水文分析
關(guān)注創(chuàng)建者：水中的魚 創(chuàng)建時(shí)間：2022-10-12
水文分析的實(shí)例教程
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(dāng)不錯(cuò)的，目前已經(jīng)非常成熟；本章節(jié)主要介紹ArcGIS水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算，力求讓大家了解其運(yùn)作原理。了解原理之后才能制定其分析流程。
水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算的知識(shí)準(zhǔn)備
在開(kāi)始前需要有一定的ArcGIS的水文分析基礎(chǔ)，如果不了解原理，換了一個(gè)數(shù)據(jù)，換了一個(gè)地點(diǎn)，可能就無(wú)法計(jì)算出結(jié)果。你需要掌握：
1、必須了解相關(guān)的水文專業(yè)名詞，如河流、出水口、流域、分水嶺、河流鏈接等。水文專業(yè)人員基本上沒(méi)問(wèn)題，但如果其他非水利從業(yè)者，估計(jì)需要花點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行詞匯的對(duì)接。
2、必須了解一些特定的GIS名詞。如DEM數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)。GIS常用的數(shù)據(jù)格式。
3、了解ArcGIS 水文分析工具的原理、流程及每個(gè)工具的細(xì)節(jié)參數(shù)對(duì)水文分析的影響。
4、ArcGIS 桌面軟件是一個(gè)非常龐大的體系，除了掌握水文分析的幾個(gè)工具之外，必須配合其他工具一起使用，例如柵格轉(zhuǎn)面、重分類、條件函數(shù)、要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)等一些周邊的工具。
5、最好能夠掌握modelbuilder建模方法，對(duì)于復(fù)雜的流程可以制作分析模型來(lái)操作。
水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算的基本流程
在水利行業(yè)中，計(jì)算庫(kù)容自然有自己的一套公式和方法。也不是說(shuō)這種方法不準(zhǔn)確和不科學(xué)，主要是能夠有比較直觀的、快捷的方式，而且是可調(diào)節(jié)參數(shù)的方式，不妨可以通過(guò)新的方法去替換掉原有的方法。
如果基于傳統(tǒng)的計(jì)算方式，計(jì)算水庫(kù)的庫(kù)容只是得出一串?dāng)?shù)字，那在水利的綜合應(yīng)用上沒(méi)什么大的意義，充其量也就是水利工程上得知具體的數(shù)值而后確定其方案的合理性。但跟GIS結(jié)合在一起就完全不一樣了。
GIS具有非常高的運(yùn)算能力，有非常良好的地圖可視化功能，可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同的參數(shù)計(jì)算出不同水位淹沒(méi)的區(qū)域，從而計(jì)算出庫(kù)容。
展開(kāi) 概述
水文分析工具重點(diǎn)處理的是水在地表上的運(yùn)動(dòng)情況，“水文分析”工具用于為地表水流建立模型。
有關(guān)地球表面形狀的信息對(duì)許多領(lǐng)域（例如區(qū)域規(guī)劃、農(nóng)業(yè)和林業(yè)）都十分有用。
這些領(lǐng)域需要了解某個(gè)區(qū)域中水的流動(dòng)方式以及區(qū)域內(nèi)發(fā)生哪些變化會(huì)對(duì)水流產(chǎn)生影響。
建立水流模型時(shí)，您可能想知道水來(lái)自何方，要流向哪里。
接收雨水的區(qū)域以及雨水到達(dá)出水口前所流經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)被稱為水系。
流經(jīng)水系的水流只是通常所說(shuō)的水文循環(huán)的一個(gè)子集，水文循環(huán)還包括降雨、蒸發(fā)和地下水流。
如何使用水文分析功能幫助建立水在地表上的運(yùn)動(dòng)模型、有關(guān)水系和表面處理的概念和關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)、如何使用水文分析工具從數(shù)字高程模型 (DEM) 中提取水文信息以及水文分析的應(yīng)用示例。
盆域分析（Basin）：創(chuàng)建描繪所有流域盆地的柵格。
填洼（Fill）：通過(guò)填充表面柵格中的匯來(lái)移除數(shù)據(jù)中的小缺陷。
流量（Flow Accumulation）：創(chuàng)建每個(gè)像元累積流量的柵格。可選擇性應(yīng)用權(quán)重系數(shù)。
流向（Flow Direction）：創(chuàng)建從每個(gè)像元到其最陡下坡相鄰點(diǎn)的流向的柵格。
水流長(zhǎng)度（Flow length）：計(jì)算沿每個(gè)像元的流路徑的上游（或下游）距離或加權(quán)距離。
匯（Sink）：創(chuàng)建識(shí)別所有匯或內(nèi)流水系區(qū)域的柵格。
捕捉傾瀉點(diǎn)（Snap pour point）：將傾瀉點(diǎn)捕捉到指定范圍內(nèi)累積流量最大的像元。
河流連接（Stream link）：向各交匯點(diǎn)之間的柵格線狀網(wǎng)絡(luò)的各部分分配唯一值。
河網(wǎng)分級(jí)（Stream Order）：為表示線狀網(wǎng)絡(luò)分支的柵格線段指定數(shù)值順序。
柵格河網(wǎng)矢量化（Stream to Feature）：將表示線狀網(wǎng)絡(luò)的柵格轉(zhuǎn)換為表示線狀網(wǎng)絡(luò)的要素。
展開(kāi) （三）水文地質(zhì)條件
水文地質(zhì)條件一般包括以下內(nèi)容：
（l）地下水類型，如上層滯水、潛水、承壓水等。
(2）含水層與隔水層的埋藏深度、厚度、組合關(guān)系、空間分布規(guī)律及特征。
(3） 巖（土） 層的水理性質(zhì)，包括容水’性、給水性、透水性等。
(4）地下水的運(yùn)動(dòng)特征，包括流向、流速、流量等。
(5）地下水的動(dòng)態(tài)特征，包括水位、水溫、水質(zhì)隨時(shí)間的變化規(guī)律。
(6）地下水的水質(zhì)，包括水的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。
水文地質(zhì)條件的好壞直接關(guān)系到水庫(kù)是否漏水，壩基是否穩(wěn)定，地下水資源評(píng)價(jià)是否可靠等一系列工程建設(shè)問(wèn)題。
水利水電工程地質(zhì)問(wèn)題分析
1.壩基巖體的工程地質(zhì)問(wèn)題分析
不同的壩型，其工作特點(diǎn)不同，所以對(duì)地質(zhì)條件的要求也就不同，因此，除了對(duì)各類壩型的工作特點(diǎn)應(yīng)有所了解外，特別要了解不同壩型對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性和對(duì)工程地質(zhì)條件的要求。由于壩區(qū)巖體中存在的某些地質(zhì)缺陷，可能導(dǎo)致產(chǎn)生的工程地質(zhì)問(wèn)題主要有壩基穩(wěn)定問(wèn)題（包括滲透穩(wěn)定、沉降穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定） 和壩區(qū)滲漏問(wèn)題（包括壩基滲漏和繞壩滲漏）。
2.邊坡的工程地質(zhì)問(wèn)題分析
(1） 邊坡變形破壞的類型和特征。在野外常見(jiàn)到的邊坡變形破壞主要有松弛張裂、蠕動(dòng)變形、崩塌、滑坡四種類型。此外還有塌滑、錯(cuò)落、傾倒等過(guò)渡類型，泥石流也是一種邊坡破壞的類型。
①松弛張裂。在邊坡形成過(guò)程中， 由于在河谷部位的巖體被沖刷侵蝕掉或人工開(kāi)挖，使邊坡巖體失去約束，應(yīng)力重新調(diào)整分布，從而使岸坡巖體發(fā)生向臨空面方向的回彈變形及產(chǎn)生近平行于邊坡的拉張裂隙，一般稱為邊坡卸荷裂隙。
②蠕動(dòng)變形。指邊坡巖體主要在重力作用下向臨空方向發(fā)生長(zhǎng)期緩慢的塑性變形的現(xiàn)象，有表層蠕動(dòng)和深層蠕動(dòng)兩種類型。
展開(kāi) GIS是運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論,科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù),以提供對(duì)規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的技術(shù)系統(tǒng)[16]。近年來(lái),GIS在水文模擬中得到了廣泛的應(yīng)用。借助于GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析處理功能,水文模型的研究手段得到了根本性的轉(zhuǎn)變。GIS不僅可以管理空間數(shù)據(jù),用于模型的輸入、輸出,而且還可以將水文模塊植入GIS系統(tǒng),用戶只需要根據(jù)GIS開(kāi)發(fā)的界面操作,不需要涉及水文模型的本身。就目前的研究及應(yīng)用看,GIS與水文模型的結(jié)合主要表現(xiàn)為三種方式,即GIS軟件中嵌入水文分析模塊、水文模型軟件中嵌入部分GIS工具(松散型結(jié)合)及相互耦合嵌套的形式(緊密型結(jié)合)。
水文陸面模擬中,地形是十分關(guān)鍵的因素,GIS用于水文模擬,可以用來(lái)獲取、操作、顯示這些與模型有關(guān)的空間數(shù)據(jù)和所得的成果,使模型進(jìn)一步細(xì)化,從而深入認(rèn)識(shí)水文現(xiàn)象的物理本質(zhì)[17]。當(dāng)今以數(shù)字地形模型(DTM)、數(shù)字高程模型(DEM)存儲(chǔ)的地形信息, 為流域水系信息參數(shù)的自動(dòng)化提取提供了可能[18]。通過(guò)GIS可以提取流域的基本特征,包括下墊面特征、水系、河網(wǎng)等,并可以依據(jù)河網(wǎng)等級(jí)對(duì)流域進(jìn)行任意的子流域的劃分或者進(jìn)行網(wǎng)格化劃分,不僅可以與傳統(tǒng)的概念性流域水文模型相結(jié)合,管理提供基本的數(shù)據(jù)信息,并實(shí)現(xiàn)輸入輸出功能,更重要的是為分布式的水文物理模型研制提供了平臺(tái)。由GIS可以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的可視化結(jié)合、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,并可以減少模型輸入時(shí)的數(shù)據(jù)誤差。GIS在流域水文模擬中得到廣泛的應(yīng)用,出現(xiàn)了許多商業(yè)化的集成軟件和專業(yè)軟件。
展開(kāi) 計(jì)算軟件：自主計(jì)算代碼
仿真平臺(tái)：自建高性能計(jì)算集群
算例說(shuō)明：通過(guò)CFD仿真，可以得到防洪保護(hù)區(qū)淹沒(méi)水深、范圍及災(zāi)情損失
工程應(yīng)用：城市、防洪保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算
創(chuàng)新貢獻(xiàn)：自動(dòng)化計(jì)算流程+智能化參數(shù)優(yōu)化+自主計(jì)算代碼
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的定義和目的
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是通過(guò)歷史調(diào)查、水文分析及洪水模擬計(jì)算，將指定頻率或歷史典型洪水在某一區(qū)域內(nèi)引起洪水災(zāi)害時(shí)的淹沒(méi)范圍、水深、歷時(shí)、流速和洪災(zāi)損失以及防洪工程和防汛物質(zhì)分布、洪水避難通道和地點(diǎn)等信息以通俗易懂的形式展示出來(lái)的一種專業(yè)地圖。
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在國(guó)外的目的主要是用于洪水保險(xiǎn)；洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在國(guó)內(nèi)是非工程措施的重要手段之一，它在合理布置防洪工程、科學(xué)管理洪泛區(qū)、指導(dǎo)防汛搶險(xiǎn)等工作中發(fā)揮十分重要的作用，同時(shí)在規(guī)范土地利用、提高國(guó)民的防洪減災(zāi)意識(shí)等方面也具有非常重要的意義。
水文學(xué)和水力學(xué)的區(qū)別
“洪水風(fēng)險(xiǎn)圖導(dǎo)則”中推薦使用3種方法進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)分析，即水力學(xué)法、水文學(xué)法和歷史水災(zāi)法。那到底“水文學(xué)”和“水力學(xué)”有什么區(qū)別？
水文學(xué)（hydrology）是地球物理學(xué)和自然地理學(xué)的分支學(xué)科。研究存在于大氣層中、地球表面和地殼內(nèi)部各種形態(tài)水在水量和水質(zhì)上的運(yùn)動(dòng)、變化、分布，以及與環(huán)境及人類活動(dòng)之間相互的聯(lián)系和作用。
水力學(xué)是研究以水為代表的液體的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及其在工程技術(shù)中的應(yīng)用。水力學(xué)包括水靜力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)。
展開(kāi) 
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水文分析的最新內(nèi)容
天洑到訪南京信息工程大學(xué)水文與水資源工程學(xué)院7個(gè)月前
通過(guò)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用案例，展示了該軟件在水利領(lǐng)域的廣泛適用性，例如：水文數(shù)據(jù)分析、洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及水資源調(diào)度優(yōu)化等。
作為一款功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)建模軟件，DTEmpower能以零代碼的方式，幫助用戶進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)分析、建模和預(yù)測(cè)。
交流會(huì)上，雙方共同表達(dá)了對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展的信心與期待。
計(jì)算軟件：自主計(jì)算代碼
仿真平臺(tái)：自建高性能計(jì)算集群
算例說(shuō)明：通過(guò)CFD仿真，可以得到防洪保護(hù)區(qū)淹沒(méi)水深、范圍及災(zāi)情損失
工程應(yīng)用：城市、防洪保護(hù)區(qū)、蓄滯洪區(qū)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算
創(chuàng)新貢獻(xiàn)：自動(dòng)化計(jì)算流程+智能化參數(shù)優(yōu)化+自主計(jì)算代碼
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的定義和目的
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是通過(guò)歷史調(diào)查、水文分析及洪水模擬計(jì)算，將指定頻率或歷史典型洪水在某一區(qū)域內(nèi)引起洪水災(zāi)害時(shí)的淹沒(méi)范圍、水深
3、了解ArcGIS 水文分析工具的原理、流程及每個(gè)工具的細(xì)節(jié)參數(shù)對(duì)水文分析的影響。
4、ArcGIS 桌面軟件是一個(gè)非常龐大的體系，除了掌握水文分析的幾個(gè)工具之外，必須配合其他工具一起使用，例如柵格轉(zhuǎn)面、重分類、條件函數(shù)、要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)等一些周邊的工具。
5、最好能夠掌握modelbuilder建模方法，對(duì)于復(fù)雜的流程可以制作分析模型來(lái)操作。
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數(shù)據(jù)可視化分析
相較于傳統(tǒng)的水文管理方式而言，GIS 技術(shù)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)可視化分析能力，通過(guò)特定軟件程序收集和轉(zhuǎn)化空間數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)折線圖、餅狀圖或統(tǒng)計(jì)表格等形式直觀呈現(xiàn)，在數(shù)據(jù)支持下編制水文水資源分析報(bào)告。基于此種方式，可以令水文水資源管理工作更加便捷、高效，獲取精準(zhǔn)、客觀的分析結(jié)果。
2、利用GIS水文分析，得到提取區(qū)域的水流方向矩陣、水流累計(jì)矩陣。
3、給定不同集水閥值，將水流方向累計(jì)矩陣中高于此閥值的格網(wǎng)連接起來(lái)得到矢量的溝壑網(wǎng)絡(luò)。
4、對(duì)上一步提取的不同集水閥值下的溝谷網(wǎng)絡(luò)依據(jù)與實(shí)際形態(tài)的擬合程度進(jìn)行對(duì)比分析，確定提取水文網(wǎng)和溝壑流域網(wǎng)絡(luò)最終的集水閥值。
2、利用GIS水文分析，得到提取區(qū)域的水流方向矩陣、水流累計(jì)矩陣。
3、給定不同集水閥值，將水流方向累計(jì)矩陣中高于此閥值的格網(wǎng)連接起來(lái)得到矢量的溝壑網(wǎng)絡(luò)。
4、對(duì)上一步提取的不同集水閥值下的溝谷網(wǎng)絡(luò)依據(jù)與實(shí)際形態(tài)的擬合程度進(jìn)行對(duì)比分析，確定提取水文網(wǎng)和溝壑流域網(wǎng)絡(luò)最終的集水閥值。
該項(xiàng)目包括詳細(xì)的水文分析，適宜的棲息地恢復(fù)規(guī)劃設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的建設(shè)及種植管理等。為保證設(shè)計(jì)的棲息地成功，前期采用詳細(xì)的水量平衡及水位模擬等方法，營(yíng)造了適宜的濕地水文條件，并精心設(shè)置了多種理想的地形。
如何使用水文分析功能幫助建立水在地表上的運(yùn)動(dòng)模型、有關(guān)水系和表面處理的概念和關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)、如何使用水文分析工具從數(shù)字高程模型 (DEM) 中提取水文信息以及水文分析的應(yīng)用示例。
盆域分析（Basin）：創(chuàng)建描繪所有流域盆地的柵格。
填洼（Fill）：通過(guò)填充表面柵格中的匯來(lái)移除數(shù)據(jù)中的小缺陷。
流量（Flow Accumulation）：創(chuàng)建每個(gè)像元累積流量的柵格。
38、勘察成果報(bào)告中普遍對(duì)場(chǎng)地的地下水水文地質(zhì)條件分析深度不足。
總之，對(duì)水文環(huán)境的分析和預(yù)測(cè)在我們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活，尤其是核電站的運(yùn)營(yíng)中十分重要，而有效的水動(dòng)力分析模擬軟件TELEMAC-MASCARET正能幫助我們解決這些問(wèn)題。
