《地理信息系统GIS》课程实验
综合实验报告
专业名称：      城乡规划     
课程名称：  地理信息系统GIS
开课学院：重庆大学建筑城规学院
实验室：建筑城规学院计算机实验室
学生姓名：                    （签名）
（每组≤2人）
学    号：  20135221 20135227 
指导教师：    孙忠伟老师 
实验时间：    2015.12.24   
重庆大学建筑城规学院
课程
名称
地理信息系统GIS
实验项目
名    称
基于GIS的水文分析
实验项目类型
验证
演示
综合
设计
其他
指导
教师
成  绩
√
教师评语
教师签名：
年    月    日
一、实验目的
通过练习，熟练掌握在ArcGIS中水文分析模块提供的洼地识别和填充，水流方向计算，累计流量计算，河流分级，积水范围确定，河流矢量化等方法和操作。
通过本实验应达到以下目的： 
1、理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
2、掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
二、实验内容
利用DEM首先尝试计算水流方向，判别洼地并进行填充，计算水流方向，然后计算累计流量，通过多次实验并和现有资料对比，确定累计流量阈值从而确定水系，利用Strahler方法进行河流分级，确定积水范围，最后将河流导出为矢量。
三、实验方法：(使用方法及操作步骤)
1、填充洼地
打开ArcMap，并导入DEM数据。
在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工具]
——>[水文分析]——> [填洼]
输出数据如图
图1
2、流向分析
在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，
执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——>[流向]
输出数据如图。
图2
3、流水累积量计算
在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，
执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——>[流量]
在Input flow direction raster中，选择由无洼地DEM生成的水流方向栅格数据，
输出数据如图。
图3
4、设定累计流量阈值
首先，提取河流网络栅格。
在上一步的基础上进行，运行工具[Spatial Analyst 工具]——>Raster Calculator，
在[地图代数表达式]中输入公式：Con([FlowAcc Flow1]>50000,1)
图4
5、河流分级
在上一步的基础上进行
打开hydrology工具集中的stream order工具，
用Strahlertool工具箱分级对河网进行分级，输出数据如图。
图5
6.河流汇流点分析
在上一步的基础上进行
打开Stream link工具，在Input flow direction raster
文本框中选择基于无洼地DEM提取出的水流方向数据，
输出数据如图。
图6
7、河流流域分析
在上一步的基础上进行
执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[Hydrology]——>[watershed]
输出数据如图。               
图7
8.栅格河网矢量图
打开【Arctoolbox】工具箱，
运行工具[SpatialAnalyst 工具]——>[Hydrology]——>[stream to feature]
 
    图8
9.坡度分析
使用basin工具求出流域，使用slope工具求出地形坡度，使用Extract by Mask工具裁剪出流域坡度。
   
图9
                                       
      算出平均坡度:15.4592287
                                 
            图10
四、实验成果：
说明结果对城市规划的指导意见：
  水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。利用DEM生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。表面水文分析模型应用于研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况，或者划定受污染源影响的地区，以及预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等，应用在城市和区域规划、农业及森林、交通道路等许多领域，对地球表面形状的理解也具有十分重要的意义。这些领域需要知道水流怎样流经某一地区，以及这个地区地貌的改变会以什么样的方式影响水流的流动。基于DEM的地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和基本水文分析，可以在DEM表面之上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
通过水文分析，对水文流域分析进行研究和比较，能起到对水文流域灾害的发生、发展(时间、空间) 并对其流向进行区划、预测预报作用，从而实现对水文流域的分析。ArcGIS 提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。同时，利用水文分析工具也可以有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本概念和关键过程，以及从DEM数据上获取更多的水文信息。
四、实验总结
水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。利用DEM生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。表面水文分析模型研究与地表水流有关的各种自然现象例如洪水水位及泛滥情况，划定受污染源影响的地区，预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等。
基于DEM地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和分析，可再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。