ArcGIS水文分析实战教程（10）河流平均比降计算

ArcGIS水文分析实战教程（10）河流平均比降计算

本章导读：河流比降指的是河流任意两端点间的高程差与两点间的水平距离之比值，简单的概括为单位河长内的落差，其单位一般都是‰ 。 河流（纵）比降对地质灾害、水运、水电、矿砂和新构造运动研究有实用价值。比降是水文学上重要的一项指标。在绝大部分的GIS通用平台上，都没有实现平均比降的计算，原因在于计算比降的条件比较苛刻，不符合通用GIS的要求。本章同样是一个实操章节，笔者将会利用ArcGIS软件，结合其ArcPy编写一个平均比降计算的工具，在通用GIS软件上实现河流平均比降计算。 BY 李远祥

河流比降

河流比降是很多水文研究者研究的内容，其水文意义非常的大。这里研究的河流比降指的是河流的纵比降，是河流任意两端点间的高程差与两点间的水平距离之比值，即单位河长的落差。

正是因为直接表达的是单位河长的落差，所以在水文学上其最直接的影响就是流速，带来更多的水动力引发的能量转移，如势能与动能的转化（涉及到水电站的建设）；河水对河床和河岸的冲刷，影响泥沙量；大面积持续降雨时，洪峰到来的时间和强度等。所以，比降在水文学上从来就不缺少话题。

河流的比降分为床面比降和水面比降。床面比降，用以表示河床纵断面地形的变化；水面比降即河流中任意两端点间的瞬时水面高程差与其相应水平距离之比，用以表明河流全程或分段的水面坡度，故又称水力坡度，通常说的河流比降就是河流水面比降。

在恒定均匀流情况下，水面坡度恰好等于河底坡度。所以，在没有大量断面数据支撑的情况下，根据地形和河流线型去研究的河流比降都是床面比降。

笔者在这里研究的都是床面比降，因为只考虑地形与河流本身的几何形状，没有任何的站点数据支撑。但在非洪水情况下，这个床面比降与水面比降基本上是吻合的。

在河流相距较短的两个点上计算河流比降，意义不是十分大。一般需要计算的是整个河流或者某一河段的平均比降，这对于空间跨度较大的河流来说才有研究价值。

本章研究的内容也就是河流（段）的平均比降。研究河流平均比降的方法有几种，比较流行的是【约翰斯通-克罗斯】法。其原理是根据比降大致均匀的原则，将河段划分为若干个子河段，然后去计算整体的平均比降。其公式如下：

下图黄线部分是简化节点后的河流线，红线是没有简化节点的河流线，其形状基本上是重合的，而且在关键的河流节点上，也是完全重合。

河流平均比降工具使用

可以将上面的python代码制作成为脚本工具，方便在ArcGIS中进行可视化的调用。工具的制作可以参考笔者另一篇博文《ArcMap自定义脚本工具制作》，里面有详细的论述。

该工具用到的ArcGIS工具涉及到ArcInfo级别 和 Spatial 扩展模块，请先确保ArcGIS软件具备相应的授权。

制作好工具之后可以双击调用该工具了，【约翰斯通-克罗斯】法需要用到无凹陷点DEM和河流线型数据。

从上面代码可以看到，工具会判断选中的河流数量，如果数量大于1，就不作计算，确保计算的是某一河段。ArcGIS的交互性非常的优秀，只要选中某一条河流，就会将选中的部分作为参数输入。

对应工具的流程，这里第一步需要选中要分析的一条河流。如下图

总结

水文分析是一个复杂的过程，需要有深厚的水文学基础作为背景。而GIS是一个通用工具，提供非常庞大的分析功能。二者要结合起来，不但需要学习两个专业的知识，还需要具备知识整合的能力。

代码和制作ArcGIS工具的方法已经在文中贴出来了。读者可以自行参考制作。当然想省事的话，笔者也已经上传制作好的工具，可以点击跳转到 下载页面 。为了加强交流，防止伸手，多动手操作，笔者已经将下载分值设置为最高分10分。 积分不够的读者请多动手制作 ^_