手把手教你预测暴雨来了，洪水还有多远

上一期我们了解了如何在ArcGIS Pro中应用地统计含障碍差值法模拟水质（溶氧水平），本期我们再来解锁利用ArcGIS Pro中的单位过程线（unit hydrographs）预测某一个点在何时流量达到最大，即可能发生洪水的时间。

如上图所示，预测降雨在何时从四面八方汇集到出水口的总流量达到最高值，即为出水口可能发生洪水的时间（即圈红位置对应的时间），该方法能够辅助水利、应急和政府等相关部门及时的了解暴雨期间河流的排放量，为预测洪水暴发的时间、位置和规模等提供更全面的信息和科学依据。

五步抢鲜看

预处理高程：

填充高程模型的汇以移除数据中的小缺陷

描绘集水区：

查找高程模型中一组像元之上的汇流区域

创建速度场：

利用随空间变化但不随时间和排水量变化的速度场来确定水的流速

创建等时线：

评估水沿路径流动所需的时间

创建单位过程线：

使用等时线图创建出水口的单位过程线

一、预处理高程模型

在【任务】窗格中执行Precondition the elevation model任务，分别完成“识别汇”、“移除汇”。

汇似乎主要出现在由 Stowe_surface_water 图层标识的河流网络和水体周围。如果现有水流趋于平坦，可能会导致 DEM 错误，例如汇。填充后的DEM将添加到地图中。它看起来与原始 DEM 几乎相同，但数据集中的汇已被填充。我们将使用此图层作为随后进行水文分析的基础。

二、描绘集水区

集水区域是指其中所有流水都流向某一点的区域，在这种情况下这一点即为出水口。使用集水区域，可将后续分析结果限制在出水口的相关区域。确定集水区需要两个要素：流向栅格图层和准确的出水口点。

执行【任务】窗格中的Delineate the watershed 任务；

此任务包括五个步骤，分别是：

打开【流向】工具，创建关键的中间图层，以此确定集水区域；

打开【流量累积】工具，用于指示最容易积水的区域；

打开【测量距离】工具，测量当前出水口点和小河位置之间的距离，可使用此距离将出水口点捕捉到相应的像元中，以便与河流精确对齐；

打开【捕捉倾泻点】工具。该工具会自动将点要素捕捉到指定距离范围内流量累积最高的像元中；

打开【集水区】工具，确定出水口的上游集水区域。

该集水区表示流入指定出水口的所有区域。该集水区包括几乎整个城镇的边界，这表示几乎落在城镇的所有降雨都会冲刷目前的城镇，而不会从中排出。

三、创建速度场

确定水到达出水口所需的时间，才能够更好地预测在假设的降雨事件期间何时会发生洪水。要确定水流至某个位置点所需的时间，首先需要确定水的流速。这里我们利用速度场（另一种栅格图层）来计算水的流速。

速度场的类型有很多，它们可以通过多种数学方程式进行计算。这里我们将创建一个随空间变化但不随时间和排水量变化的速度场。

这里使用 Maidment等人(1996)最先提出的速度场创建方法。在该方法中，基于局部坡度s和上游汇流面积A（流入该像元的像元数，或流量累积）为速度场中的每个像元分配速度。

此方程只是计算速度场的众多方法中的一种，它本身需要作一些假设且具有一定的局限性。

接下来，我们要一一完成创建坡度栅格、计算坡度-面积项、计算速度场、限制速度的工作。

在本图层中，颜色越深表示速度越慢，而颜色越浅则表示速度越快。水通常在河流中的流速最快，这里积聚了大量的水。城镇周边区域也不例外，表明水将在流向该镇出水口下游时流速最快。

四、创建等时线图

创建等时线图，可描绘水从区域中任何其他位置到达指定位置所需的时间。要创建等时线图，首先需要创建权重格网。然后，对水到达出水口所需的时间进行评估，并根据等时区域对这些时间进行重新分类。

第一条等时线包含距离出水口最近的河流。基于表中的值，仅有约 700 个像元位于第一条等时线中，这表示水会在 1800 秒（30分钟）内到达出水口。其他等时线包含更多像元，这意味着在降雨事件发生后的几个小时内便会有大量水到达出水口点，其水量远远超出降雨刚刚发生时的水量。

五、创建单位过程线

上面我们创建了集水区域的等时线图。接下来要将等时线图转换成表，以显示时间与流入出水口的水流面积之间的关系，使用该表来绘制单位过程线，显示流入出水口的水流达到最大的时间，以便在未来的降雨事件中更好地进行洪水预测。

执行【任务】窗格中的Create a unit hydrograph 任务，分别应用表至表工具、添加字段工具、计算字段工具准备单位过程线表，在功能区上单击数据选项卡。在可视化组中，单击创建图表，然后选择折线图，绘制单位过程线。

从上图可以看出，在降雨发生15000秒（4小时10分钟）后出水口的排水量将达到最高值，此时最易发生洪水，需要相关部门提前采取措施加强防范。这个结论将有助于城镇的管理人员更有效地规划和应对洪水事件。