作為成熟的GIS軟件，ArcGIS軟件在地表水分析方面的研究成果還是相當不錯的，目前已經非常成熟；本章節主要介紹ArcGIS水庫庫容計算，力求讓大家了解其運作原理。了解原理之后才能制定其分析流程。
在開始前需要有一定的ArcGIS的水文分析基礎，如果不了解原理，換了一個數據，換了一個地點，可能就無法計算出結果。你需要掌握：
1、必須了解相關的水文專業名詞，如河流、出水口、流域、分水嶺、河流鏈接等。水文專業人員基本上沒問題，但如果其他非水利從業者，估計需要花點時間進行詞匯的對接。
2、必須了解一些特定的GIS名詞。如DEM數據、柵格數據、矢量數據。GIS常用的數據格式。
3、了解ArcGIS 水文分析工具的原理、流程及每個工具的細節參數對水文分析的影響。
4、ArcGIS 桌面軟件是一個非常龐大的體系，除了掌握水文分析的幾個工具之外，必須配合其他工具一起使用，例如柵格轉面、重分類、條件函數、要素折點轉點等一些周邊的工具。
5、最好能夠掌握modelbuilder建模方法，對于復雜的流程可以制作分析模型來操作。
在水利行業中，計算庫容自然有自己的一套公式和方法。也不是說這種方法不準確和不科學，主要是能夠有比較直觀的、快捷的方式，而且是可調節參數的方式，不妨可以通過新的方法去替換掉原有的方法。
如果基于傳統的計算方式，計算水庫的庫容只是得出一串數字，那在水利的綜合應用上沒什么大的意義，充其量也就是水利工程上得知具體的數值而后確定其方案的合理性。但跟GIS結合在一起就完全不一樣了。
GIS具有非常高的運算能力，有非常良好的地圖可視化功能，可以通過調節不同的參數計算出不同水位淹沒的區域，從而計算出庫容。
淹沒的空間范圍可以看作水庫移民的依據，與土地利用圖層疊加分析，還可以計算出哪些地方被淹沒后需要作出多少的補償。如果庫容不足，是否需要開挖，挖方量是多少，結合工程施用需要多少泥頭車進行拉運泥土。移民、征地、青苗補償、開挖、運泥等等一系列的問題都跟錢（財政）有著密切的聯系。所以，如果將水庫庫容計算只看作一次性的數值計算，那就相當浪費了。
通過水庫的壩口（也就是說要筑壩的地方，可以用點來表示）作為出水口，計算出該區域的集水區；
利用集水區裁剪出DEM數據；
設定該區域一個最高的蓄水高程（指的是水庫蓄水最高時水平面的海拔高度）與集水區的DEM數據進行裁剪。
裁剪后的結果可以利用ArcGIS的表面體積工具計算出其實際庫容。
第一步：地形預處理，生成無凹陷點的DEM數據。
第二步：利用壩口作為出水口，捕捉到最近的傾瀉點,并計算出該傾瀉點的流域。其實就是一個流域提取的過程。
將一些必要的信息加入到地圖中，例如壩口位置，圖中黃色十字位置。壩口位置一般為選定的水壩位置。如下圖
通過無凹陷點的DEM數據，進行流向和流量分析。然后利用捕捉傾瀉點工具捕捉到壩口的傾瀉點柵格。如下圖所示
雖然壩口位置即便可以看成是出水口，但也不能直接使用。因為它與原DEM不是同一份數據，位置上跟DEM對應的出水口還是有差別的。所以，必須要進行捕捉，以確保捕捉到的傾瀉點是該點流量最大的柵格，否則就會出現那種很小的面。
利用【分水嶺】工具計算出壩口的集水區。
這里要求輸入的傾斜點就是捕捉到的傾斜點。如下圖所示
為了方便后續的分析和查看，可以利用【柵格轉面】工具將這個柵格的集水區轉換為矢量面數據。通過將矢量面設置只顯示邊界，去除填充部分，就可以非常清晰的看到這個集水區的邊界了。下圖是該集水區的邊界范圍
第三步：利用集水區邊界裁剪原始的DEM
。要注意的是，這里的DEM是原始的DEM，而不是填洼過的無凹陷點DEM。切記，因為后續要基于這個準確的DEM去計算體積。
利用【數據管理】-【柵格】-【柵格處理】-【裁剪】工具，對該原始DEM進行柵格裁剪。
裁剪的時候一定要注意，必須要勾選上【使用輸入要素裁剪幾何】這個參數，不然裁剪出來的是集水面的矩形區域。
其實關于水文分析部分到這一步就已經完全完成了。接下來就是利用GIS工具計算一定該區域“蓄水”的計算了，這就是傳統GIS部分的計算。
第四步：根據水位的海拔高度計算出水庫蓄水時淹沒的區域。
這是一個關鍵的步驟，因為蓄水高度一旦定下來，那水面與下墊面之間的空間就是整個水庫的庫容了。怎么計算蓄水的邊界是個問題。
ArcGIS提供了柵格計算器工具，可以使用setnull工具來計算；或者直接調用【spatial analyst】–【條件分析】–【設為空函數】工具。
筆者強烈推薦使用第二種方法，因為在modelbuilder里面這個工具比較直觀。
這個工具的作用是將識別到的像元值設置為NoData. 假如將集水區柵格通過該工具查找象元值大于2000米，將會將大于2000米的所有像元都設置為沒有數據，這樣的出來的就是一個只有最高高程為2000米的區域。這就好比水面像一把刀子一樣將高于2000米的區域削去。
最終可以得到一個最大水位時的淹沒區，該淹沒區也是個柵格數據，如下圖所示
第五步：計算最終的庫容。
使用【3D 分析】–【功能性表面】–【表面體積】工具，計算這個淹沒區下墊面的體積。
該工具如下圖所示，在【參考平面】參數選擇Below ，這表示計算下墊面的體積。
最終計算出來的是一個文本文件，里面包含了一些結果信息。如下圖
可以看到該區域的蓄水量就是16370702100 立方米。
假如這個數值還沒達到預期的庫容量，可以通過調整蓄水面的高度進行計算。當然，如果高度已經是工程評估過的最高水位，仍達不到理想的庫容，要么就是放棄該區域，要么就是通過人工挖方來擴容。將理想的庫容量減去計算出來的庫容量，就是需要挖方的實際數值。
為了方便，筆者特意利用modelbuilder寫了一個處理流程，這樣比較方便進行數據上的調整。
在前后兩處蓄水高度的調整可以直接輸入數值，然后對輸出結果進行比較。如下圖
這樣就方便多了。
水庫庫容的計算是給水利工程使用的。
對于這個工程對周邊的影響，其計算就是GIS最拿手的地方。
例如通過計算出蓄矢量面，與居民點進行疊加，可以找出需要移民的居民地。如下圖高亮選中的居民點屬于必須移民的居民點。
而落在黃色區域外紅色區域內的居民點屬于存在淹沒風險的區域。而這兩個區域劃定之后，基本上可以確定哪些農田是被淹沒的，哪些農田是沒有淹沒，還可以正常耕作，這樣就為移民補償作精準的依據。
利用GIS做水庫庫容計算，既需要充分利用水文分析的一些知識，也需要數量掌握GIS有效的工具，這樣才能做到科學和準確。
同時GIS作為一種可視化的手段，比實際數學公式計算出來的數值結果更加直觀，更具說服力，能夠在其他環節中為水庫的選擇作出科學的斷定。
文章來源：水利水電資料庫
