Практическое применение гидрологического анализа в гис.
Гидрологические исследования сложно представить без использования картографических материалов для комплексного изучения водных ресурсов и их пространственно-временного распределения. Для определения основных гидрографических характеристик рек и их бассейнов, морфометрических характеристик озер и водохранилищ, визуальной оценки территории используются топографические и тематические карты разных масштабов. Геоинформационные системы нашли применение в гидрологии, поскольку большинство гидрологических задач носят ярко выраженный пространственный характер.
Инструменты гидрологического моделирования в наборе инструментов дополнительного модуля SpatialAnalyst предоставляют методы для описания физических компонентов поверхности. Гидрологические инструменты позволяют идентифицировать приемники, определять направление потока, вычислять суммарный сток, разграничивать водоразделы и создавать сети водотоков.
Используя растр высоты или цифровую модель рельефа в качестве входных данных, возможно автоматически определить дренажную систему и выявить количество характеристик системы.
В настоящее время средствами ГИС-технологий решается несколько классов гидрологических задач:
создание и ведение гидрологических баз данных;
определение и уточнение гидрологических и гидрографических характеристик рек и их бассейнов;
цифровое картографическое моделирование для расчета гидрографических и гидрологических показателей;
гидрологический анализ.
Глава 2. Практическая часть
2.1. Гидрологический анализ реки Оскол
1.Был дан исходный файл грид с бассейном реки Северский Донец, произведенный из данных SRTM.
Shuttle radar topographic mission (SRTM) - Радарная топографическая съемка большей части территории земного шара, за исключением самых северных (>60), самых южных широт (>54), а также океанов, произведенная за 11 дней в феврале 2000г с помощью специальной радарной системы. Двумя радиолокационными сенсорами SIR-C и X-SAR, было собрано более 12 терабайт данных (что примерно равно объему информации библиотеки конгресса). В течение этого времени с помощью метода называемого радарной интерферометрией (radar interferometry) было собранно огромное количество информации о рельефе Земли, ее обработка продолжается до сих пор. Но определенное количество информации уже доступно пользователям.
Существует три версии данных: предварительная (unfinished, версия 1), окончательная (finished, версия 2) и обработанная. Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Обработанная версия производится CGIAR и включает сборку мозаик в более крупные фрагменты (6000 x 6000 пикселей или 5х5, а не 1х1 градус) и исправление областей с отсутствующими значениями.
Изначально планировалось распространение данных Level-2 с максимальным разрешением - 30 метров (1 угловая секунда), но, в связи с недавними событиями и угрозой терроризма было принято решение распространять генерализованные данные Level-1 с разрешением 90 метров (3 угловых секунды) на всю отснятую территорию, кроме территории США, на которую данные распространяются с максимальным разрешением. На некоторые территории в США (общей площадью 50.000 км2) съемка вообще не производилась, что видимо также связано с вопросами национальной безопасности. Разрешение данных по высоте 1 метр.
Таким образом, все сырые данные (raw data) и данные с максимальным разрешением Level-2 распространяются только через Министерство Обороны США.
Данные являются простым 16 битным растром (без заголовка), значение пиксела является высотой над уровнем моря в данной точке, оно также может принимать значение -32768, что соответствует значению no data (нет данных). Референц-эллипсоид данных - WGS84.
Изначально перед миссией SRTM ставились следующие задачи по точности:
Линейная абсолютная ошибка по высоте менее 16 метров.
Линейная относительная ошибка по высоте менее 10 метров.
Круговая абсолютная ошибка в плане меньше чем 20 метров.
Круговая относительная ошибка в плане меньше чем 15 метров.
Относительная ошибка по высоте для данных X-band SRTM меньше 6 метров.
Значения на практике оказались значительно лучше:
Рисунок 1.2- Результаты ошибок (в метрах)
Импортировать данные SRTM для работы в ГИС можно с помощью большинства распространенных пакетов ГИС.
2. Первым этапом в работе является FillSinks–заполнение локальных понижений. Этот этап самый длительный, поскольку происходит выравнивание значений отметок высоты с отрицательных значений до нулевых значений.
3. Дальше идут уже более быстрые этапы, такие как:
Flow direction – вычисление направление потока(рис.2.1);
Flow accumulation – суммарный сток;
Stream Network as LineShape – сеть потока – на этом этапе обрисовывается речная сеть(рис.2);
Рисунок 2- Выбор команды Stream Network as Line Shape
Watershed – водораздел – на этом этапе происходит формирование подбассейнов.
4.После выполнения всех этапов работы со всей речной сетью Северского Донца, начинается работа с бассейном реки Оскол.
5. Для начала, необходимо найти нужную реку на карте.
Рисунок 3- река Оскол на карте
6. Если не удается точно установить местонахождение реки/притока, можно воспользоваться другими программами с координатным расширением. Для этого необходимо узнать точные координаты реки. Создать таблицу в MSExcel с координатами, и сохранить в формате текстового файла (с разделением табуляции). После всех действий, добавить новый файл в проект ArcView в нужный вид. Новые данные отобразятся точкой на карте. После чего можно удостовериться в правильном местонахождении реки.
7. Для того, чтобы образовался единый подбассейн, необходимо выделить все под бассейны реки Оскол и объединить в один.
8. Теперь необходимо удалить ненужные бассейны рек и оставить только реку Оскол от истока до устья без боковых притоков.
9. Те же самые действия необходимо выполнить для речной сети. Но при этом необходимо оставить лишь реку от истока до устья. Результат шагов 7-9 представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 - река Оскол без притоков и ее бассейн
10. Для подсчета площади бассейна реки Оскол необходимо выполнить действия SpatialAnalyst->Calculate.
11. Получаем таблицу с полученными данными площади бассейна реки Оскол.
Рисунок 5 -расчетная площадь бассейна реки Оскол
11. Для подсчета длины реки Оскол, был активирован шейп-файл River_15000_test.shp. и выполнены действия ХTools=>TableStatistics.
Рисунок 6 - расчетная длина реки Оскол
12. Теперь можно сравнить полученные данные с данными Водного Кадастра РФ.
Рисунок 7–данные государственного водного реестра по реке Оскол