Визначення площі водозбірних басейнів за даними SRTM

Басейн річки - територія земної поверхні, з якою всі поверхневі і грунтові води стікають в даний водойму, включаючи різні його притоки і річки. Найчастіше мова йде про басейнах річок.

Басейн кожного водойми включає в себе поверхневий і підземний водозбори. Поверхневий водозбір являє собою ділянку земної поверхні, з якого надходять води в дану річкову систему або певну річку. Підземний водозбір утворює товщі пухких відкладень, з яких вода надходить у річкову мережу. У загальному випадку поверхневий і підземний водозбори не збігаються, тому визначення межі підземного водозбору практично дуже складно, то за величину річкового басейну приймається тільки поверхневий водозбір (Рис. 3.22).

Рисунок 3.22 – Приклад басейнів річкової мережі

Басейни між собою відрізняються за гідрологічним і морфометричних характеристикам, а саме:

· довжиною водотоків;

· положенням вододілів;

· площею елементарних басейнів і вододілів;

· кутом нахилу;

· розчленуванням території та ін.

Традиційним джерелом даних для розрахунків цих параметрів є карти і результати землемірної зйомки. Але є й альтернативний спосіб отримання гідрологічних та морфометричних характеристик водозбірних басейнів, який заснований на цифрових моделях рельєфу (ЦМР). Якщо цей процес автоматизувати, то це істотно знизити часові витрати на отримання необхідних параметрів.

Моделювання гідрологічних характеристик басейнів річок проводиться в середовищі ArcGIS за допомогою інструментів Hydrology, модуля просторового аналізу Spatial Analyst.

Застосовуючи на практиці інструменти Hydrology та додатково створені моделі, на основі ЦМР замовнику можуть постачатися такі дані:

1. Поверхня напрямку стоку - растровий шар;

2. Поверхня накопичення стоку (сумарний стік) - растровий шар;

3. Поверхня довжини потоку - растровий шар;

4. Мережа водотоків - векторний шар;

5. Вододіли для кожного річкового потоку - растровий і векторний шар;

6. Басейн річки - растровий і векторний шар.

7. Маршрут руху водного потоку (або будь-який інший рідини) вниз за течією від точки спостереження;

8. Також можливе розрахувати додаткову атрибутивную інформацію для кожного вододілу або басейну, а саме:

· Площі вододілів і басейнів;

· Середні кути нахилу поверхні;

· Довжину річок та їх приток[21].

Згідно попередніх досліджень ми встановили, що дані SRTM є точнішими за дані ASTER GDEM, тому вхідними даними для моделювання водозбірного басейну за допомогою модуля ArcGIS Hydrology Tools програмного продукта ArcGIS являються дані дистанційного знімання Землі SRTM з 30-метровою роздільною здатністю на територію Дубенського району Рівненської області. Така точність є відносно невисокою, але для вирішення даної задачі ця точність є цілком достатньою.

Етапами процесу моделювання є:

1. Підготовка зображення до початку роботи

2. Визначення ухилу для кожного пікселя

3. Визначення ймовірних водотоків

4. Формування гідрографічної мережі

5. Поділ річок на сегменти

6. Визначення басейнів

7. Перетворення растрової інформації у векторну

1. Підготовка зображення до початку роботи

За допомогою команди: «Terrain Preprocessing – DEM Manipulation – Fill Sinks» виконуємо етап підготовки зображення до початку моделювання. На даному етапі може статись так, що знімок (знімки) будуть неякісними. Це може бути спричинено так званими «пустими» пікселями. Тому слід відшукати такі і анулювати їх вплив на подальший результат. Така процедура недоступна для людського ока, але такі пікселі можуть кардинально вплинути на подальший результат. Тобто, якщо якийсь з пікселів просто на просто випадає, то ми його згладжуємо і встановлюємо йому значення на основі інтерполяції. Після такої попередньої підготовки можна приступати до наступного етапу.

2. Визначення ухилу для кожного пікселя

На даному етапі ми визначили напрямки ухилів для кожного пікселя зображення. Всіх напрямків буде 8: 4 основних (північ, південь, захід, схід) та 4 проміжних. Для виконання даного етапу потрібно виконати команду: «Terrain Preprocessing – Flow Direction». Результат представлений на рисунку 3.23.

Рисунок 3.23 - Результат виконання етапу моделювання «Terrain Preprocessing – Flow Direction»

3. Визначення ймовірних водотоків

За допомогою функції «Terrain Preprocessing – Flow Accumulation», на основі попереднього етапу ми можемо визначити ймовірні водотоки. При цьому ймовірність його існування буде визначатись насиченістю зображення. На рисунку 3.24 представлений результат.

Рисунок 3.24 - Результат виконання етапу моделювання «Terrain Preprocessing – Flow Accumulation»

4. Формування гідрографічної мережі

На цьому етапі «відкидаються» і не беруться до уваги ті ділянки водотоків, ймовірність яких є низькою. При цьому ступенем такої генералізації ми можемо власноруч керувати, залежно від наших потреб (чим більше значення кількості комірок – тим більша ступінь генералізації). Після функції «Terrain Preprocessing – Stream definition» в нас залишаться лише найбільші водотоки (можна сказати, що це цілком сформовані річки).

5. Поділ річок на сегменти

Необхідно розбити кожну річку з її притоками на окремий сегмент для того, щоб для кожної можна було побудувати власний водозбірний басейн. Для цього виконуємо команду «Terrain Preprocessing – Stream segmentation».

6. Визначення басейнів

Даний етап являється ключовим для виконання поставленої мети. Для кожного елементу річки визначається його водозбірний басейн. При цьому система на основі просторового аналізу визначає межі водозборів кожного сегмента. На рисунку 3.25 зображено результат виконання даного етапу за допомогою команди: «Terrain Preprocessing – Catchment Grid Delination»

Рисунок 3.25 - Водозбірні басейни кожного сегмента річкової мережі

7. Перетворення растрової інформації у векторну

Результати всіх попередніх етапів формуються у растровому вигляді. Хоча такий спосіб представлення інформації є більш наглядним, але при цьому втрачається можливість подальшого використання та обробки даних. Тому доцільно перетворити растрову інформацію у векторну. Для виконання даного етапу потрібно виконати команди:

1. «Terrain Preprocessing – Catchment polygon processing» - система

формує векторні полігони;

2. «Terrain Preprocessing – Drainage line processing» - система формує русла річок у вигляді поліліній.

На рисунку 3.26 зображено кінцевий результат побудови водозбірних басейнів річок.

Рисунок 3.26 - Результат побудови водозбірних басейнів річок на територію Дубенського району Рівненської області

Дата добавления: 2015-08-31