基于DEM的ARCGIS水文分析原理与算法

"ARCGIS 水文分析功能" 在ARCGIS中，水文分析功能是一项重要的应用，它基于数字高程模型(DEM)对地表水文过程进行模拟和研究。DEM是流域分析的关键数据，包含了地形和地物的详细高度信息。自20世纪60年代起，许多研究已经探索了如何使用DEM来提取流域的水文特征。 在ARCGIS的水文分析中，Shreve提出的流域结构模式被广泛应用。这一模式将流域看作一个由根节点构成的树状图，包括结点集（沟谷结点和沟谷源点）和界线集（沟谷段集和分水线段集）。这种结构允许我们清晰地定义和理解流域内的沟谷网络、分水线网络以及子流域的划分。 在进行水文分析时，流向判定是一个核心步骤。ARCGIS通常采用3×3的DEM栅格网进行判断，分为单流向法和多流向法。单流向法是最常见且简单的方法，尤其是D8法。D8法认为每个栅格单元的水流仅流向相邻8个单元中的一个，流向取决于与中心栅格间距离权落差最大者，即最陡坡度方向。这种方法假设地表不透水，降雨均匀，水流总是流向低洼处。 除此之外，还有其他流向判定方法，如Rho8、DEMON和D∞法等，每种方法在特定情况下可能有其优势。例如，D∞法考虑了所有可能的流向，提供了一种更加灵活的流向计算方式。 ARCGIS通过这些算法和模型，能够进行诸如流域边界提取、汇流分析、坡度计算、流向模拟等一系列水文分析任务，帮助研究人员和专业人员更好地理解和预测地表水流动态，对于水资源管理、洪水预警、环境影响评估等领域具有重要作用。 在实际操作中，用户可以利用ARCGIS的工具，结合DEM数据，通过窗口滑动等方法，逐个处理计算单元，以构建完整的水文模型。这些工具通常包括坡度图、流向图、流域边界图等，使复杂的水文学问题得以可视化和量化。 ARCGIS的水文分析功能是地理信息系统在水文学应用中的重要组成部分，它利用先进的算法和模型，结合数字高程模型，为水文研究和流域管理提供了强大的支持。