استخراج حوضه های آبی (Catchment and Watershed) با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Global Mapper

مفاهیم Basin، Watershed و Catchment در متون و منابع مختلف، دارای تعابیر و تعاریف مختلفی است. به منظور یکدست کردن مفاهیم نظری این سه واژه سعی شده است در این سایت از تعابیر و تعاریف یکسان استفاده شود. برای ملاحظه مفاهیم نظری این سه واژه و تعریف مورد پذیرش در این سامانه آموزشی به لینک زیر مراجعه کنید:

آشنایی با مفاهیم نظری حوضه های آبی و تعریف واژگان Basin، Watershed و Catchment

برای مشاهده آموزش استخراج حوضه های آبی با تعریف منطبق بر Watershed از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS از لینک زیر استفاده کنید:

استخراج حوضه های آبی (Watershed) بر اساس مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS

برای مشاهده آموزش استخراج حوضه های آبی با تعریف منطبق بر Catchment از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS از لینک زیر استفاده کنید:

استخراج حوضه های آبی (Catchment) با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS

برای مشاهده آموزش استخراج حوضه های آبی منطبق بر تعاریف Watershed and Catchment مورد توافق در این سیستم آموزشی از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Surfer از لینک زیر استفاده کنید:

استخراج حوضه های آبی (Watershed and Catchment) با استفاده از DEM در نرم افزار Surfer

برای مشاهده روش استخراج دستی حوضه های آبی از روی نقشه های توپوگرافی می توانید به لینک زیر مراجعه کنید:

روش استخراج دستی حوضه های آبی از روی نقشه های توپوگرافی

برای آشنایی با خصوصات ژئومتری و مورفومتری حوضه های آبی می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

خصوصیات ژئومتری حوضه ها آبی

برای دانلود نسخه های مختلف نرم افزار Global Mapper می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

دانلود نسخه های مختلف نرم افزار Global Mapper

برای مشاهده روش نصب و کرک نرم افزار Global Mapper به لینک زیر مراجعه کنید:

روش نصب و کرک نرم افزار Global Mapper

برای آشنایی اولیه با نرم افزار Global Mapper و برخی از توانایی ها و قابلیت های آن از لینک زیر استفاده کنید:

آشنایی اولیه با نرم افزار Global Mapper

دانلود مدل رقومی ارتفاعی ASTER سراسری ایران با قدرت تفکیک مکانی حدود 30 متر

دانلود مدل رقومی ارتفاعی AlOS سراسری ایران با قدرت تفکیک مکانی حدود 30 متر

استخراج حوضه های آبی (Catchment) از مدل رقومی ارتفاعی توسط نرم افزار Global Mapper

گام اول: ورود یا Import مدل رقومی ارتفاعی به نرم افزار Global Mapper

در گام نخست بایستی مدل رقومی ارتفاعی را به محیط نرم افزار اضافه کنید. بدین منظور از سه مسیر می توانید مدل رقومی ارتفاع را Import کنید. مسیر نخست استفاده از میانبر موجود در صفحه اصلی نرم افزار است که در شکل زیر نشان داده شده است. به طوری که در شکل ملاحظه می شود از صفحه اصلی نرم افزار بر روی آین میانبر Open Data Files کلیک کرده به مسیر قرارگیری فایل DEM ناوبری نموده و سپس فایل را باز کنید. روش دوم برای Import کردن مدل رقوم ارتفاعی به محیط نرم افزار Global Mapper استفاده از آیکن Open Data Files می باشد که در لیست جعبه ابزارها قرار دارد. در شکل زیر روش دسترسی به این آیکن نمایش داده شده است.

روش سوم برای Import کردن مدل رقومی ارتفاعی به محیط نرم افزار استفاده از منوی File و سپس کلیک بر روی گزینه Open Data Files می باشد که در شکل زیر مسیر دسترسی به این گزینه نمایش داده شده است.

به هر حال از یکی از سه روش مذکور مدل رقومی ارتفاعی را به محیط نرم افزار احضار کنید.

گام دوم: اجرای مدلسازی های هیدرولوژیکی

در گام دوم بایستی وارد بخش آنالیزهای هیدرولوژیکی نرم افزار Global Mapper شوید. بدین منظور از منوی Analysis وارد زیر منوی Generate Watershed شوید. در شکل زیر مسیر دسترسی به این ابزار نمایش داده شده است.

توجه داشته باشید در صورتی که مدل رقومی ارتفاعی را به محیط نرم افزار Import نکرده باشید با پیغام خطایی مواجه می شوید که در شکل زیر نشان داده شده است.

در هر صورت اگر مدل رقومی ارتفاعی را به محیط نرم افزار اضافه کرده باشید با کلیک بر روی گزینه Generate Watershed که در منوی Analysis قرار دارد، پنجره ای به همین نام باز می شود که در شکل زیر نشان داده شده است. در این پنجره تمامی آنالیزهای هیدرولوژیکی نرم افزار Global Mapper مدیریت و اجرا می گردد. به طوری که در شکل زیر نشان داده شده است، هر یک از کادرهای اصلی این پنجره شماره گذاری شده و در ادامه به توضیح بیشتری در مورد آنها خواهیم پرداخت.

در پنجره Watershed Generation Options که در شکل بالا مشاهده می شود، در کادر شماره 1 به نام stream Threshold در اصل می توانید آستانه های ترسیم حوضه ها و شبکه های زهکشی را تعیین و تعریف کنید. این بخش معادل Stream Definition در نرم افزار Arc Hydro می باشد. در این کادر در اصل می توانید تراکم شبکه های زهکشی و نیز تراکم استخراج شبکه های زهکشی را تعریف کنید. با توجه به ترمینولوژی مورد توافق در این سیستم آموزشی و تعریفی که از کلمات Basin و Watershed و Catchment ارائه و مورد پذیرش و توافق و قرارداد در این سامانه آموزشی قرار گرفت، فارغ از ترمینولوژی مورد استفاده در نرم افزارهای سیستم اطلاعات جغرافیایی به طبقه بندی مورد توافق در این سیستم اکتفا شده است. با این تفسیر، در نرم افزار Global Mapper امکان استخراج Basin و Watershed وجود ندارد و تنها امکان استخراج Catchment از مدل رقومی ارتفاعی مهیا است. علی رغم استفاده نرم افزار Global Mapper از واژه Watershed طبق تعاریف مورد توافق ما این نرم افزار Catchment را استخراج می کند. در نتیجه به این توضیح در حین استفاده و کار با آنالیزهای هیدرولوژیکی توجه داشته باشید.

به هر حال در کادر Stream Threshold می توانید از یک آستانه هیدرولوژیکی برای تعیین تراکم زهکشی و نیز نحوه استخراج Catchment ها استفاده کنید. این آستانه هیدرولوژیکی را می توانید به دو فرم وارد کنید که البته در معنای کارکردی آن تأثیر نخواهد داشت. در فرم اول می توانید به واحد سلول یا پیکسل در بخش Stream Cell Count وارد کنید و در فرم دوم می توانید به واحد مساحت در بخش Stream Drainage Area وارد نمائید. در هر صورت وقتی به طور مثال عدد 100 را در کادر Stream Cell Count وارد کنید به معنای آن است که آستانه استخراج شبکه زهکشی، آن است که حداقل 100 سلول به سمت سلول مبنا زهکشی شود. یعنی مساحتی معادل 100 ضرب در مساحت یک سلول باید به سمت یک پیکسل جریان تجمعی داشته باشد تا آن پیکسل یا سلول را بتوان به عنوان آبراهه در نظر گرفت. با این توضیح هر قدر عدد Stream Cell Count یا Stream Drainage Area را افزایش دهید، تراکم و تعداد سرشاخه های اصلی شبکه کاسته شده و تنها شبکه های اصل تر ترسیم می شوند.

در پنجره Watershed Generation options در کادر شماره 2 به نام Operations at Selected Locations می توانید محاسبات هیدرولوژیکی را در موقعیت نقاط منتخب انجام داد و در نتیجه امکان استخراج Watershed (مطابق با تعریف مورد توافق در این سیستم آموزشی)در این بخش امکان پذیر خواهد بود. در این بخش چندین گزینه مختلف وجود دارد که به ترتیب به توضیح در مورد هر یک می پردازیم:

1- Trace Flow From Selected Lines : در صورتی که یک عارضه خطی در حالت انتخاب باشد، این گزینه به صورت خودکار در حالت چک قرار می گیرد، نهایتاً از عارضه خطی به سمت پائین جریان Trace انجام خواهد گرفت.

2- Trace Flow From Selected Points: در صورتی که یک یا چند عارضه نقطه ای در حالت انتخاب باشد، این گزینه به صورت خودکار در حالت چک قرار می گیرد، نهایتاً از عارضه نقطه ای به سمت پائین جریان Trace انجام خواهد گرفت.

3- Create Watershed Area Showing Drainage to selected lines:

در این بخش اگر این گزینه را تیک بزنید و یک یا چند Feature Part خطی در حالت انتخاب قرار داشته باشد، محدوده ای که به سمت این عوارض زهکشی می شوند استخراج خواهند شد. از این گزینه در سطوح زهکش شده به سمت یک جاده یا هر نوع عارضه خطی دیگر می توانید استفاده کنید.

4- Create Watershed Area Showing Drainage to selected Points:

در این بخش اگر این گزینه را تیک بزنید و یک یا چند Feature Part نقطه ای در حالت انتخاب قرار داشته باشد، محدوده ای که به سمت این عوارض زهکشی می شوند استخراج خواهند شد. با استفاده از این گزینه در اصل امکان استخراج محدوده Watershed مهیا خواهد شد.

در پنجره Watershed Generation options در کادر شماره 3 پنج گزینه مختلف وجود دارد که به ترتیب به توضیح هر کدام می پردازیم:

گزینه 1 – Create Watershed Area Showing Drainage to Streams می باشد. اگر این گزینه را فعال کنید. پلیگون های مربوط به حوضه های آبی متناسب با تراکم زهکشی تنظیم شده در بخش Stream Threshold ترسیم می شود. اگر این گزینه را غیر فعال کنید، لایه ای پلیگونی مربوط به هر یک از حوضه ها ترسیم نخواهد شد. در شکل زیر حالت فعال و غیر فعال بودن این گزینه را نشان می دهد.

گزینه 2- Interpolate to Fill Small Gaps in Data می باشد. در صورتی که این گزینه را فعال نمائید در صورتی که سلول های کوچکی دارای No Data در مدل رقومی ارتفاعی باشند، با استفاده از الگوریتم های داده سازی، ترمیم و تکمیل می شوند. بهتر است این گزینه را در حالت فعال قرار دهید تا در صورت وجود نویزهای کوچک No Data در شبکه رستری ورودی، نسبت به تصحیح و تکمیل شبکه رستری با استفاده از الگوریتم های میانیابی اقدام شود.

گزینه 3 – Smooth Stream to Improve the Appearance می باشد. اگر این گزینه را فعال کنید، مقداری هموارسازی بر روی شبکه زهکشی خطی اعمال می گردد تا از نظر کارتوگرافیکی و نمایشی عملکرد بهتری داشته باشد. در شکل زیر تأثیر فعال بودن و غیر فعال بودن این گزینه نمایش داده شده است.

گزینه 4 – Calculate Strahler Stream Order می باشد. در صورتی که این گزینه را در حالت فعال قرار دهید، رتبه بندی با سیستم استرالر برای شبکه زهکشی ترسیم شده نیز محاسبه و در جدول اطلاعات توصیفی لایه خطی شبکه زهکشی درج می شود. از این اطلاعات در نمادسازی پیشرفته شبکه زهکشی و نیز در محاسبات و مدلسازی های هیدرولوژیکی می توانید استفاده کنید. یکی از کاربردهای رتبه بندی استرالر در محاسبه ضریب بیفورکاسیون یا ضرائب زهکشی مختلف در محاسبات هیدرولوژیکی است.

گزینه 5 – ADVANCED – Show Flow Accumulation as Grid می باشد. در صورتی که این گزینه را تیک بزنید، به هنگام ایجاد لایه های هیدرولوژیکی، لایه مربوط به جریان تجمعی یا Flow Accumulation نیز ایجاد و به لیست خروجی ها اضافه می گردد.

در پنجره Watershed Generation options در کادر شماره 4 به نام Resolution می توانید قدرت تفکیک شبکه رستری که درگیر محاسبات هیدرولوژیک می شود را تغییر دهید. با توجه به اینکه هر گونه تغییر در ساختار داده های شبکه ای نیاز به Resampling یا بازچینی عددی شبکه ای دارد، در همین کادر امکان تعیین روش Resampling نیز وجود دارد.

در پنجره Watershed Generation options در کادر شماره 5 به نام Depression Fill Depth می توانید عمق پرسازی Sink های موجود در مدل رقومی ارتفاعی را تصحیح نموده و با استفاده ازالگوریتم های Filling Sink پر نمائید. در صورتی که این مرحله به درست انجام نشود، انسجام و همگنی و اتصال شبکه های زهکشی با مشکل رو به رو خواهد شد. هر قدر مدل رقومی ارتفاعی مورد استفاده از نویز بیشتر یا خطای Sink بیشتری برخوردار باشد و عمق نویزها و Sink ها نیز عمیق تر باشند، بایستی عمق پرسازی چاله ها را افزایش داد.