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ArcGIS Hydrology ToolsOverview REM402

Understanding of how water flows across an areaand how changes in that area may affect the flow

GIS Hydrology 

• The concepts and key terms regarding drainage systems and surface processes

h d l i i f i f di i l• Extract hydrologic information from a digital elevation model (DEM) in ArcGIS

• Other hydrology tools

Watersheds ‐ Drainage Basins

an area that drains water and other substances to a common outlet

Visualize a watershed on a topo mapA watershed is the upslope area contributing flow to a given location

Digital Elevation Model Errors in Digital Elevation Models

• Sinks are errors in DEMs

• Will cause problems in hydrologic analysisy g y

• Fill sinks using GIS tools

• Can take a long time for large DEMs

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Flow Direction …….direction in which water would flow out of each cell 

Flow Direction …….direction in which water would flow out of each cell 

if the direction of steepest drop was to the left of the current processing cell, its flow direction would be coded as 16

Elevation

Flow direction

Flow Direction from DEM Flow Accumulation from Flow Direction

The accumulated flow is based on the number of cells flowing into each cell in the output raster. The current processing cell is not considered in this accumulation

Flow Accumulation defines a Stream NetworkZoom in to see the flow accumulation

A stream network can be defined by defining a threshold for accumulation

For example, all cells with more than 100 cells flowing into it is considered part of the stream network

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Stream to Feature

• Reclassify the Flow Accumulation Grid into two classes (stream and not stream) 

• Use the Stream to Feature tool to convert the grid to a linear vector file (shapefile)grid to a linear vector file (shapefile)

Stream Order

Flow Length Tool

• The length of the flow path, either upslope or downslope, from each cell within a given watershed

• This is useful for calculating the travel time of• This is useful for calculating the travel time of water through a watershed.

Flow Length Tool

• The length of the flow path, either upslope or downslope, from each cell within a given watershed

• This is useful for calculating the travel time of water through a watershed.

Basins

• Creates a raster delineating all drainage basins in the DEM

Watershed • Determines the contributing area above a pre‐defined pour‐point

• First run Snap Pour Point to snap the pour points to the nearest point of highest flow accumulation

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WatershedWatersheds of different orders

Tau DEMhttp://hydrology.neng.usu.edu/taudem/

Tau DEMhttp://hydrology.neng.usu.edu/taudem/

•Tau DEM is an independent ArcGIS extension •Easy to download and install (also free!)•Contains the same general tools as Arc ToolboxContains the same general tools as Arc Toolbox•Terrain analysis tools, e.g. wetness index and more•Stream gradient (?)•Multiple flow directions rather than 8

Multiple Flow Directions

• Assigns flow direction based on steepest slope on a triangular facet

• Flow direction measured as an angle

• Infinite flow directions rather than 8!

• More realistic flow  models

Tarboton 1997

StreamStats by USGShttp://water.usgs.gov/osw/streamstats/

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Choose a State Interactive GIS

Zoom in and identify pour‐point Other StreamStats Tools• Basin characteristics (area, elevation etc. )

• Gaging station information

• Watershed delineation from pour‐point

• Show main channel flow path and profile• Show main channel flow path and profile

• Estimate flows

• Terrain profile