利用ArcGIS水文分析工具提取河网

### 利用ArcGIS水文分析工具提取河网的关键步骤及应用 #### 一、概述 在地理信息系统（GIS）领域，ArcGIS是一款非常强大的工具，广泛应用于各种地理数据分析任务中，尤其是水文分析方面。本文详细介绍如何使用ArcGIS中的水文分析工具来提取河网。这一过程涉及到多个步骤和技术要点，对于地理空间数据处理和水资源管理有着重要意义。 #### 二、准备工作 在正式开始之前，确保具备以下条件： 1. **栅格DEM**：即数字高程模型（Digital Elevation Model），这是提取河网的基础数据。可以通过多种方式获取DEM，如等高线数据转换、遥感影像处理等。 2. **ArcGIS软件**：确保安装了ArcGIS软件，并且拥有Spatial Analyst扩展模块的许可。 #### 三、关键步骤详解 ##### 1. 洼地填平 洼地是指DEM上的局部低洼区域，它们可能是真实存在的洼地，也可能是由于数据采集误差造成的虚假洼地。洼地填平的主要目的是消除这些虚假洼地，确保水流能够顺畅流动。操作步骤如下： - 使用ArcToolBox中的“Spatial Analysis Tools”下的“Hydrology”工具箱中的“Fill”工具进行填平操作。 - 输入原始DEM作为源数据。 - 输出结果为填平后的DEM。 ##### 2. 水流方向计算 水流方向计算是基于填平后的DEM进行的，目的是确定每个像元的水流方向。这一步骤对于后续的水流积聚计算至关重要。具体操作如下： - 在ArcToolBox的“Spatial Analysis Tools”下的“Flow Direction”工具中输入填平后的DEM。 - 输出结果为水流方向栅格数据。 ##### 3. 水流积聚计算 水流积聚是指水流在流经地形表面时，其流量逐渐增加的过程。通过计算水流积聚，可以识别出河网的位置。具体步骤如下： - 使用“Spatial Analysis Tools”下的“Flow Accumulation”工具，输入上一步得到的水流方向栅格数据。 - 输出结果为水流积聚栅格，从中可以初步识别出河网的分布。 ##### 4. 提取河网栅格 根据水流积聚的结果，需要设置一个阈值来区分河网和非河网区域。这一阈值的选择取决于具体的应用场景和数据情况。一般而言，可以选取积聚值较高的像素值作为阈值。具体步骤如下： - 使用ArcGIS的栅格计算器功能，将所有大于阈值的像素值设置为1，其余像素值设为0。 - 输出结果为仅包含0和1值的栅格数据，其中1代表河网位置。 ##### 5. 生成河网矢量 为了便于进一步的分析和应用，需要将提取的河网栅格数据转换为矢量格式。操作步骤如下： - 使用“Spatial Analysis Tools”下的“Stream to Feature”工具，输入步骤4得到的0/1值栅格数据和水流方向栅格数据。 - 输出结果为河网矢量数据。 ##### 6. 矢量河网处理 由于矢量化过程中会产生大量短小的线段，需要进一步处理以优化河网矢量数据。可以通过属性查询的方式筛选出GRID_CODE为1的部分，并将其导出为最终的河网矢量数据。 #### 四、高级应用 ArcGIS Spatial Analyst提供的水文分析工具不仅仅限于河网提取，还包括一系列其他功能，如： - **汇水量计算工具**（Flow Accumulation）：用于计算每个像元的汇水量。 - **汇水方向计算工具**（Flow Direction）：确定水流的方向。 - **流长计算工具**（Flow Length）：计算水流路径长度。 - **填充**（Fill）：用于洼地填平。 - **下沉接收**（Sink）：识别并处理洼地。 - **水系**（StreamLink）：构建水系网络。 - **水系级别**（StreamOrder）：确定水系的等级。 - **水系至特征**（StreamToFeature）：将水系栅格转换为矢量。 - **分水岭**（Watershed）：定义流域边界。 - **达西流量**（Darcy Flow）：模拟地下水流动。 - **颗粒物跟踪**（Particle Track）：追踪颗粒物流动路径。 - **多孔喷嘴**（Porous Puff）：模拟水中物质扩散。 #### 五、结论 通过上述步骤，我们可以有效地使用ArcGIS中的水文分析工具来提取河网，并进一步对其进行矢量化处理，为后续的水资源管理和环境研究提供基础数据支持。此外，ArcGIS还提供了丰富的工具集，可以满足不同层次的需求，有助于更深入地理解和利用水文数据。