水文分析
水文分析
地理資訊系統被廣泛的應用於
水資源管理
水文分析工具（
水文分析工具（Hydrology Toolset
Hydrology Toolset）
）
水文分析工具（
水文分析工具（Hydrology Toolset
Hydrology Toolset）
）
為輔助使用者建立地表逕流模型的地理
處理分析工具 運用數值高程模型
處理分析工具，運用數值高程模型
（Digital Elevation Model, DEM），即可
分析獲取地表逕流模型之水流方向、匯
流累積量、水流長度、河流網路、河網
流累積
水流長度 河流網路 河網
分級、流域及集水區分割等資訊
高程資料
高程資料
高程資料
高程資料
類型
◦
DEM : Digital Elevation Model
◦
DSM : Digital Surface Model
DSM : Digital Surface Model
資料結構
資料結構
◦
Raster
◦
TIN
◦
TIN
數值高程模型
數值高程模型(DEM)
(DEM)
數值高程模型
數值高程模型(DEM)
(DEM)
DEM 建構議題
◦
解析度和範圍
◦
投影
投影
◦
來源高程資料
內插方法 (IDW S li i TIN)
◦
內插方法 (IDW, Spline, via TIN)
5
100 m 200 m 400 m
流域排水系統
流域排水系統(Drainage System)
(Drainage System)
流域排水系統
流域排水系統(Drainage System)
(Drainage System)
分析功能處理程序
分析功能處理程序(1)
(1) DEM
DEM預處理
預處理
分析功能處理程序
DEM
DEM 應用於水文分析需注意之修正
應用於水文分析需注意之修正
DEM
DEM 應用於水文分析需注意之修正
應用於水文分析需注意之修正
窪地（Sinks）
◦
有些窪地是真實存在的
◦
有些窪地是真實存在的
別把湖泊給填滿了！河流（S
）是否在正確的位置?
河流（Streams）是否在正確的位置?
◦
To burn or not to burn
流域邊界（Watershed boundaries）是
否在正確的位置?
否在正確的位置?
DEM
DEM 錯誤
錯誤 –– Sinks and Spikes
Sinks and Spikes
pp
DEM被認為是較光滑的地形表面的模擬，但是由於 內插的原因以及一些真實地形（如湖泊、喀斯特地 內插的原因以及一些真實地形（如湖泊、喀斯特地 貌）的存在，使得DEM表面存在著一些凹陷的區域。 非真實窪地由於低高程Raster的存在，而使得在進行 非真實窪地由於低高程Raster的存在 而使得在進行 水流流向計算時在該區域的得到不合理的或錯誤的 水流方向。 因此，在進行水流方向的計算之前，應該首先對原 始DEM資料進行窪地填充，得到無窪地的DEM。 Sink Sink Filled sink Filled sink
流向（
流向（Flow Direction
Flow Direction）
）
流向（
流向（Flow Direction
Flow Direction）
）
2 2 2 4 4 8 78 72 69 71 58 49 2 2 2 4 8 1 1 2 4 8 4 4 74 67 56 49 50 69 53 44 37 38 48 46 128 128 1 2 4 8 2 2 1 4 4 4 64 58 55 22 31 24 2 1 2 1 1 1 4 1 4 4 4 16 68 74 61 53 47 34 21 12 16 11 19 12 64 128 1 16 32
高程（Elevation）
高程（Elevation）
流向（Flow Direction）
流向（Flow Direction）
1 16 8 4 2 10
流向編碼（Direction Coding）
流向編碼（Direction Coding）
匯流累積量（
匯流累積量（Flow Accumulation
Flow Accumulation）
）
匯流累積量（
匯流累積量（Flow Accumulation
Flow Accumulation）
）
0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 0 0 3 7 5 4 0 2 0 0 0 20 0 1 0 0 0 1 24 0 0 0 0 2 0 4 1 7 24 35 0 2 64 128 1 16 32 8 4 2
流向編碼（Direction Coding）
流向編碼（Direction Coding）
分析功能處理程序
分析功能處理程序(2)
(2)－分析應用
－分析應用
分析功能處理程序
河網（
河網（Stream Net
Stream Net）建立及向量化
）建立及向量化
河網（
河網（Stream Net
Stream Net）建立及向量化
）建立及向量化
河網的生成是基於匯流累積矩陣。 當匯流量達到一定值的時候，就會產生地表水流。 匯流量大於那個臨界數值的柵格就是潛在的水流路 徑 由這些水流路徑構成的網路 就是河網 徑，由這些水流路徑構成的網路，就是河網。 Value = No Data S 1 1 1 2 2 2 2 2 2 StreamToFeature 2 2 2 2 2 2 13 NET_GRID RasterToFeature
河流連結（
河流連結（Stream Link
Stream Link）
）
河流連結（
河流連結（Stream Link
Stream Link）
）
每個河段設定一唯一值
Stream link記錄河網連接資訊，每條弧段連接
著兩個作為出水點或匯合點的結點。
著兩個作為出水點或匯合點的結點
這些出水口點的確定，也作為進一步流域分
割的輸入資料。
割的輸入資料
14河流分級（
河流分級（Stream Ordering
Stream Ordering）
）
河流分級（
河流分級（Stream Ordering
Stream Ordering）
）
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 22 22 22 11 11 11 22 22 22 22 22 22 4 4 22 33 33 3 3 77
Strahler
Strahler
Shreve
Shreve
水流長度（
水流長度（Flow Length
Flow Length）
）
水流長度（
水流長度（Flow Length
Flow Length）
）
計算每一個Cell的流動距離
◦ 向上（Upstream）: 至流域上游距離 ◦ 向下（Downstream）: 至流域下游距離向 （ ） 流域 游 離
可以有一權重圖層加入分析。
流域特徵屬性分析
流域特徵屬性分析
Slope
使用
使用 Zonal Statistics
Zonal Statistics
Watershed平均坡度計算
Watersheds Watersheds
