【ArcGIS】05 流域提取

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【ArcGIS】05 流域提取

2024-06-06 06:29| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录作者简介1 题目要求2.1 计算流域面积2.1.1 Hydrology方法2.1.2 Arc Hydro Tools方法2.1.3 ArcHydroTools和Hydrology方法对比 2.2 “高程带-面积”关系图2.3 高程变异系数分布图3 原始数据

作者简介

很高兴认识您！我叫卢家波，河海大学水文学及水资源博士研究生，研究兴趣为高效洪水淹没预测、洪水灾害预警、机器学习、替代模型和降阶模型。变化环境下，极端洪水事件多发，我希望能通过研究为水灾害防御做出贡献，为人民服务。欢迎交流讨论和研究合作，vx Jiabo_Lu。主页 https://lujiabo98.github.io 简历 https://lujiabo98.github.io/file/CV_JiaboLu_zh.pdf 博客 https://blog.csdn.net/weixin_43012724?type=blog 来信请说明博客标题及链接，谢谢。

1 题目要求

根据提供的DEM、河流图层数据，以及列麦乡站的站点(92°34‘11.66“，28°25’57”)位置。 ①分别采用Hydrology方法和Arc Hydro方法，计算列麦乡站以上的流域面积（km2），并对比分析两种方法的适用性；其中， DEM Reconditioning试用不同的AGREE参数（如缺省参数5、10、1000）（5、10、50）（5、10、500）的效果（应依DEM精度、不同高程变化设置参数） ②制作该流域“高程带-面积”的关系图（3400m开始，每100m一个高程带）（可用ArcGIS视图/图表功能表示，或导出数据用Excel做图表示）。 ③制作该流域高程变异系数（网上查计算方法）分布图，并给出高程变异系数最大的TOP10个点的位置图？

2.1 计算流域面积 2.1.1 Hydrology方法

使用ArcGIS打开3.mxd文档，如下图所示：在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>流向，输入XBXQ-DEM1.img，计算未处理DEM的流向，输出flowdir0。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>汇，输入flowdir0，输出sink_flowdir0。通常的DEM都不是能够直接构成理想水文汇流路径的。洼地和伪洼地的存在影响这数字水系的连续性。Sink工具进行洼地搜索并计算洼地深度。基于原始DEM的坡向，经过求洼后的洼地分布图。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>填洼，输入XBXQ-DEM1.img，输出fill_DEM。用填洼工具将洼地点的高程值设为与其相邻点的最小高程值，这样迭代直到填平所有的洼地，填洼后形成了新的经过修正无凹陷DEM。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>流向，利用FILL后的新的DEM重新计算流向，输入fill_DEM2，输出flowdir1。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>流量，输入flowdir1，输出flowacc。利用流量命令计算出每个格网上游累积汇流数，越是上游的格网累积量越小；越处于下游累积数越大。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>条件分析>条件函数，设定阈值，假定100个格网的坡面流可以形成河道形态，采用ArcGIS 栅格地图代数运算方法，计算属于河道的格网。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>盆域分析，输入flowdir1，输出basin_flow，用彩色表示自然流域。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>捕捉倾泻点，输入列麦乡站和flowacc，输出SnapPou，根据指定的水文站来捕获一定距离范围内最低的出水口点。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>水文分析>分水岭，输入flowdir1和SnapPou，输出watershed1。分水岭命令是指定集水区的提取，可利用水文站的站点数据获取水文站上游流域范围。在这里插入图片描述

ArcToolbox>转换工具>由栅格转出>栅格转面，输入watershed1，输出watershed2。把DEM生成的栅格形式的河网数据、流域范围转换成矢量shp数据形式，便于利用GIS工具进行进一步的应用和处理。在这里插入图片描述

打开watershed2图层属性表，添加Area字段，计算几何面积，流域面积为3271.129299km2。在这里插入图片描述

2.1.2 Arc Hydro Tools方法

右键ArcGIS窗口，勾选Arc Hydro Tools工具箱。ApUtilities > Set Target Locations > HydroConfig, 设置数据存放路径，栅格放在文件夹Layers，矢量放地理数据库：3.gdb，注意路径中不能有中文，否则会报错。在这里插入图片描述

选择Terrain Preprocessing > DEM Reconditioning，根据已有水系mainriver对初始DEM XBXQ-DEM1.img进行修复，生成AgreeDEM。在这里插入图片描述

试用不同的AGREE参数（缺省参数5、10、1000）（5、10、50）（5、10、500）的效果如下图所示：默认参数：在这里插入图片描述

5、10、50：在这里插入图片描述

5、10、500：在这里插入图片描述

选择默认参数生成的AgreeDEM1000进行下一步。 Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > DEM Manipulation > Fill Sinks，生成Fill。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing – Flow Direction，生成流向数据Fdr。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Flow Accumulation，计算累积矩阵Fac。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Stream Definition，生成河流Str。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Stream Segmentation，生成分段河流StrLnk。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Catchment Grid Delineation，进行流域划分Cat。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Catchment Polygon Processing，生成子流域面要素Catchment。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Drainage Line Processing，河道矢量化生成汇流线DrainageLine。在这里插入图片描述

Arc Hydro Tools > Terrain Preprocessing > Adjoint Catchment Processing，调整子流域，输出AjointCatchment。在这里插入图片描述

导入流域出口站列麦乡站。文件>添加数据>添加XY数据，导入列麦乡站点坐标。在这里插入图片描述

根据列麦乡站点出流域出口。首先放大图形到站点位置，再点击图标绘制流域出口点，选择距离站点最近的河道点出流域出口。在这里插入图片描述

对整个数据框添加投影，使用CGCS2000_3_Degree_GK_CM_93E。在这里插入图片描述

在Watershed属性表添加字段Area，计算几何面积，单位为km2。在这里插入图片描述

计算得到列麦乡站以上流域面积为5502.052265km2。在这里插入图片描述

使用AGREE参数（5、10、50）计算得到列麦乡站以上流域面积为3198.270868km2。在这里插入图片描述

使用AGREE参数（5、10、500）计算得到列麦乡站以上流域面积为4459.910588km2。在这里插入图片描述

2.1.3 ArcHydroTools和Hydrology方法对比

1.ArcHydroTools先根据已有水系修复初始DEM，而Hydrology直接从填洼开始，没有根据已有水系对DEM进行修复。 2.ArcHydroTools生成子流域后时可以通过执行Adjoint Catchment Processing来调整子流域，将具有相同出口的子流域进行合并，Hydrology没有这个功能。 3.ArcHydroTools将水系、流域的栅格转矢量工具也添加进来，使得输出数据形式更多样，Hydrology生成的数据则基本上为栅格，需要通过其它工具来转换为矢量。 4.两种工具提取水系的结果很大程度取决于水系判别时提供的累积网格数，该参数越大，水系越简化，反之参数越小，水系越精细。 5. ArcHydroTools功能更多，更贴近实际的水文工作，但提取的流域依赖于AGREE参数的选取，对流域面积影响很大。

2.2 “高程带-面积”关系图

ArcToolbox>Spatial Analyst 工具>重分类，对XBXQ-DEM1.img进行重分类，从3400开始，每隔100m为一高程带，输出为Reclass。在这里插入图片描述

数据管理工具>投影与变换>栅格>投影栅格，为Reclass添加投影。在这里插入图片描述

双击Reclass，打开属性表，添加字段Area。在这里插入图片描述

使用字段计算器计算面积，各高程带面积为带内像元个数*像元面积。像元面积大小为876.044835m 876.044835m。在这里插入图片描述

添加文本类型字段band，说明高程带所在分级。在这里插入图片描述

打开字段计算器，输入python表达式，为band字段批量赋值。在这里插入图片描述

视图>图表>创建图标，制作高程带-面积关系柱状图。在这里插入图片描述

2.3 高程变异系数分布图

高程变异系数是地表一定距离范围内，高程标准差与平均值的比值，反映地表宏观区域高程的相对变化。 Spatial Analyst工具>邻域分析>块统计，以XBXQ-DEM.img数据作为输入数据，统计类型选择Mean，统计邻域用默认的3x3矩形表示，输出像素大小与DEM相同，输出高程平均值blockmean。在这里插入图片描述

在同一工具下，统计类型选择STD，其他参数设置与上述相同，得到高程标准差blockstd。在这里插入图片描述

ArcToolbox>Spatial Analyst工具>地图代数>栅格计算器，将blockstd像元值除以blockmean像元值，输出即为高程变异系数rastercalc分布图。在这里插入图片描述

ArcToolbox>转换工具>由栅格转出>栅格转点，将rastercalc转为点要素rasterpoint，便于统计最大值。在这里插入图片描述

打开rasterpoint属性表，对grid_code字段进行排序，选择最大的10个点。根据所选点创建图层。在这里插入图片描述

通过识别得到这10个点对应的Reclass上的像元值为（按行排列）：分别对应的高程带为： 3500>3600m ，3700>3800m ，3900>4000m 3800>3900m ，4000>4100m ，4200>4300m 4000>4100m ，4300>4400m ，4500>4600m 4300>4400m 在这里插入图片描述

3 原始数据

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