Примеры практического применения гидрологического анализа

Инструменты гидрологического моделирования в наборе инструментов дополнительного модуля Дополнительный модуль ArcGIS Spatial Analyst предоставляют методы для описания физических компонентов поверхности. Гидрологические инструменты позволяют идентифицировать приемники, определять направление потока, вычислять суммарный сток, разграничивать водоразделы и создавать сети водотоков. На рисунке ниже показана водная сеть, полученная на основе модели рельефа:

Пример сети водотоков, полученных на основе модели рельефа

Используя растр высоты или цифровую модель рельефа (ЦМР) в качестве входных данных, возможно автоматически определить дренажную систему и выявить количество характеристик системы. Следующие диаграммы иллюстрируют шаги для вычисления водораздела и сети водотоков из ЦМР.

1. ЦМР, на котором будет выполняться гидрологический анализ.

   Входная поверхность ЦМР

2. При использовании ЦМР (DEM) в качестве входных данных инструмента Направление стока (Flow Direction) определяется направление, в котором вода вытекает из каждой ячейки.

   Определяется направление потока.

3. С помощью инструмента Локальное понижение (Sink) определяются локальные понижения в исходной ЦМР (DEM). Локальное понижение – это обычно некорректное значение, меньше значений окружающих местоположений. Локальные понижения, показанные на диаграмме выше (рассеянные цветные точки), являются проблематичными, т.к. вода, попадающая в них, не может выходить наружу. Чтобы обеспечить надлежащее дренажное картирование, эти локальные понижения можно заполнить с помощью инструмента Заполнение локальных понижений (Fill).

   Определяются приемники.

4. С помощью инструмента Водораздел (Watershed) очерчиваются водоразделы для заданных местоположений. Однако, если вы хотите вычислить только сеть водотоков, можно проигнорировать этот шаг.

   Определение водотоков.

5. Чтобы создать сеть водотоков, используйте инструмент Суммарный сток (Flow Accumulation) для вычисления количества ячеек вверх по склону, впадающих в местоположение. Выходной растр направления потока, созданный в предыдущем шаге, используется в качестве входных данных.

   Выходные данные суммарного стока

6. Порог может быт задан на растре, полученном из инструмента Суммарный сток (Flow Accumulation); начальным этапом является определение системы сети водотоков. Эту задачу можно выполнить с помощью инструмента Условие (Con) или Алгебра карт (Map Algebra). Пример общего синтаксиса в инструменте Условие (Con): newraster = con(accum > 100, 1). Все ячейки, в которые выполняется сток из более, чем 100 ячеек, будут частью сети водотоков.

7. Чтобы представить порядок каждого сегмента в сети, примените инструмент Порядок водотоков (Stream Order). Для упорядочения водотоков применяются две технологии, Шреве и Страхлера.

   Выходные данные упорядочения водотоков

8. При использовании инструмента Длина линии стока (Flow Length) можно определить длину пути потока вниз или вверх по течению из каждой ячейки в пределах данного водораздела. Это полезно для вычисления времени перемещения воды через водораздел.

   Выходные данные длины линии стока