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

برای آشنایی با مفاهیم نظری حوضه های آبی و تفاوت واژگان Basin، Watershed و Catchment می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

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

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

آشنایی با ژئومتری و مورفومتری حوضه های آبی

برای آشنایی با روش استخراج حوضه ها آبی به روش دستی از نقشه های توپوگرافی می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

روش ترسیم دستی حوضه های آبی از نقشه های توپوگرافی

برای مشاهده روش استخراج حوضه های آبی مطابق با تعریف Basin از مدل رقومی ارتفاعی می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

روش استخراج حوضه های آبی (Basin) از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS

برای مشاهده روش استخراج حوضه های آبی مطابق با تعریف Watershed از مدل رقومی ارتفاعی می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

روش استخراج حوضه های آبی (Watershed) از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS

برای ترسیم حوضه های آبی با تعریف منطبق بر Catchment در نرم افزار Arc GIS نیاز به نصب افزونه Arc Hydro متناسب با نسخه Arc GIS خود خواهید داشت. برای دانلود تمامی نسخه های Arc Hydro می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

دانلود تمامی نسخه های Arc Hydro برای نسخه های مختلف Arc GIS

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

برای نصب نرم افزار Arc Hydro بایستی توجه داشته باشید که دقیقاً نسخه Arc Hydro باید با نسخه نرم افزار Arc GIS که بر روی سیستم شما نصب است، یکسان باشد، در غیر این صورت با پیغام خطا به هنگام نصب این اکستنشن مواجه خواهید شد. بعد از نصب افزونه آرک هیدرو (Arc Hydro) متناسب با نسخه نرم افزار Arc GIS خود، مطابق با شکل زیر در قسمت نوارابزار بالای نرم افزار کلیک راست نموده و اکستنشن Arc Hydro را فعال کند تا به لیست ابزارهای نرم افزار افزوده شود.

به محض کلیک بر روی Arc Hydro Tools در لیست ابزارهای نرم افزار Arc GIS این جعبه ابزار فعال شده و نمایش داده می شود:

استخراج حوضه های آبی Watershed از مدل رقومی ارتفاعی (DEM)

اکنون با استفاده از افزونه Arc Hydro در محیط نرم افزاری Arc GIS به آموزش روش استخراج Catchment از مدل رقومی ارتفاع می پردازیم. پروسه استخراج Catchment از مدل رقومی ارتفاعی شامل چندین مرحله پشت سر هم می باشد که بایستی به ترتیب انجام شود. در ادامه به ترتیب هر یک از گام ها را مطرح و توضیح می دهیم.

گام اول: استخراج لایه Fill از مدل رقومی ارتفاعی (DEM)

در گام نخست، بایستی خطای Sink از مدل رقومی ارتفاع حذف گردد، بدین منظور به طوری که در شکل زیر نشان داده ده است، از منوی Terrain Processing در جعبه ابزار Arc Hydro وارد زیر منوی DEM Manipulation شده سپس گزینه Fill Sink را انتخاب کنید.

به محض کلیک بر روی گزینه Fill Sink پنجره ای مشابه شکل زیر باز خواهد شد. در این پنجره مدل رقومی ارتفاعی را در بخش DEM معرفی نموده و سپس در بخش Hydro DEM فایل تصحیح شده تحویل داده خواهد شد. می توانید به انتهای نام fill پسوند .tif را اضافه کنید. متد Fill را بر روی Fill All تنظیم کنید و سپس بر روی دکمه ok کلیک کنید تا مدل رقومی ارتفاعی تصحیح شده و فایل Fill ایجاد گردد.

در شکل زیر مدل رقومی ارتفاعی تصحیح شده یا Fill Sink شده نمایش داده می شود.

گام دوم: استخراج لایه Flow Direction از لایه Fill

در گام بعدی باید لایه جهت جریان یا Flow Direction از لایه Fill که در مرحله اول تهیه شده است، استخراج گردد. از منوی Terrain Processing وارد زیر منوی Flow Direction شوید و بر روی آن کلیک کنید.

با کلیک بر روی گزینه Flow Direction پنجره ای به همین نام باز می شود که تصویر آن را در شکل زیر مشاهده می کنید. در پنجره Flow Direction در بخش Hydro DEM مدل رقومی ارتفاعی Fill شده را معرفی کنید و در بخش Flow Direction Grid می توانید لایه جهت جریان را تحویل بگیرید. می توانید .tif را به انتهای نام Flow Direction اضافه کنید. بهتر است سیستم نامگذاری Arc Hydro را تغییر ندهید.

با تائید پنجره Flow Direction، لایه جهت جریان به طوری که در شکل زیر نشان داده شده است، ایجاد می گردد.

گام سوم: استخراج لایه Flow Accumulation از لایه Flow Direction

در گام بعدی بایستی لایه جریان تجمعی ایجاد شود. ابتدا از منوی Terrain Processing وارد زیر منوی Flow Accumulation شوید و بر روی آن کلیک کنید تا پنجره ای به همین نام باز شود.

در کادر Flow Accumulation که در شکل زیر نشان داده شده است، از لایه Flow Direction به عنوان ورودی استفاده کنید تا در بخش Flow Accumulation Grid لایه جهت جریان را تحویل بگیرید.

نمونه ای لایه جریان تجمعی که در این مرحله تهیه شده است در شکل زیر نشان داده شده است.

گام چهارم: استخراج لایه Stream Definition بر اساس لایه Flow Accumulation

در مرحله بعدی بایستی تراکم جریان را تعریف کنید. این مرحله که به نام Stream Definition یا تعریف جریان است، می توانید تراکم زهکشی را تعیین کنید. از منوی Terrain Processing وارد زیر منوی Strem Definition شده و بر روی آن کلیک کنید.

به محض کلیک بر روی گزینه Stream Definition پنجره ای مطابق با شکل زیر نشان داده می شود. در این پنجره لایه جریان تجمعی یا Flow Accumulation را معرفی کنید و سپس در بخش Number of Cells آستانه تعریف جریان را وارد کنید. هر قدر عدد کوچکتری در این بخش تعیین کنید، تراکم جریان افزایش خواهد یافت و بر عکس. خروجی از این مرحله لایه Stream Grid (Str) است.

در شکل زیر نمونه ای از لایه Stream Grid نشان داده است.

گام پنجم: استخراج لایه Stream Segmentation بر اساس لایه خروجی Stream Definition

در مرحله بعدی بایستی لایه Stream Segmentation را بر اساس لایه Stream Grid که در مرحله Stream Definition به دست آمده است، تهیه کنید. بدین منظور از منوی Terrain Processing وارد زیر منوی Stream Segmentation شوید و بر روی آن کلیک کنید.

به محض کلیک بر روی گزینه Stream Segmentation پنجره ای به همین نام مطابق با شکلی که در زیر نمایش داده شده است، باز خواهد شد.

در پنجره Stream Segmentation در بخش Flow Direction Grid لایه جهت جریان را معرفی کنید که در مراحل قبلی تهیه شده است. لایه Stream Grid که خروجی مرحله Stream Definition است را در بخش Stream Grid معرفی کنید تا لایه Stream link Grid تهیه و ترسیم شود. در شکل زیر نمونه ای از خروجی مرحله Stream Segmentation نمایش داده شده است.

گام ششم: استخراج لایه Catchment Grid Delineation بر اساس لایه خروجی از مرحله Stream Segmentation

در مرحله بعدی از منوی Terrain Processing وارد زیر منوی Catchment Grid Delineation شوید و بر روی آن کلیک کنید. تا پنجره ای به همین نام باز شود.

به محض کلیک بر روی گزینه Catchment Grid Delineation پنجره ای مطابق با شکل زیر نمایش داده می شود.

در پنجره Catchment Grid Delineation لایه جهت جریان را به عنوان ورودی در بخش Flow Direction Grid معرفی کنید و سپس لایه خروجی از مرحله Stream Segmentation به نام StrLnk را نیز در بخش link Grid معرفی کنید. تا در بخش Catchment Grid لایه رستری Catchment ترسیم و تحویل داده شود. در شکل زیر نمونه ای از لایه Catchment خروجی از این مرحله نمایش داده شده است.

گام ششم: استخراج لایه Catchment Polygon Processing بر اساس لایه خروجی از مرحله Catchment Grid Delineation

در نهایت، می توانید Catchment ترسیم شده در مرحله قبلی را از فرمت رستری به پلیگون های برداری تبدیل کنید. بدین منظور از منوی Terrain Processing استفاده نموده و وارد زیر منوی Catchment Polygon Processing شوید و بر روی آن کلیک کنید تا پنجره مربوط به آن باز شود.

در پنجره Catchment Polygon Processing که در شکل زیر نمایش داده شده است، در بخش Catchment Grid لایه خروجی از مرحله قبلی یعنی Catchment Grid Delineation را معرفی کنید و در بخش Catchment لایه پلیگونی Catchment ها را تحویل بگیرید.

در شکل زیر نمونه ای از خروجی پلیگونی Catchment های تهیه شده در این مرحله به همراه لایه Catchment های رستری تهیه شده در مرحله قبلی به طور همزمان بر روی مدل سایه و روشن و به همراه شبکه های زهکشی نمایش داده شده است.