ArcGIS水文分析实战教程（2）ArcGIS水文分析工具的基本原理

ArcGIS水文分析实战教程（2）ArcGIS水文分析工具的基本原理

作为成熟的GIS软件，ArcGIS提供了相当不错了水文分析工具。包括在spatial扩展中提供的水文分析工具集和地下水分析工具；如果还关注ArcGIS周边，还能发现美国还有一个团队在一直维护ArcHydro工具集。ArcGIS软件在地表水分析方面的研究成果还是相当不错的，目前已经非常成熟；地下水分析方面还处于起步阶段，只提供少有的几个工具；而ArcHydro则是免费的专业级别的水文分析工具集合。
本章节主要介绍ArcMap中原生的水文工具集，力求让广大读者了解其运作原理。了解原理之后才能制定其分析流程。 BY 李远祥

了解ArcGIS水文分析工具

ArcGIS在其ArcToolBox中提供了水文分析工具集，其作用主要是模拟地表水形成径流的过程，并利用这一模拟过程实现河流、出水口以及流域的提取。由于水文分析工具集在spatial工具箱中，因此要运行它，必须具备spatial扩展授权。

水文分析工具集提供总计11个工具，如下图

因为DEM是连续的栅格数据，ArcGIS软件默认给定的是灰白的渲染模式，因此，如果不看其图例，一般人是不清楚DEM数据表达的地形的。

换算的方法在前面DEM介绍部分已经说明清楚，读者可以往上翻页再次浏览。ArcGIS的官方文档是不会对这些换算的方法进行说明，因为它面向的是偏计算机专业的人员，水文专业人员可能会对此比较难以理解。

工具中的水文学术语

在ArcGIS水文分析工具11个分析工具中，只有河流链接、河 分级、分水岭、河流长度 这几个才是直接对接水文学术语。

河流连接

ArcGIS官方帮助写得相当羞涩难懂，其工具解释如下

向各交汇点之间的栅格线状 络的各部分分配唯一值。

基本上单看帮助说明，不管是GIS人员还是水文专业人员都不知道所云。再看其插图，基本上可以看出其具体作用，就是针对一定流量的径流进行交互连接。如下图所示

河 分级

河 分析是根据水系的连接情况进行等级划分。ArcGIS的这个工具基本上可以跟水文学能够完全对接。但它只支持水文学上最常用的两种分级模式–斯特拉勒（STRAHLER）和施里夫（SHREVE）分级方法。

这里的分级方法与传统的地理学河流分级不一样。地理学上大江大河定义为一级，如长江、黄河、珠江这些定义为一级河流；西江属于珠江的一个大支流，定义为二级河流，如此类推。这只是方便水利主管单位对流域进行管理去定义的，在水文分析中这种定义方式没有太大的使用价值。

在水文学上主要使用以下几种分级模式

1. 格雷夫利厄斯(Gravelius)分级法
   格雷夫利厄斯(Gravelius)分级法有点类似中国传统的河流分级定义，水系中最大的主流为1级，直接汇入1级河流的水系为2级，依次类推直到分级完成。

2. 霍顿（Horton）分级法
   霍顿（Horton）分级法将最小的没有分支的水系定义为1级，只接纳1级河流的水系定义为2级，只接纳2级河流的水系定义为3级，如此类推直到定义完成。

3. 斯特拉勒（STRAHLER）分级法
   斯特拉勒（STRAHLER）分级法，没有支流汇入的水系定义为1级别，两个相同级别的水系汇入某一河流时，河流等级增加1级；如果等级不同，则以最大等级的河流相同。依次分级完成所有定义。

4. 施里夫（SHREVE）分级法
   施里夫（SHREVE）分级法有点类似累计分级，将没有支流的水系定义为1级，多个支流汇入，将其级别相加作为汇入河流的级别。如此类推直到分级完成。

5. 沙伊达格分级法
   沙伊达格分级法是施里夫分级法的一个变种，分级方式与施里夫方法一致，只是将没有支流的河流定义为2级，这样所有的河流级别都是偶数。

以下是各种河 分级的示意图

水流长度

水流长度工具的主要用途是计算给定盆地内最长水流的长度。这个跟水文学上的定义可以对上。

本章总结

本章主要是针对ArcGIS中的水文分析工具的一些基本原理和方法，对应水文学的一些相关原理进行论述。希望能通过一些简单的对照，能够帮助GIS和水文分析人员增强对行业和工具理解，能够在后续的分析工作更加精准的设置工具的参数，正确使用工具来辅助分析决策。