使用单位过程线预测洪水

斯托是佛蒙特州一个拥有近 5,000 名居民的小镇，在 2011 年 8 月飓风艾琳袭击绿山山脉时，小镇遭受了巨大的损失。 利特尔里弗县的道路、桥梁和涵洞全部被淹没。 斯托的政府官员从这场悲剧中吸取了教训，发现他们掌握的洪水预测信息少之又少。 于是他们转向过程线，此折线图可以确定暴雨期间的河流排放量。 在本教程中，您将创建这些过程线。

本教程上次于 2024 年 5 月 17 日使用 ArcGIS Pro 3.3 进行了测试。 如果您使用的是其他版本的 ArcGIS Pro，可能会遇到不同的功能和结果。

查看最终结果​

要求

• ArcGIS Pro（请参阅软件访问权限选项）
• ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块

创建速度场

您将从下载斯托地区的集水区开始，您会将该集水区作为后续分析的研究区域。 然后，您将开始确定水到达出水口所需的时间，以便该镇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，您需要首先确定水的流速。 您将利用速度场来计算水的流速 。 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。 您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。 也就是说，该速度场需进行以下假设：

• 速度将受到诸如坡度和流量累积（随空间变化）等空间分量的影响。
• 给定位置的速度不会随着时间的推移而变化（不随时间变化）。
• 给定位置的速度与该位置的水流量无关（不随排水量变化）。

实际上，速度可能会随时间发生变化，但一定会随排水量的变化而变化。 但是，如果考虑上述变量，则需要一些可能无法获得的其他数据集以及使用一些在 GIS 环境中可能无法复制的建模技术。 随空间变化但不随时间和排水量变化的速度场通常会提供一个准确的结果，但值得注意的是，任何方法都只是对所观察到的现象的近似结论。

下载并打开工程

首先，您将下载斯托镇的水文数据。 此数据将包含在 ArcGIS Pro 工程中。 工程文件还包含一个任务，将逐步引导您完成工作流程。

1. 下载 Stowe_Hydrology 压缩文件夹。
2. 在计算机上找到已下载的文件。

   注：

   开始下载前，根据 web 浏览器的不同，系统可能会提示您选择文件的位置。 大多数浏览器将默认下载到计算机的 Downloads 文件夹下。

3. 右键单击该文件，然后将其解压到容易找到的位置，例如 Documents 文件夹。
4. 打开解压后的文件夹，然后打开 Stowe_Hydrology 文件夹。

   该文件夹包含 ArcGIS Pro 的 Stowe_Hydrology 工程文件、Stowe_Hydrology 地理数据库和自动生成的 Index 文件夹。 您将打开该工程。

5. 如果您的计算机上已安装 ArcGIS Pro，请双击 Stowe_Hydrology.aprx 打开该工程。 如果收到系统提示，请使用您获得许可的 ArcGIS 账户登录。

   注：

   如果您没有 ArcGIS Pro 的访问权限或者 ArcGIS 组织帐户，请参阅软件访问权限选项。

   

   该工程所含地图具有地形底图和以下数据图层：

   • Pour_point - 描绘小河下游出水口的点要素图层，您将在此创建一个单位过程线。
   • Stowe_boundary - 描绘佛蒙特州斯托镇边界的面要素图层。 该图层派生自佛蒙特州地理信息中心 (VCGI) 提供的数据。
   • Stowe_watershed - 描绘斯托地区集水区的栅格图层。 它源自包中包含的其他图层。
   • Stowe_flow_accumulation - 用于指示最容易积水的区域的栅格图层。 它源自包中包含的其他图层。
   • Stowe_fill_flow_direction - 描绘水流方向的栅格图层。 它源自包中包含的其他图层。
   • Stowe_DEM - 描绘研究区域内高程的栅格图层。 其分辨率也为 30 米。 该图层派生自美国地质勘探局 (USGS) 提供的数据。
   • Stowe_velocity_example - 描绘研究区域随空间变化但不随时间和排水量变化的速度场的栅格图层。 稍后，您将学习如何创建此图层（此示例以备份形式提供）。 现在，您不需要此图层，因此已关闭。

   虽然不在地图上，但工程文件夹 (Stowe_Hydrology) 包含一个名为 Stowe_isochrones 的文本文件，其中包含您将在稍后教程中创建的等时区域的分类范围。 工程地理数据库 (Stowe_Hydrology.gdb) 包含创建集水区图层所需的几个额外的中间数据集。

   注：

   本教程假设您已经为研究区域描绘了集水区。 要了解如何使用 Stowe DEM 创建流域、流量和流向数据集，请尝试 ArcGIS 实验室使用 ArcGIS Pro 执行水文分析。 创建流域是许多水文分析工作流的重要先决条件。

   接下来，您将打开工程中包含的 ArcGIS Pro 任务。 该任务将引导您完成创建单位过程线所需的工作流程。

6. 在目录窗格中，展开任务文件夹。

   注：

   如果目录窗格未打开，请在视图选项卡的窗口组中单击目录窗格。

   

7. 双击在出水口处创建单位过程线任务。

   随即显示任务窗格。 其中包含多个工作流特定部分的任务。

创建坡度栅格

将用于速度场的方程中的主要变量是坡度和上游汇流面积。 您已拥有上游汇流区域的栅格层：从 Stowe DEM 派生的流量图层。 目前您还没有坡度图层，因此需要创建一个。

1. 在任务窗格中，双击 Create a velocity field 任务。

   

   此任务分为五个步骤。 第一步是打开坡度工具，此工具用于计算栅格图层，其中每个像元的值即此像元的坡度。 坡度由像元间的高程变化决定，因此需要将原始高程图层作为输入。

2. 对于输入栅格，请选择 Stowe_DEM。
3. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_slope。
4. 对于输出测量单位，选择增量百分比。

   

   增量百分比测量选项以垂直高程/水平高程的百分比形式计算坡度，而不是以度为单位来度量。 您需要保持其余参数不变。 平面方法更适用于局部缩放区域（例如，像此集水区一样的小区域），在此，使用平面方法与使用测地线方法两者之间的差异最小。 Z 因子仅在 X 和 Y 距离的测量单位与 Z（高度）距离的测量单位不同时使用。

5. 单击运行。

   工具随即开始运行，坡度栅格将添加到地图中。

   

   颜色越深，坡度越陡。 其中，山峰的坡度往往最高，而对于周边布满城镇的河床而言，坡度相对平缓。

计算坡度-面积项

现在，您已拥有一个用于坡度和流量累积面积的栅格图层，接下来您需要计算包含这两项的新栅格图层。 该图层将显示坡度-面积项（Maidment 等人提出的方程中的值 s^b A^c）。 此任务的下一步是打开栅格计算器工具，此工具可基于指定的方程创建自定义栅格图层。

1. 在任务窗格中，对于地图代数表达式，使用栅格和工具创建以下表达式：

   SquareRoot("Stowe_slope") * SquareRoot("Stowe_flow_accumulation")

   提示：

   或者，您可以复制并粘贴表达式。

   您之所以要求出坡度和流量累积的平方根，是因为您使用的是 Maidment 等人提出的推荐系数 (b = c = 0.5)。 系数 0.5 等于该值的平方根。

2. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_slope_area_term。

   

   最后一步，您需要更改地理处理工具的环境，以便输出图层可通过斯托镇集水区的范围进行掩膜（或限制）。 这样，您便可稍后计算整个集水区的平均坡度-面积项，这是速度场方程式的关键分量。

3. 在工具参数上方，单击环境。 对于掩膜，选择 Stowe_watershed。

   

4. 单击运行。

   工具随即开始运行，图层将添加到地图中。

   

计算速度场

现在您已获得坡度-面积项，因此，您可以计算速度场： 您将使用 Maidment 等人 (1996) 最先提出的速度场创建方法。^[1] 在该方法中，基于局部坡度和上游汇流面积（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。 它们使用以下方程：

V = Vm * (sbAc) / (sbAcm) (1)

其中，V 是指局部坡度为 s、上游汇流面积为 A 时单个像元的速度。 系数 b 和 c 可通过校准来确定，校准是一种通过调整模型参数以使预测数据尽可能接近观测数据的统计方法。 在这种情况下，您需要使用此方法的推荐值 b = c = 0.5。 V_m 是该集水区内所有像元的平均速度。 假设平均速度为 V_m = 0.1 m/s。 最后，s^b A^c_m 是整个集水区的平均坡度-面积项。 为避免出现不切实际的速度结果（过快或过慢），您可以设置最小和最大速度限值。 下限值应为 0.02 米/秒，而上限值应为 2 米/秒。

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。 此外，由于此工作流采用了多元方程，因此可能很复杂。 已为您提供了一份名为 Stowe_velocity_example 的速度场备份副本，以备您在完成此教程过程中遇到困难时使用。

1. 在内容窗格中，右键单击 Stowe_slope_area_term，然后选择属性。

   随即显示坡度-面积项图层的图层属性窗口。

2. 单击源选项卡，然后展开统计数据标题。

   

   该窗口列出了关于图层的几个重要统计数据，包括其平均值。

3. 将平均值复制到您的剪贴板，然后单击确定以关闭图层属性窗口。
4. 返回到任务窗格，页面 3. 计算速度。

   此任务的下一步还需要使用栅格计算器工具。

5. 对于地图代数表达式，创建下列表达式：

   0.1 * ("Stowe_slope_area_term" / [平均坡度-面积项])

   其中，[平均坡度-面积项] 是从图层属性窗口复制的值。

6. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_velocity_unlimited。

   

7. 单击运行。

   工具随即开始运行，图层将添加到地图中。 新图层看起来与坡度-面积项图层相似，因为它是通过将坡度-面积项图层中的像元与固定值相乘计算得出的。

8. 如有必要，在内容窗格中展开 Stowe_slope_area_term 和 Stowe_velocity_unlimited 图层的符号系统。

   

   尽管两个图层看起来相似，但是通过图层符号系统中的值可以确定二者并不相同。 （您的数字可能与示例图像的数字略有不同）。

限制速度

您创建的栅格图层是一个速度场，但其中包含不切实际的过高或过低速度值。 例如，速度场中的某些值为 0 米/秒，这在强降雨事件中是不可能的。 同样地，即使在大洪水期间，大约 7.5 米/秒的最大值也是不切实际的。 您需要对速度值进行限制，使其下限为 0.02 米/秒，而上限为 2 米/秒。

1. 返回到任务窗格。

   此任务的下一步将使用条件函数工具，此工具将基于指定的表达式对栅格图层中的值执行条件评估。 首先，需要设置速度的下限。

2. 对于输入条件栅格，选择 Stowe_velocity_unlimited。
3. 对于表达式，创建子句 Where VALUE is greater than or equal to 0.02。

   

   接下来，如果子句为真，您将添加用于各个像元的值。 由于当值大于等于 0.02 时，您需要保持该值不变，因此，您将选择与输入图层相同的图层。

4. 对于输入条件为真时所取的栅格数据或常量值下，选择 Stowe_velocity_unlimited。

   如果子句对于像元而言为假（表示像元值小于 0.02），您需要将像元值更改为 0.02。

5. 在输入条件为假时所取的栅格数据或常量值下，输入 0.02。
6. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_velocity_lower_limited。

   

7. 单击运行。

   工具随即开始运行，并将新图层添加到地图中。 然而，新图层只能作为中间图层，因为您仍需要添加上限。 此任务的下一步还需要使用条件函数工具。

8. 对于输入条件栅格，选择 Stowe_velocity_lower_limited。
9. 对于表达式，添加子句 Where VALUE is less than or equal to 2。
10. 在输入条件为真时所取的栅格数据或常量值下，选择 Stowe_velocity_lower_limited。 在输入条件为假时所取的栅格数据或常量值下，输入 2。
11. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_velocity。

    

12. 单击完成。

    工具随即开始运行，已完成的速度场图层将添加到地图中。

    

    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。 斯托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。

13. 在内容窗格中，关闭下列图层：
    • Stowe_flow_accumulation
    • Stowe_watershed
    • Stowe_slope
    • Stowe_slope_area_term
    • Stowe_velocity_unlimited
    • Stowe_velocity_lower_limited

    注：

    折叠所有图层以在窗格上占用更少的空间。

14. 保存工程。

您通过流量累积和坡度栅格图层生成了随空间变化而不随时间和排水量变化的速度场。 您利用其中一个可计算速度场的公式来完成此任务。 现在已知假设降雨事件期间流经斯托镇的水流速度，接下来，您将计算水流至出水口所需的时间。

创建等时线图

您之前已使用流量累积和集水区图层创建了速度场，该速度场可用于预测水流经佛蒙特州斯托镇的速度。 您的速度场显示了水将沿着穿过城镇的河流以最快速度流动，但仍然无法创建单位过程线，原因在于您不了解水涌入出水口点所需的时间。 接下来，您将创建等时线图，该地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，您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。

创建权重格网

流动时间可通过相对简单的方程进行计算：水流动的长度除以流动速度。 根据速度场可以知道水的流速，但不知道水流长度。 要确定水流长度，需要两个变量：流向（您知道）和权重（您不知道）。 权重（关于流量）表示阻抗。 例如，水流经林地所需的时间要比流经流沙岩石长一些，原因在于前者会受到地形的阻碍。 如果没有详细的地形数据，计算权重似乎难以实现。您可以根据以下两个用于求流动时间的方程，得出一个方程来计算权重：

Flow time [T] = Flow Length [L] / Velocity [LT-1] (1)

Flow time [T] = Flow Length [L] * Weight [L-1T] (2)

通过组合这些方程，得出一个新的方程：

Weight [L-1T] = 1 / Velocity [LT-1] (3)

因此，您可以使用速度场图层确定权重。 接下来，您将使用权重格网图层以及流向图层来确定水流长度和流动时间。

1. 在任务窗格中，双击 Create an isochrone map 任务。

   

   此任务分为四个步骤。 第一步是打开栅格计算器工具。 您将输入权重方程来创建斯托镇集水区的权重格网。

2. 对于地图代数表达式，创建（或复制并粘贴）以下表达式：

   1 / "Stowe_velocity"

3. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_weight。

   

4. 单击运行。

   工具随即开始运行，权重格网栅格图层将添加到地图中。

   

   您无法从该图层本身了解到一些信息，但可以将其与之前创建的流向图层结合使用，以确定流动时间。

5. 在内容窗格中，打开 Stowe_fill_flow_direction。

   该图层是根据 Stowe DEM 而不是集水区创建的，因此其范围远远超过感兴趣区域。 您将提取仅覆盖集水区的新版本流向图层。

6. 返回到任务窗格。

   此任务的下一步是使用按掩膜提取工具，该工具可以根据其他图层范围将栅格图层裁剪至特定范围。

7. 对于输入栅格，选择 Stowe_fill_flow_direction。 对于输入栅格或要素掩膜数据，选择 Stowe_watershed。
8. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_watershed_flow_direction。

   

9. 单击运行。

   工具随即开始运行，提取的流向栅格将添加到地图中。

   注：

   您图层的默认符号系统可能与示例图片的符号系统不同。

   

   现在，您已经提取了流向图层，因此无需在地图上显示旧图层。

10. 在内容窗格中，关闭 Stowe_fill_flow_direction 图层。 然后，返回到任务窗格。

评估水涌入出水口倾泻点所需的流动时间

您最后需要确定所有图层的流动时间。 此任务的下一步是使用水流长度工具。 顾名思义，该工具通常用于计算水流长度，并且具有一个可选参数，用于包含权重栅格。 当包含权重栅格时，该工具可用于计算流动时间。

1. 对于输入流向栅格，请选择 Stowe_watershed_flow_direction。
2. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_time。
3. 对于测量方向，请确认已选择下游。
4. 对于输入权重栅格，请选择 Stowe_weight。

   

5. 单击运行。

   工具随即开始运行，表示水流至出水口所需流动时间的栅格将添加到地图中。

   

   该栅格图层中的每个像元均包含一个值，该值可表示水从该像元流至出水口所需的时间（以秒为单位）。 颜色越深表示流动时间越短。 水从距离出水口最近的低洼河床流至出水口所需的时间最短，而落入西部山区的水所需的时间会较长一些。

6. 如有必要，在内容窗格中展开 Stowe_time 图层的符号系统。

   

   水流入出水口所需的时间范围介于 0 秒（雨水降入出水口）至 50,000 秒（约值，约 14 小时）之间！ （您的时间可能会有所不同。）

根据等时区域对流动时间进行重新分类

流动时间栅格图层包含大量的唯一值，这将使后续分析变得十分复杂而难以处理。 为了简化操作，您需要根据等时区域对流动时间图层进行重新分类。

等时线为经过流至集水区出水口所需时间大致相同的点的等值线。 您将按照 1,800 秒（30 分钟）的相等时间间隔定义等时线。 对于较大的区域，等时线可以使用不同的时间间隔，但对于斯托镇集水区，该时间间隔应该比较适合。 在使用该时间间隔的情况下，第一个等时区域中的每个像元将需要大约 1,800 秒才能到达出水口，第二个等时区域中的每个像元将需要大约 3600 秒才能到达出水口，依此类推。 稍后将这些时间间隔用作单位过程线的纵坐标。

此任务的下一步是打开重分类工具。 通过使用此工具，您可以将特定范围（例如，0 至 1,800 或 1,800 至 3,600）的流动时间值分类为该范围的上限。 因此，值 907 将被重新分类为 1,800，而值 2,145 被重新分类为 3,600。

1. 返回到任务窗格。 对于输入栅格，选择 Stowe_time。

   接下来，您需要输入重分类值。 流动时间图层中的时间范围介于 0 秒至 50,000 秒（约值）之间，因此，您需要提供能够覆盖所有值的重分类间隔。 您可以手动输入间隔，但此过程可能有些枯燥乏味。 为了达到本教程的目的，您需要加载一个已经包含斯托镇集水区时间间隔的表格。 当您在上一教程中下载该表格时，该表格随即附在该工程中。

2. 对于重分类（空表下方），单击从表中加载重映射按钮（文件文件夹图标）。
3. 在加载重映射窗口中，浏览至 Stowe_Hydrology 文件夹（单击工程，打开文件夹，然后打开 Stowe_Hydrology）。 双击 Stowe_isochrones.txt 将其选中。

   注：

   如果随即显示确认覆盖窗口，请选择是。

   表中的重分类值即被自动加载至工具中。 共有 30 条等时线。

4. 对于输出栅格，请确认输出位置为 Stowe_Hydrology 地理数据库，并将输出名称更改为 Stowe_isochrones。

   

   加载的表会对流动时间图层整个范围的值进行重新分类，因此您无需选中将缺失值更改为 NoData。

5. 单击完成。

   工具随即开始运行，等时线图层将添加到地图中。

   

   图层的默认符号系统没有多大参考价值，原因在于您所用表格中的 30 条等时线范围仅仅使用 9 种不同符号即进行了符号化。 您将符号系统更改为应用连续配色方案后，即会以不同颜色显示所有 30 条等时线。

6. 在内容窗格中，右键单击 Stowe_isochrones，然后选择符号系统。

   随即显示符号系统窗格。 您将使用黑到白配色方案的唯一符号来符号化图层。

7. 对于主符号系统，选择唯一值。 对于配色方案，选择黑到白配色方案。

   

   图层符号系统即会在地图上自动更新。

   

   在使用此符号系统的情况下，更容易挑选出各条等时线。

   提示：

   符号化每个唯一值会导致内容窗格中的符号系统占用大量空间。 您可以折叠该图层及任何其他图层的符号系统，以在窗格中显示更多图层。

8. 关闭符号系统窗格。

   接下来，您将打开该图层的属性表，以查看分类到每条等时线的像元的数量，并选择特定等时线以进行更仔细的检查。

9. 在内容窗格中，右键单击 Stowe_isochrones 并选择属性表。

   随即显示该表。 该表显示了每条等时线的像元的值和计数。

10. 如有必要，移动属性表或调整其大小，以使所有 Stowe_isochrones 图层在地图中均可见。
11. 单击属性表中第一行左侧的框。

    

    表中的这一行处于选中状态。 相应的等时线也会在地图中处于选中状态。

    

    正如您所预料的那样，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 600 个像元位于第一条等时线中，这表示水会在 1,800 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。

12. 在属性表中选择一些其他行。 特别是，选择一些包含像元计数最多的等时线。

    较大的等时线通常包括贯穿整个集水区的区域像元，从而导致水在几乎相同的时间段内涌入出水口。

13. 浏览完等时线图后，关闭属性表。 在地图选项卡的选择组中单击清除按钮。

    

    您所做的任何选择都将被清除。

14. 在内容窗格中，关闭下列图层：
    • Stowe_velocity
    • Stowe_weight
    • Stowe_watershed_flow_direction
    • Stowe_time
15. 保存工程。

您使用速度场栅格图层创建了一个权重格网。 此权重格网表示下游水流的阻抗，并帮助您创建了流动时间栅格图层。 此外，您还将流动时间重新分类到具有相等间隔时间（1,800 秒）的等时线。 接下来，您会将等时线图转换为表。 针对在整个集水区以 1,800 秒的间隔均匀出现的单位净雨量，您将使用该表在出水口处建立时间-排水量关系。 最后，您将绘制该关系来创建单位过程线。

创建单位过程线

您之前创建了集水区区域的等时线图。 接下来，您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。 然后，您将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。

准备单位过程线表

要创建单位过程线，您需要首先从等时线图的属性表中导出独立表。 属性表当前测量的是每个等时线的面积（以像元数为单位），因此您还需要将该面积转换为公制单位。

1. 在任务窗格中，双击 Create a unit hydrograph 任务。

   

   此任务分为五个步骤。 第一步是打开导出表工具，该工具可将属性表导出到存储在地理数据库中的独立表。

2. 对于输入表，选择 Stowe_isochrones。
3. 对于输出表，确认输出位置是 Stowe_Hydrology 地理数据库，然后将输出名称更改为 Stowe_isochrones_table。

   

4. 单击运行。

   工具随即开始运行，新表被添加到内容窗格中。 目前，此表与 Stowe_isochrones 图层属性表相同。 虽然该表具有创建单位过程线所需的两组值的字段（时间和单位时间内的流域面积），但流域面积是以像元而非公制单位进行测量的。 此任务的下一步是打开添加字段工具，您将使用该工具向表中添加一个新字段来计算面积（以平方米为单位）。

5. 对于输入表，选择 Stowe_isochrones_table。
6. 对于字段名称，输入 Area_meters。 对于字段类型，选择双精度。

   双精度字段类型可以存储具有多个小数位的值。 使用此格式，您的区域值将更加精确。 可通过接下来的两个参数字段精度和字段小数位数限制字段中的位数和小数位数，因此您可以将这些参数留空。

7. 对于字段别名，输入 Area (Sq. Meters)。

   

   其余参数为字段提供了更多选项。 您当前正在创建的是一个简单的面积字段，因此这些参数并不重要，可以保持不变。

8. 单击运行。

   工具随即开始运行，并将新字段添加到独立表中。 您将打开该表以确认该字段已正确添加。

9. 在内容窗格中，右键单击 Stowe_isochrones_table（位于图层列表的底部），然后选择打开。

   随即显示该表。

   

   该字段以及您指定的字段别名已正确添加。 但是，该字段当前未包含值。

10. 关闭表。 返回到任务窗格。

    此任务的下一步是打开计算字段工具。 您将使用此工具来计算每个等时线的面积（以平方米为单位）。 当您在上一教程中首次打开该工程时，您被告知原始 Stowe_DEM 图层的像元大小为 30 米，这意味着每个像元的面积为 30 米乘以 30 米。 因为您的后续所有图层在某种程度上均以 DEM 图层为基础，所以它们具有相同的像元大小。 这意味着您可以通过将表中的 Count 字段乘以单个像元的大小来计算面积。

11. 对于输入表，选择 Stowe_isochrones_table。 对于字段名称，选择 Area (Sq. Meters)；对于表达式类型，选择 Python 3。
12. 对于表达式，创建表达式 !Count! * 30 * 30。

    

13. 单击运行。

    工具随即开始运行，并对该字段进行计算。 如果您愿意，可以查看表以确认是否已正确计算值。 此任务的下一步是再次打开添加字段工具。 您仍需向表中再添加一个字段，尽管它以表的现有字段为基础。 该字段将包含单位过程线纵坐标，用于显示出水口每秒的排水量。

    如果您创建的图表在一个轴上显示时间而在另一个轴上显示流域面积，那么您只会知道在 1800 秒（或 30 分钟）内到达出水口的水量。 此间隔用于将原始流量时间图层的大量唯一值分组为更易于管理的 30 个唯一值。 然而，在假设的紧急情况下，30 分钟可能意味着生死攸关的差异。 斯托市政当局将需要一个更准确的时间范围来进行规划。 您的新字段将估算每秒到达出水口的水量。

    单位过程线纵坐标（U_i，时间为 iΔt，其中 i = 1,2,….n）由区间 [(i - 1)Δt,iΔt] 的时间累积面积图的坡度得出。 这将由下列方程得出：

    Ui = U(i∆t) = (A(i∆t) - A[(i - 1)∆t]) / ∆t (1)

    • 其中：
      • A (t) 是自降雨开始以来在时间 t 内排到出水口的累积流域面积。

    方程 (1) 可以重写如下：

    Ui = Ai / ∆t (2)

    • 其中：
      • Ai 是第 i 个等时区域的增量流域面积。
14. 使用与任务第二步中使用的参数类似的参数来设置该工具，但将字段命名为 UH_ordinate，并将其别名设为 Unit Hydrograph Ordinate。

    

15. 单击运行。

    工具随即开始运行，该字段将添加到表中。 与之前一样，您需要计算该字段。 此任务的下一步是再次打开计算字段工具。 您将用流域面积除以时间间隔 (1,800)，以此来计算每秒面积。

16. 对于输入表，选择 Stowe_isochrones_table。 对于字段名称，选择 Unit Hydrograph Ordinate，并将表达式类型更改为 Python 3。
17. 对于表达式，创建表达式 !Area_meters! / 1800。

    

18. 单击完成。

    工具随即开始运行，并对该字段进行计算。

19. 打开表以确认所进行的计算。 完成后，将表关闭。

绘制单位过程线

在 ArcGIS Pro 中，您可以基于任何独立表来制作图表。 您将使用此功能，从表中的纵坐标字段创建单位过程线。

1. 在内容窗格中，单击 Stowe_isochrones_table 一次以将其选中。

   选中该表可将上下文选项卡添加到功能区。 该选项卡包含特定于独立表的选项。

2. 在功能区上，单击独立表选项卡。 在可视化组中，单击创建图表，然后选择折线图。

   

   随即打开图表属性窗格和一个空白图表。

3. 在图表属性窗格中的数据选项卡上，对于日期或数字，选择值。

   更改参数时，窗口将自动更新为示例图表。 Value 字段作为 x 轴，而 COUNT 字段已自动作为 y 轴提供。 您希望您的图表显示单位过程线纵坐标，而不是像元计数。

4. 在图表属性窗格中，对于聚合，选择 <无>。

   

5. 对于数值字段，单击选择。 选中 Unit Hydrograph Ordinate 框，然后单击应用。

   

   接下来，您将更改图表的标题和轴标注，以更好地说明图表显示的内容。

6. 在图表属性窗格中，单击常规选项卡。
7. 对于图表标题，输入 Unit Hydrograph at outlet point。
8. 对于 X 轴标题，输入 Time (seconds)。 对于 Y 轴标题，输入 Discharge at outlet per unit of excess rainfall (sq. meters per second)。

   窗口中的图表会自动更新为新标题。 出水口的单位过程线现已完成。

   

   注：

   单位过程线的轴上显示的增量以及单位过程线的大小取决于窗口的大小。

9. 保存工程。

您将等时区域转换成了表。 此外，您还将字段添加到了表中，以计算每个等时线的流域面积（以平方米为单位），并确定单位过程线纵坐标。 最后，您使用表来创建单位过程线，以显示在预测的降雨事件期间，出水口的排水量将在何时达到最高点。 最终，您的结果将有助于斯托镇的官员更有效地规划和应对洪水事件。

您可以在教程库中找到更多教程。

致谢

• Pour_point 图层由教程作者创建。 没有使用限制。
• Stowe_boundary 图层源自佛蒙特州地理信息中心 (VCGI) 创建的 VT 数据 - 城镇边界数据集。 有关使用条款，请参阅 VT 开放地理数据政策。
• Stowe_DEM 图层源自美国地质勘探局 (USGS) 创建的国家高程数据集。 USGS 创作或制作的数据和信息被视为属于美国公共领域。
• Stowe_surface_water 图层源自 USGS 创建的 NHD Plus Version 2 数据集。 USGS 创作或制作的数据和信息被视为属于美国公共领域。
• 工程包中包含的所有其他数据集均派生自上面列出的数据集并由教程作者创建。
• 卡片影像由加利福尼亚州水利资源局的 Kelly M. Grow 在 Wikimedia Commons 上提供。