A r c g i s 下 下 DEM 資料進行水文分析（二）
A r c g i s 下 DEM 資料進行水文分析（二）
相關應用：
DEM 水文分析（一）
DEM 之坡度坡向分析
工具/原料
B IGEMPA 地圖下載器（全能版已授權）
2. G lobal Mapper 14. 1
A R CGIS
方法/步驟
通過 B I G E M A P 下載高程資料
1. 啟動 B I GEMAP 地圖下載器軟體，檢視左上角是否顯示【已授權：所有地圖】，如果沒有該顯
示，請聯絡我們的客服人員。如下圖所示：
2. 選擇左上角屬性選項，選擇【高程】，如下圖：
選在你要的區域，雙擊下載，如下圖所示：
選擇下載的級別，建議儘量下載 16 級的，16 級為最好級別。如果 16 級不能勾選，請選擇下
載小一點的範圍，高程為向量資料，超過 20M 大小，一般電腦都很難處理生成的等高線。下載之後
的資料為 tiff 格式，實際為 dem 高程資料。
6. 啟動安裝好的 G lo b a l M a p p e r 軟體，啟動中文版在安裝好的目錄下有個 chs 或則 c hinese 的啟動
405
圖示，如下圖所示：
將下載好的高程資料（下載目錄下的字尾為 tiff 格式）拖入到 global mapper 中，如下圖所示：
然後另存為【DEM】格式，如下圖：
在彈出的對話方塊中選擇【DEM】格式，如下圖:
點選【確定】，儲存。
開啟 ArcMap 軟體， 在 ArcMap 中，需要開啟【擴充套件模組】功能，如下圖：
彈出的對話方塊中勾選所有選項，如下圖：
點選【關閉】。
開啟【ArcToolbox】，在其中找到對應如下的水分分析功能：
盆域分析（Basin）：建立描繪所有流域盆地的柵格。
填窪（Fill）：通過填充表面柵格中的匯來移除資料中的小缺陷。
流量（Flow Accumulation）：建立每個像元累積流量的柵格。可選擇性應用權重係數。
流向（Flow Direction）：建立從每個像元到其最陡下坡相鄰點的流向的柵格。
水流長度（Flow length）：計算沿每個像元的流路徑的上游（或下游）距離或加權距離。
匯（Sink）：建立識別所有匯或內流水系區域的柵格。
捕捉傾瀉點（Snap pour point）：將傾瀉點捕捉到指定範圍內累積流量最大的像元。
河流連線（Stream link）：向各交匯點之間的柵格線狀網路的各部分分配唯一值。
河網分級（Stream Order）：為表示線狀網路分支的柵格線段指定數值順序。
柵格河網向量化（Stream to Feature）：將表示線狀網路的柵格轉換為表示線狀網路的要素。
分水嶺（Watershed）：確定柵格中一組像元之上的匯流區域。
瞭解水系的術語，如下圖：
在 A r c M a p 中載入 DEM 資料，右擊 DEM 圖層，點選縮放至圖層，顯示全部。
一、流向（Flow Direction）
流向工具的輸出是值範圍介於 1 到 255 之間的整型柵格。從中心出發的各個方向值為：
例如，如果最陡下降方向位於當前處理像元的左側，則將該處理像元的流向編碼將為 16。
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如 果像元的 z 值在多個方向上均發生相同變化，並且該像元是凹陷點的一部分，則該像元的流向將被
視為未定義。此時，該像元在輸出流向柵格中的值將為這些方向的總和。例 如，如果 z 值向右（流向 =
1）和向下（流向 = 4）的變化相同，則該像元的流向為 1 + 4 = 5。可以使用匯工具將具有未定義流向
的像元標記為凹陷點。
匯（S i n k）
匯是指流向柵格中流向無法被賦予八個有效值之一的一個或一組空間連線像元。匯被視為具有未定義的流
向，並被賦予等於其可能方向總和的值。
匯工具的輸出是一個整型柵格，其中每個匯都被賦予一個唯一值。匯的編號介於 1 到匯的數量之間。
填窪（F i l l）
通過填充表面柵格中的匯來移除資料中的小缺陷。
凹陷點是指具有未定義流域方向的像元；其周圍的像元均高於它。傾瀉點相對於凹陷點的匯流區域高程最
低的邊界像元。如果凹陷點中充滿了水，則水將從該點傾瀉出去。
TIPS：有關填充的 Z 限制
要填充的凹陷點與其傾瀉點之間的最大高程差。如果凹陷點與其傾瀉點之間的 z 值差大於 z 限制，則
不會填充此凹陷點。
預設情況下將填充所有凹陷點（不考慮深度）。
流量（F l o w A c c u m u l a t i o n）
建立每個像元累積流量的柵格。流量累積將基於流入輸出柵格中每個像元的像元數。
高流量的輸出像元是集中流動區域，可用於標識河道。流量為零的輸出像元是區域性地形高點，可用於識別
山脊。
流量工具不遵循壓縮環境設定。輸出柵格將始終處於未壓縮狀態。
通過上面的填窪，求流向，得到如下流量圖，看到了河道：
河網分級（Stream Order）
河網分級是一種將級別數分配給河流網路中的連線線的方法。此級別是一種根據支流數對河流型別進行識
別和分類的方法。僅需知道河流的級別，即可推斷出河流的某些特徵。
河網分級工具有兩種可用於分配級別的方法。這兩種方法由 Strahler (1957) 和 Shreve (1966) 提出。
在這兩種方法中，始終將 1 級分配給上游河段。
S t r a h l e r 河流分級方法：
在 S t r a h l e r 法中，所有沒有支流的連線線都被分為 1 級，它們稱為第一級別。當級別相同的河流交匯
時，河網分級將升高。
因此，兩條一級連線線相交會建立一條二級連線線，兩條二級連線線相交會建立一條三級連線線，依此類
推。但是，級別不同的兩條連線線相交不會使級別升高。例如，一條一級連線線和一條二級連線線相交不
會建立一條三級連線線，但會保留最高階連線線的級別。
S h r e v e 河流分級方法：
Shreve 法考慮網路中的所有連線線。與 Strahler 法相同，所有外連線線都被分為 1 級。但對於
Shreve 法中的內連線線，級別是增加的。例如，兩條一級連線線相交會建立一條二級連線線，一條一級
連線線和一條二級連線線相交會建立一條三級連線線，而一條二級連 接線和一條三級連線線相交則會創
建一條五級連線線。
因為級別可增加，所以 Shreve 法中的數字有時指的是量級，而不是級別。在 Shreve 法中，連線線的
量級是指上游連線線的數量。
柵格河網向量化（Stream to Feature）
柵格河網向量化工具使用的演算法主要用於向量化河流網路或任何表示方向已知的柵格線性網路的柵格。
該工具使用方向柵格來幫助向量化相交像元和相鄰像元。可將兩個值相同的相鄰柵格河網向量化為兩條平
行線。
這與柵格轉折線 (Raster to Polyline) 工具相反，後者通常更傾向於將線摺疊在一起。下圖是兩者的對
比：
河流連線（Stream link）
向各交匯點之間的柵格線狀網路的各部分分配唯一值。
“連線”是指連線兩個相鄰交匯點、連線一個交匯點和出水口或連線一個交匯點和分水嶺的河道的河段。
水流長度（Flow Length）
水流長度工具的主要用途是計算給定盆地內最長水流的長度。該度量值常用於計算盆地的聚集時間。這可
使用 UPSTREAM 選項來完成。
該工具也可通過將權重柵格用作下坡運動的阻抗，來建立假設降雨和徑流事件的距離-面積圖。
捕捉傾瀉點（Snap pour point）
捕捉傾瀉點工具用於確保在使用分水嶺工具描繪流域盆地時選擇累積流量大的點。
捕捉傾瀉點將在指定傾瀉點周圍的捕捉距離範圍內搜尋累積流量最大的像元，然後將傾瀉點移動到該位置
分水嶺（Watershed）
確定柵格中一組像元之上的匯流區域。
