基于DEM的流域分析

本文介绍一下利用DEM进行流域分析的情况，以下使用ArcGIS和QGIS两个不同的软件进行分析。

首先介绍一下水系相关基本概念，在这里引用ArcGIS在线帮助的介绍：

接收雨水的区域以及雨水到达出水口前所流经的网络被称为水系。流经水系的水流只是通常所说的水文循环的一个子集，水文循环还包括降雨、蒸发和地下水流。水文分析工具重点处理的是水在地表上的运动情况。

流域盆地是将水和其他物质排放到公共出水口的区域。流域盆地的其他常用术语还有分水岭、盆地、集水区或汇流区域。该区域通常定义为通向给定出水口或倾泻点的总区域。

倾泻点是水流出某个区域的点。该点通常是沿流域盆地的边界的最低点。

两盆地之间的边界称为流域分界线或分水岭边界。

水到达出水口前流经的网络可显示为树，树的底部是出水口。树的分支是河道。两条河道的交点称为结点或交汇点。连接两个相邻交汇点或连接一个交汇点和出水口的河道的河段称为河流连接线。

ArcGIS流域分析

1、填洼Fill，在进行水文分析后续操作前，首先要对DEM进行填洼，创建无凹陷点的DEM。

ArcToolbox-Spatial Analyst Tools-Hydrology-Fill

2、流向分析，在ArcGIS中使用的是八方向流量建模（D8算法）

ArcToolbox-Spatial Analyst Tools-Hydrology-Flow Direction

水流方向代码含义为：

3、计算流域

ArcToolbox-Spatial Analyst Tools-Hydrology-Basin

最后生成的流域图如下：

用QGIS进行流域分析

QGIS是64位软件，能够更好的支持大的数据量，ArcGIS在进行水文分析的时候会由于数据量过大发生内存溢出，无法支持30m分辨率大范围的水文分析，但是QGIS可以，接下来介绍一下如何使用QGIS进行流域分析：

打开QGIS后（水文分析需要用GRASS模块，打开QGIS的时候注意使用带GRASS模块的版本），直接将要进行水文分析的数据拖入QGIS主界面中。

Plugins-Manage and install plugins打开QGIS的插件管理器，从已安装的插件中选中GRASS，将GRASS加载，然后建立一个新的Mapset

指定Mapset工作目录，目录必须为英文，所有的GRASS所需的数据必须为英文目录，否则会报错。

指定坐标系，默认坐标系为QGIS中已经加载的数据坐标系。

指定空间范围，这样一个GRASS Mapset就建立完成，GRASS模块正式启动，可以进行后面的数据导入和分析了。

然后如下图所示，将数据导入GRASS模块中。

选择要导入的数据，输入导入后生成数据的名称，点击RUN运行

运行完成后，开启水文分析模块

GRASS MODULES-Raster-Spatial Models-Hydrologic modelling

首先选择fill工具，去除汇点

红箭头，指定输入DEM

绿箭头，指定去除汇点后DEM名称

蓝箭头，指定水流方向文件名称

运行完成后，点击View output就可以查看生成的文件情况了。

接下来就可以进行流域分析了：

指定输入，去除汇点后的DEM文件；指定输出的文件名

处理完成后，view output，就可以查看输出结果了。

在输出结果上右击，打开数据导出对话框，导出数据为TIFF格式，即可在其它软件中查看了。

QGIS生成的流域图如下：

由于QGIS使用的是30m分辨率的DEM，可以明显看出流域划分结果更为细致。

参考文献：

https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.6/tools/spatial-analyst-toolbox/understanding-drainage-systems.htm

https://malagis.com/qgis-operate-example-video-90.html

谢文凯.基于DEM的珠江三角洲流域范围划分研究[J].北京测绘,2017(06):81-84.

当年的GIS课本，很经典的一本书，需要了解GIS基本理论可以购买阅读：