GIS空间分析-基于InVEST模型的水文分析操作基础

本文主要是介绍GIS空间分析-基于InVEST模型的水文分析操作基础，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

在进行流域尺度或者区域尺度的生态系统服务价值评估时，为对比大流域、小流域内部差异等，往往会对研究区进行划分，这时候需要用到一些分区操作，如创建规则格网（渔网）、小流域分区等，本推文简要介绍了一些操作流程，以供大家探讨一二。

1. 创建渔网（Fishnet）

如果研究区范围没有明确的界限要求，如需要对规则格网内的ES总量进行分析，则可以创建数个规则的格网来进行研究区划分。

操作路径：数据管理工具-要素类-创建渔网，其中需要注意以下几点：

1）像元高度100-500都可以，行列数可以自行计算，覆盖住研究区即可，

2）关掉创建标记点，几何类型要选择polygon，

3）渔网是从左下角开始创建的。

4）常用于尺度分析，如提取三公里/五公里的格子等内部生态系统服务总量的多少，然后分析不同尺度的服务量差距

2. 提取小流域/通过小流域提取数据

小流域提取是GIS水文分析操作的一部分，这里只简要介绍如何通过GIS提取研究区的小流域以供后续InVEST模型的使用，同时由于涉及操作步骤较多，为不影响推文的排版，这里就不放太多图了，只将详细文字步骤标记清楚：

1）洼地填充：拿到dem后，做流域分析，要首先进行洼地填充以保证水文分析的精确性（空间分析工具-水文分析-填洼）

2）算水流方向：水流方向的计算是基于DEM高程数据，他的假设是空间上每个像元都有1点的水，然后根据DEM的高程差异，计算河网水系和初步的水流方向。（空间分析工具-水文分析-流向）

3）计算累计汇流：汇流量计算原理与水流方向类似，通过高程差异，计算最终河流的汇流量。（空间分析工具-水文分析-流量）

4）提取河网水系：根据GIS水文分析模块计算出的河网水系往往与实际河网水系有差异，这是多方面因素导致，如降雨气象因素、蒸散因素、水渗透系数、人类河流取水、水利设施等。所以在算出汇流量后应根据实际情况，对汇流量的值进行一个筛选，如可以提取汇流量>5000的河网，即可得到河网水系。值得一提的是，不同区域的这个汇流量阈值也不尽相同，需根据研究区的实际情况，谨慎定夺，该值会在较大程度上影响InVEST模型相关模块的数据精度。（空间分析工具-地图代数-栅格计算器）

5）提取河网结构：输入>5000的河网水系、水流方向图，生成河网结构，河网水系需要在算出来后与实际的河网进行交叉对比。（空间分析工具-水文分析-河网链接）

6）提取小流域：输入刚生成的河网结构和水流方向，提取小流域（空间分析工具-水文分析-分水岭）

7）最后栅格转矢量

Ps，计算得出的小流域往往不会与实际研究区完全重合，缺失的部分为其他流域在研究区内的延伸。因此为了保证小流域提取的结果完全与研究区边界重合（InVEST模型中的要求），需要在最开始提取DEM的掩膜之前，对边界掩膜数据建立5/10公里的缓冲区，这样最后的小流域只会多，不会少，最后再进行正常的边界掩膜提取，即可得到最终可用的数据。

声明：本推送内容仅代表本课题组对文章或研究领域的个人理解，请有兴趣的同学阅读原文，本人水平有限，难免出现错讹，也请各位专家、同学批评指正，如有对相关方向研究感兴趣的同学，也非常欢迎联系我们进行学术交流。

文章出处

作者：张鹏

公众号：景观生态与规划研究室

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视频教程，学习交流 +V：shugu2020

ArcGIS工具在InVEST模型中的应用

1. ArcGIS操作界面、辅助模块及其他辅助软件介绍；

2. ArcGIS数据形式与数据格式、数据格式之间的相互转换；

3. 新地图要素的创建、数据加载、数据层操作与保存等；

4. 数据属性表的编辑与查询；

5. 投影/坐标系统基础；

6. 投影系统处理策略；

7. 投影系统的查看及转换方法；

8. 各种格式空间数据的剪裁、拼接及提取；

9. 矢量数据、删格数据的符号化；

10. 专题图制作；

11. 图层运算与叠加分析方法；

12. 缓冲区分析技术；

13. 插值技术；

14. 水文分析：提取流域、子流域和水系图

InVEST模型安装及GIS数据处理

1.InVEST模型简介及安装；

2.InVEST模型前期数据的收集与处理：在GIS软件中实现。

Invest模型-产水模块

1产水模型原理

数据需求：土壤的最大根系埋藏深度，年降水量，植物可利用水量，年平均潜在蒸散发，土地利用/覆被，流域，次流域，生物物理系数表等。

2产水模型实践操作：以全国产水服务为例

Invest模型-土壤保持模块

1.土壤保持模型原理

流域土壤侵蚀和坡面径流泥沙淤积是决定径流含沙量的自然过程。集水区尺度的泥沙动力学过程的影响因素主要包括气候（尤其是降雨强度），土壤，地形地貌，植被，及农业生产大坝修筑和运营等人类活动。河流泥沙的主要来源包括流域地表侵蚀。

2土壤保持模型实践操作：以全国土壤保持服务为例

Invest模型之氮磷输出模块

1氮磷输出模型原理

在模型中，以径流中养分污染物的清除能力来估算植被和土壤对水质净化的贡献。使用产水、土地利用、养分的加载和过滤以及水质标准等数据来确定当前和将来的土地利用情况的养分持留能力。

2.氮磷输出模型实践操作：以全国氮磷削减服务为例

Invest模型之生物多样性生境质量模块、固碳模块、城市热岛缓解模块

1生物多样性生境质量模型原理

HRA模型可以整合有关生境暴露在每一个压力源的信息及其暴露后果的信息来以单个栅格和分区域规模形式估计和生产出生境风险图。

2生物多样性生境质量模型实践操作：以全国生物多样性维持服务为例

3 固碳模块的操作与应用

4 城市热岛缓解（降温）模块的操作与应用

5 InVEST常用数据下载、常用参数的提取与处理，例如DEM、蒸散（ET）、径流、土壤深度等

1.InVEST 模型在生态保护红线政策及保护优先区甄选项目中的应用及论文写作

生态保护红线政策、保护优先区甄选、自然保护区调整及其他相关项目，均需要在对区域的生态系统服务进行评估的基础上，进一步分析各生态系统服务指标的空间分布与数量特征，揭示各指标的权衡与协同关系；甄选其热点分布区域，将各指标的热点区域进行空间叠加分析，最终得出项目区域的优先保护与管理对策。

生态系统服务的权衡与协同

2.InVEST 模型在生态保护与修复效益评估项目中的应用及论文写作

重大生态保护与修复工程、保护与开发项目等生态政策的制定，如退耕还林政策、生态保护政策、自然保护区调整等，均需要提前对项目实施后的生态效益进行预测。通过情景构建的方法，对不同保护对策或建设路径的生态系统服务成效进行评估与权衡，从而得出最优化的保护与开发对策。

生态系统服务在海拔梯度上协同与管理

生态系统服务聚类协同保护与修复

3.InVEST 模型在生态系统服务供需、碳中和等领域和政策上的具体应用

生态系统服务供需关系是优化国土空间格局的重要举措，是实践“绿水青山就是金山银山”的重要抓手。优化国土空间格局，即是通过优化生态系统布局，提高生态系统服务供给，协调供给与需求之间的矛盾，在适当的尺度上实现供需平衡。此外，绿水青山转化为金山银山的重要前提，是要弄清绿山青山的供给者（供给区域）、消耗者（消耗区域）及其相互关系。揭示生态系统服务的供需耦合特征，是实践“绿水青山就是金山银山”的重要突破口。尤其是当前亟待解决的 “碳中和”目标，更需要对生态系统固碳服务的供给和需求进行正确的量化与空间化。