地理信息系统和遥感技术应用基础研究与教学工作。在、《中国科学》等刊物上发表论文120余篇；《城市水资源管理决策支持系统》、《1998中国特大洪灾遥感图集（中英文版）》、《地下水地理信息系统》等专著、图集十余部。获省部级及以上科技进步奖6项。 周德民，地图学与地理信息系统专业博士，现为首都师范大学资源环境学院研究员，博士生导师，中国科学院东北地理与农业生态研究所客座研究员,主要
从事基于遥感、地理信息系统支持的区域水生态环境模型研究。 张静,首都师范大学教授、博士生导师。目前主持国家及省部级项目共计7项,作为骨干成员及子课题负责人参加科技部中非国际科技合作项目、国家自然科学基金重点项目、国家"863"项目等项目的研究。获"北京市科技新星"荣誉称号,CIWEM(国际水与环境管理协会)最佳论文奖,入选高校"中青年骨干人才","市属高等学校青年拔尖人才" 育明教育考博分校解析：考博如果能够提前联系导师的话，不论是在备考信息的获取，还是在复试的过程中，都会有极大的帮助，甚至是决定性的帮助。育明教育考博分校经过这些年的积淀可以协助学员考生联系以上导师。 四、参考书目 专业课信息应当包括一下几方面的内容： 第一，关于参考书和资料的使用。这一点考生可以咨询往届的博士学长，也可以和育明考博联系。参考书是理论知识建立所需的载体，如何从参考书抓取核心书目，从核心书目中遴选出重点章节常考的考点，如何高效的研读参考书、建立参考书框架，如何灵活运用参考书中的知识内容来答题，是考生复习的第一阶段最需完成的任务。另外，考博资料获取、复习经验可咨询叩叩：捌九叁，二肆壹，二二六，专业知识的来源也不能局限于对参考书的研读，整个的备考当中考生还需要阅读大量的paper，读哪一些、怎么去读、读完之后应该怎么做，这些也会直接影响到考生的分数。 第二，专题信息汇总整理。每一位考生在复习专业课的最后阶段都应当进行专题总结，专题的来源一方面是度历年真题考点的针对性遴选，另一方面是导师研究课题。最后一方面是专业前沿问题。每一个专题都应当建立详尽的知识体系，做到专题知识点全覆盖。 第三，专业真题及解析。专业课的试题都是论述题，答案的开放性比较强。一般每门专业课都有有三道大题，考试时间各3小时，一般会有十几页答题纸。
ArcGIS Hydrology水文分析-基本原理
ArcGIS Hydrology水文分析功能介绍(1)-基本原理 1.基本原理 DEM是数字高程模型的英文简称(Digital Elevation Mode)，是流域地形、地物识别的重要原始资料。自20世纪60年代以来,在利用数字高程模型DEM提取流域水文特征,模拟地表水文过程方面,国内外都开展了大量的研究。 1.1基于DEM进行流域分析的原理 从DEM提取流域特征，一个良好的流域结构模式是确定算法的前提和关键。1967年ShreveL¨描述的流域结构模式一直被后来的水文学者所引用．并设计了一些成熟的算法。 Shreve使用一个具有一个根的树状图来描述流域结构(如图 1 流域结构模式图所示)。在这个结构中，主要包括两个部分，一部分是结点集，一部分是界线集。沟谷结合点和沟谷源点共同组成一个沟谷结点集。所有的沟谷段组成沟谷段集，形成一个沟谷网络；所有的分水线段组成分水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集和分水线段集共同组成界线集。 沟谷网络中的每一段沟谷都有一个汇流区域，这些区域由流域分水线集来控制。外部沟谷段有一个外部汇流区．而内部沟谷段有两个内部汇水区，分布在内部沟谷段的两侧。整个流域被分割成一个个子流域．每个子流域好象是树状图上的一片“叶子”。 Shreve的树状图流域结构模型是简单明确的．虽然沟谷网络的结点模型和线模型与在栅格DEM中用于表示沟谷结点和沟谷线的栅格点和栅格链之间存在着拓扑不一致性。但它给出了沟谷网络、分水线网络和子汇流区的定义，明确表达了它们之间的相关关系，成为设计流域特征提取技术的基础。
1.2 常用算法 流向判定建立在3×3 的DEM 栅格网的基础上，其方法有单流向法和多流向法之分，但单流向法因其确定简单、应用方便而应用广泛。 1.2.1 单流向法 单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出栅格，然后根据栅格高程判断水流方向。目前应用的单流向法是D8法。此外，还有Rho8 方法、DEMON 法、Lea 法和D∞ 法等。最常用的是D8 法：假设单个栅格中的水流只能流入与之相邻的8 个栅格中。它用最陡坡度法来确定水流的方向，即在3×3 的DEM 栅格上，计算中心栅格与各相邻栅格间的距离权落差（即栅格中心点落差除以栅格中心点之间的距离），取距离权落差最大的栅格为中心栅格的流出栅格。 所谓最陡坡度法的原理是假设地表不透水，降雨均匀．那么流域单元上的水流总是流向最低的地方“窗口滑动指以计算单元为中心，组合其相邻的若干个单元形成一个窗口”，以“窗口”为计算基本元素，推及整个DEM，求取最终结果。目前应用最广泛的是基于流向分析和汇流分析的流域特征提取技术。Jenson and Domingue (1988)设计了应用该技术的典型算法，该算法包括3个过程：流向分析，汇流分析和流域特征提取。 1) 流向分析：以数值表示每个单元的流向。数字变化范围是1～255。其中1：东；2：东南；4南；8：西南；16：西；32：西北；64：北；128：东北。除上述数值之外的其它值代表流向不确定，这是由DEM中洼地”和“平地”现象所造成的。所谓“洼地”即某个单元的高程值小于任何其所有相邻单元的高程。这种现象是由于当河谷的宽度小于单元的宽度时，由于单元的高程值是其所覆盖地区的平均高程，较低的河谷高度拉低了该单元的高程。这种现象往往出现在流域的上游。“平地指相邻的8个单元具有相同的高程，与测量精度、DEM单元尺寸或该地区地形有关。这两种现象在DEM 中相当普遍，Jenson and Domingue 在流向分析之前，将DEM进行填充；将“洼地”变成“平地”，再通过一套复杂的迭代算法确定“平地”流向。流向分析过程如图所示。 2) 汇流分析：汇流分析的主要目的是确定流路。在流向栅格图的基础上生成汇流栅格图．汇流栅格上每个单元的值代表上游汇流区内流入该单元的栅格点的总数，既汇入该单元的流入路径数(NIP)，NIP较大者，可视为河谷，NlP等于0，则是较高的地方，可能为流域的分水岭。
遥感及地理信息系统在水文地质中的应用
遥感及地理信息系统在水文地质中的应用 2009-04-09 13:46 一、背景介绍 卫星和飞行技术引人关注，但这一技术还很年轻。机载和星载遥感影像也以其越来越好的品质和清晰度而引起人们的重视，并且发展速度很快。最近开发的图像浏览器，如Google Earth，再次吸引了人们的目光。然而，正如“任何尖端科技都容易与魔法混淆”（Arthur Clarke, Profiles of The Future，1961），那些对遥感技术不熟悉的人很难判断遥感究竟能够解决哪些问题。在确定卫星观测的可用性时，人们对那些迷人的卫星影像的期望值往往过高。但是，如果卫星真的有这么大作用，那为什么在利用卫星技术绘制地下水流动时却出现了很多问题？ 水文地质学家认为是复杂而又缺乏认识的地质特征阻碍了地下水的遥感测量。实际上，也正是这一点限制了遥感技术在水文地质中的应用。因此，在利用遥感观测时，需要结合一些水文地质方法，如模型、假设和近似。 尽管遥感技术在解决地下问题时受到很多限制，但利用该技术比较容易获取全面的空间信息，因此，很多情况下值得考虑一用。当然，遥感数据的应用已经很广泛了，只是人们经常没有意识到罢了。例如，建立水文地质模型必不可少的数字高程模型（DEMs）就是通过机载或星载传感器获取的。 在过去的30年里，卫星遥感数据在地下水评价中的应用价值是显而易见的，从20世纪70年代早期，陆地卫星多光谱扫描仪（Landsat MSS）数据在各种区域尺度研究中的应用开始，其后是20世纪80年代的陆地卫星专题制图仪（Landsat TM）数据和人造卫星定位及跟踪系统（SPOT）数据的使用。然而，到目前为止，遥感影像数据的价格仍然很高，在地下水勘查中，只有那些大型的资助项目才有能力获取遥感数据并进行随后的解译。 在过去的10年里，遥感影像的成本明显降低，影像解译对硬件和软件的要求也有所降低。同时，普通电脑的处理速度和数据存储能力大幅度提高。此外，影像处理和解译软件的用户友好性不断提高，使得培训课程只需解释光谱信号的地质意义和遥感影像的空间特征，而不必在软件问题上花费精力。 在地质图精度不高和野外数据不足的地区，遥感无疑是水文地质勘查的重要手段。卫星影像的价格较之以前有所降低，因此，即使在已经完成填图的地区，也可以利用遥感影像来揭示以前被忽略的地质构造和岩性特征，以便更好的认识水文地质系统，实现地下水资源的高效持续利用。 本文旨在概述遥感技术在水文地质学中的应用及其局限性。希望文中涉及的众多遥感类文章能对读者有所启发，促进遥感这一有力的工具在各个研
ArcGIS之水文分析
ArcGIS之水文分析
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 10.0---ArcMap(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！
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
ArcGIS水文分析
实验四、水文分析-DEM应用 专业年级：地信071姓名：王媛媛学号：06407024 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DEM DEM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。目前水流长度的提取方式主要有两种，一种是顺流计算（Downstream），一种是朔流计算（Upstream）。顺流计算是计算地面上每一点沿水流方向到该点所在流域出水口最大地面距离的水平投影；朔流计算者是计算地面上每一点沿水流方向到其流向起点间的最大地面距离的水平
《地理信息系统原理与应用》读书心得
《地理信息系统原理与应用》读书笔记 《地理信息系统原理与应用》系统介绍了地理信息系统的基本原理、方法及其在水利学科中的应用。全书由两大部分组成，前6章阐述了地理信息系统的基本原理和方法，主要内容包括：地理信息系统的基本概念、组成和功能，地球椭球体模型、空间坐标系和地图投影等地理空间基础知识，空间数据模型与数据结构，数据获取及处理方法，空间数据库，空间分析原理与方法。后4章介绍了地理信息系统在水利学科中的应用，主要内容包括：GIS工程设计与开发过程，GIS 在水文科学、洪水管理和水土保持中的应用。 《地理信息系统原理与应用》可作为普通高等院校水利、地质、土地资源管理、城市规划、环境科学等相关专业本科生的教材，也可作为相关专业研究生和科技工作者的参考书。 一、绪论 数据——输入到计算机并能为计算机进行处理的一切现象（数字、文字、符号、声音、图像等），是在计算机环境中描述实体或对象的唯一工具，是用以载荷信息的数学符号的集合，是未经加工的原始资料。信息——是数据处理上的最终产品，具体而言，是经过收集、记录、处理、以可检索形式存储的事实或数据。信息资源——狭义上指信息内容本身（包括信息载体，因为信息内容不能脱离信息载体单独存在），而广义上除了指信息内容，还包括与其紧密相连的信息设备、信息人员、信息系统、信息网络等。分类标准：运营机制和政策机制（政府信息资源、为政府收集和生产的信息资源、商业企业信息资源、地理信息资源、社会信息资源、公益性信息资源），信息增值状态（基础性信息资源、增值性信息资源），信息资源的所有权（公共信息资源、私有信息资源、受控信息资源）信息系统——以提供信息服务（对数据和信息进行采集、存储、加工、再现，并能回答用户的一系列问题）为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。四大基本功能：数据采集、管理、分析和表达。特点:1.涉及的数据量大。（大部分存放于辅助存储器，内存值暂存当前处理数据）2.绝大部分数据是持久的，
GIS水文分析
实验（五）水文分析 1.实验目的 通过Arctoolbox：水文分析工具位于[Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]之下。 2. 实验数据 DEM 2.实验步骤 打开ArcMap，并打开dem数据。如图所示 1. 无洼地DEM生成 （1）流向分析 方法：在ArcMap中用左键单击ArcToolbox图标，启动ArcToolbox。 ArcToolbox，展开Spatial Analyst Tools工具箱，打开hydrology工具集。 Flow Direction工具，打开水流方向（Flow Direction）计算对话框。 Input surface data文本框中选择输入数据dem。 Output flow direction raster文本框中命名计算出来的水流方向文件名为flowdir，并选择保存路径。 Force all edge cells to flow outward(Optional)前的复选框前打钩，所有在DEM数据边缘的栅格的水流方向全部是流出DEM数据区域。默认为不选择。这一步为可选步骤。
2 .洼地计算 ①洼地计算 hydrology工具集中的Sink工具，弹出洼地计算对话框. Input surface raster文本框中，选择水流方向数据flowdir。 Output surface raster文本框中，选择存放的路径以及重新命名输出文件为sink。 OK计算出洼地提取结果。
②洼地深度计算 hydrology工具集中的watershed工具，弹出流域计算对话框，用来计算洼地的贡献区域。 Input flow direction raster文本框中选择水流方向数据flowdir，在Input raster or feature pour point文本框中输入洼地数据sink，在pour point field 文本框中选择value。 Output raster文本框中设置输出数据的名称为watershsink。 OK，进行洼地贡献区域的计算。
遥感和地理信息系统在水文模型中的应用
遥感和地理信息系统在水文模型中的应用 何延波 杨 琨 (中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳,550002) (贵州省国土资源整治和灾害预测遥感开放研究中心,贵阳,550002) 摘 要 在讨论了水文模型的分类系统之后,论述了当今(半或准)分布式水文模型迅速 发展的原因,展示了遥感(RS )和地理信息系统(GIS )在水文模型研究中的广阔应用前景。 关键词 遥感(RS ) 地理信息系统(GIS ) 水文模型 第一作者简介 何延波 男 1968年生 博士 从事遥感地球化学研究工作 50年代以来,在计算机大量引入水文研究领域后,开始采用数学、物理方法来模拟径流形成过程,建成数学模型,作出流域产汇流计算,在水文计算和水文预报等方面发挥了很好的作用,先后提出了许多流域产汇流模型。 60年代至80年代中期,是水文模型蓬勃发展的时期。在此期间,一些比较著名的水文模型相继提出并得到了相应的应用。如SSARR 模型、Standford 模型、Sacramento 模型、USDAHL 模型、TAN K 模型、SHE 模型等。我国也在对流域水文研究的基础上自行研制了多种模型,著名的、被联合国教科文组织推举为世界十大水文模型之一的新安江模型(Xin ’anjiang )就是其中之一。 80年代后期至今,虽然没有较大影响的新水文模型出现,但由于新技术、新方法的出现及其在水文模型中的应用,如遥感(RS )、地理信息系统(GIS )等,致使原有的水文模型在其结构上作了适当的调整以适应新技术和新方法的应用,出现了分布式、半(准)分布式水文模型的概念,促进了水文模型的发展。 1 水文模型的分类 1.1 物理模型与数学模型 由于流域的水文地质过程复杂多样,在对其进行模拟时可采用物理模拟和数学模拟两种方法。物理模拟是一种比例尺模拟,它根据相似率对原型的物理进行定性或定量的分析研究。数学模拟是在已了解流域的径流形成的物理机制的基础上,运用物理定律建立其数学描述方程(微分或偏微分方程),然后求解出各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。 与物理模型相比,由于数学模型无相似律问题,而且其边界条件及其它条件即可严格控制,也可随时按实际需要改变,因而数学模型具有通用性强、抗干扰性能理想、研制费用相对比较便宜以及运行管理费用更加便宜的特点。因此,在研究流域的径流形成规律上,人们多采用数学模型。通常文献上所指的水文模型是数学模型,本文所指的水文模型也是指水文地质研究中的数学模型。 1.2 集总式与(半或准)分布式水文模型 在进行水文模拟时,需要对复杂多样的水文地质过程进行适当的概化和简化,并作出一些假1998年6月15日收稿。 9 91999年第27卷第2期Vol.27,No.2,1999 地 质 地 球 化 学GEOLO GY 2GEOCHEMISTR Y
基于ArcGIS的水文分析原理
1基本原理 DEM是数字高程模型的英文简称(Digital Elevation Mode)，是流域地形、地物识别的重要原始资料。自20世纪60年代以来,在利用数字高程模型DEM提取流域水文特征,模拟地表水文过程方面,国内外都开展了大量的研究。 1.1基于DEM进行流域分析的原理 从DEM提取流域特征，一个良好的流域结构模式是确定算法的前提和关键。1967年ShreveL¨描述的流域结构模式一直被后来的水文学者所引用．并设计了一些成熟的算法。 Shreve使用一个具有一个根的树状图来描述流域结构(如图1所示)。在这个结构中，主要包括两个部分，一部分是结点集，一部分是界线集。沟谷结合点和沟谷源点共同组成一个沟谷结点集。所有的沟谷段组成沟谷段集，形成一个沟谷网络；所有的分水线段组成分水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集和分水线段集共同组成界线集。 图1 流域结构模式图 (a) (b) (c) (f) (d) (e) (g) (h) 沟谷网络中的每一段沟谷都有一个汇流区域，这些区域由流域分水线集来控制。外部沟谷段有一个外部汇流区．而内部沟谷段有两个内部汇水区，分布在内部沟谷段的两侧。整个流域被分割成一个个子流域．每个子流域好象是树状图上的一片“叶子”。 Shreve的树状图流域结构模型是简单明确的．虽然沟谷网络的结点模型和线模型与在栅格DEM中用于表示沟谷结点和沟谷线的栅格点和栅格链之间存在着拓扑不一致性。但它给出了沟谷网络、分水线网络和子汇流区的定义，明确表达了它们之间的相关关系，成为设计流域特征提取技术的基础。
1.2常用算法 流向判定建立在3×3 的DEM 栅格网的基础上，其方法有单流向法和多流向法之分，但单流向法因其确定简单、应用方便而应用广泛。 1.2.1单流向法 单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出栅格，然后根据栅格高程判断水流方向。目前应用的单流向法是D8法。此外，还有Rho8 方法、DEMON 法、Lea 法和D∞法等。最常用的是D8 法：假设单个栅格中的水流只能流入与之相邻的8 个栅格中。它用最陡坡度法来确定水流的方向，即在3×3 的DEM 栅格上，计算中心栅格与各相邻栅格间的距离权落差（即栅格中心点落差除以栅格中心点之间的距离），取距离权落差最大的栅格为中心栅格的流出栅格。 所谓最陡坡度法的原理是假设地表不透水，降雨均匀．那么流域单元上的水流总是流向最低的地方“窗口滑动指以计算单元为中心，组合其相邻的若干个单元形成一个窗口”，以“窗口”为计算基本元素，推及整个DEM，求取最终结果。 目前应用最广泛的是基于流向分析和汇流分析的流域特征提取技术。Jenson and Domingue (1988)设计了应用该技术的典型算法，该算法包括3个过程：流向分析，汇流分析和流域特征提取。 1)流向分析：以数值表示每个单元的流向。数字变化范围是1～255。其中1：东；2：东南；4南；8：西南；16：西；32：西北；64：北；128：东北。除上述数值之外的其它值代表流向不确定，这是由DEM中洼地”和“平地”现象所造成的。所谓“洼地”即某个单元的高程值小于任何其所有相邻单元的高程。这种现象是由于当河谷的宽度小于单元的宽度时，由于单元的高程值是其所覆盖地区的平均高程，较低的河谷高度拉低了该单元的高程。这种现象往往出现在流域的上游。“平地指相邻的8个单元具有相同的高程，与测量精度、DEM单元尺寸或该地区地形有关。这两种现象在DEM 中相当普遍，Jenson and Domingue 在流向分析之前，将DEM进行填充；将“洼地”变成“平地”，再通过一套复杂的迭代算法确定“平地”流向。流向分析过程如图所示。