0

وبلاگ

سامانه آموزش سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور آموزش نرم افزارهای GIS و RS آموزش نرم افزار Arc GIS Desktop استخراج حوضه های آبی (Watershed) بر اساس مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS

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

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

حوضه آبی

در هیدرولوژی، حوضه های آبی، به بخشی از سطح زمین اطلاق می شود که آبهای سطحی و زیر سطحی را به سمت یک خروجی یا Outlet هدایت می کنند. شبکه هایی که آبهای سطحی را از سطح توپوگرافیک زمین جمع آوری و به سمت نقطه خروجی زهکشی می نماید، شبکه زهکشی نامیده می شود. هر حوضه آبی دارای شبکه های زهکشی است که دارای ساختار فراکتالی بوده و از سر شاخه ها به سمت شاخه های اصلی پر آب تر و ضخیم تر می شوند. در متون و منابع مختلف از واژگان متفاوت و بعضاً مختلفی در مورد حوضه های آبی استفاده شده است. همچنین در منابع مختلف تعریف های مختلفی در این موضوع وجود دارد. در ادامه به تعریف ترمینولوژی Basin، Watershed و Catchment بر مبنای سیستمی که در مدلسازی های هیدرولوژیکی نرم افزار Arc GIS مد نظر قرار گرفته است، می پردازیم.

مفاهیم Basin، Watershed و Catchment

در نرم افزار Arc GIS از یک سیستم خاص در تعریف مفاهیم Basin و Watershed و Catchment استفاده شده است. در این سیستم Basin بر مبنای ماکزیمم جریان تجمعی ممکن تعیین می گردد. به این معنا که بعد از تهیه لایه جریان تجمعی، ماکزیمم جریان تجمعی ممکن به عنوان نقطه خروجی یا مبنای تعیین حوضه (Basin) مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از لینک زیر می توانید روش استخراج حوضه های آبی مطابق با تعریف Basin در نرم افزار Arc GIS را ملاحظه کنید:

در حالتی که نقطه خروجی حوضه (Outlet) یا بهتر است بگوئیم Pour Point، بسته به نظر کاربر و بر اساس هدف یا منظور خاصی تعیین گردد و در تعریف این نقطه خروجی عوامل طبیعی و یا مفاهیم هیدرولوژیکی دخالتی نداشته باشد، به این نوع حوضه Watershed گفته می شود. به طوری که در شکل زیر نمایش داده شده است، Basin شامل سطحی است که به صورت ارگانیک تا سطح اساس که می تواند دریاچه، دریا و یا یک چاله داخلی باشد، امتداد می یابد و تعیین نقطه خروجی بر اساس یک سیستم طبیعی انجام می شود. در حالیکه اگر یک نقطه خروجی که می توان بالادست دریاچه سد و یا یک پروژه حفاظت خاک یا یک سد رسوبگیر و … باشد، به صورت دستی و با نظر متخصصین یا پژوهشگران علوم محیطی و هیدرولوژی به منظور و مقصود خاصی بدون لحاظ عوامل ارگانیک، تعیین شود و بر مبنای این نقطه خروجی حوضه بالادست استخراج شود مفهوم Watershed لحاظ شده است. شکل زیر Basin و Watershed را به صورت شماتیک نشان می دهد.

استخراج Watershed در نرم افزار Arc GIS

استخراج Watershed در نرم افزار Arc GIS شامل چند مرحله مختلف است که در نمودار زیر نشان داده شده است:

مرحله 1: استخراج لایه Fill و حذف Sink از مدل رقوم ارتفاعی

مرحله نخست در استخراج Watershed از مدل رقوم ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS حذف Sink از مدل رقومی ارتفاعی است. این مرحله البته به صورت اختیاری بوده ولی بهتر است که مرحله حذف خطای Sink انجام شود. در مطلبی که در مورد استخراج Basin از مدل رقومی ارتفاعی ارائه شده است به تفصیل در مورد روش تهیه لایه fill پرداخته شده است در نتیجه برای جلوگیری از تکرار مطالب می توانید به این مطلب مراجعه کنید. بدین منظور از لینک زیر استفاده کنید:

مرحله 2: استخراج لایه جهت جریان (Flow Direction)

در مرحله دوم از لایه Fill که از مدل رقومی ارتفاعی به دست آمده است به عنوان ورودی استفاده نموده و لایه جهت جریان یا Flow Direction را استخراج کنید. روش استخراج لایه جهت جریان نیز در لینک زیر موجود است:

مرحله 3: تعیین نقاط خروجی حوضه یا Pour Points

به طوری که در بخش تعریف مفهوم Watershed مطرح شد، تعیین نقاط خروجی (Outlet) یا نقاط سرریز جریان (Pour Point)، به صورت دستی و توسط کاربر انجام می گیرد. در نتیجه ابتدا بایستی یک لایه نقطه ای برداری ایجاد نمود و نقاط خروجی مورد نظر را بر روی مدل رقومی ارتفاعی ترسیم نمود. توجه داشته باشید که نقاط خروجی یا Pour Point ها بایستی دقیقا بر روی پیکسل هایی که بیشترین جریان تجمعی را دارند، تعیین شود در غیر این صورت عملیات استخراج Watershed با مشکل روبروخواهد شد. برای آنکه بتوانیم رقومی سازی Pour Point ها را بهتر و دقیق تر انجام دهیم بهتر است لایه Flow Accumulation را استخراج و از آن لایه به عنوان مرجع ترسیم Pour Points استفاده کنیم. راهکار دیگر آن است که نقاط Pour Point را به صورت حدودی از مدل رقوم ارتفاعی ترسیم کنیم و سپس از ابزار Snap to Pour Points برای Snap کردن نقاط Pour Point به پیکسل دارای ماکزیمم جریان تجمعی استفاده کنیم. با توجه به توضیحات فوق نیاز است که یک لایه برداری با ژئومتری نقطه ای با استفاده از پنجره Catalog ایجاد و سپس نقاط pour Point را رقومی سازی یا Digitize کنیم. برای ایجاد یک عارضه برداری نقطه ای با فرمت Shapefile ابتدا از منوی Window بر روی Catalog کلیک کنید تا پنجره میانبر نرم افزار Arc Catalog باز شود.

اکنون در ساختار درختی پایگاه داده که در پنجره میانبر Catalog نمایش داده شده است، به مسیر دایرکتوری کاری خود ناوبری کرده و سپس بر روی مسیر دایرکتوری مورد نظر کلیک راست نموده و گزینه New و سپس Shapefile را انتخاب کنید.

به محض کلیک بر روی گزینه Shapefile پنجره ایجاد یک Shapefile جدید به نام Create New Shapefiles باز می شود که در شکل زیر نشان داده شده است:

در پنجره Create New Shapefile در بخش Name یک نام برای عارضه قرار دهید (مثلا Pour Point) و در بخش Feature Type نوع ژئومتری عارضه را به صورت نقطه یا Point تعیین کنید و در نهایت این پنجره را تائید کنید تا یک Shapefile خام نقطه ای در مسیر تعیین شده ایجاد گردد.

به طور خودکار عارضه نقطه ای خام ایجاد شده به کادر میز محتوا یا TOC افزوده می شود. سپس جعبه ابزار Editor را فراخوانی کنید و از مسیر Editor/Start Editing لایه نقطه ای موجود در فضای TOC را در حالت Start Editing قرار دهید.

اکنون با استفاده از ابزار ترسیم موجود در نرم افزار Arc GIS نقاط خروجی یا Pour Point ها را یک به یک به روشی که پیش تر بیان شد از مدل رقومی ارتفاعی یا از لایه جریان تجمعی ترسیم کنید. توجه داشته باشید موقعیت خروجی هر Watershed که به نام Pour Points نامیده می شوند، به عهده شما بوده و شما بسته به هدف و منظور خود این مرحله را بایستی تکمیل کنید.

مرحله 4: استخراج لایه حوضه های آبی (Watershed)

اکنون لایه جهت جریان و لایه برداری نقطه ای Pour Point آماده شده است. به کادر جست و جو نرم افزار رفته و کلمه Watershed را جست و جو کنید. از لیست نتایج بر روی لینک Watershed کلیک کنید.

به محض کلیک بر روی لینک Watershed پنجره ای به همین نام باز می شود که نمونه ای از آن در شکل زیر نشان داده شده است.

در بخش Input Flow Direction Raster لایه جهت جریان را که در مراحل قبل تهیه کرده اید، معرفی کنید. در بخش Input Raster or Feature Pour Point Data لایه نقطه ای Pour Point که در مراحل قبل ایجاد و رقومی کرده اید و در واقع معرف نقاط خروجی هر Watershed است را معرفی کنید. در بخش Pour Point Field ازیک فیلد منحصر به فرد برای نامگذاری هر یک از Watershed ها استفاده کنید. در صورتی که فیلد خاصی در لایه ایجاد نکرده اید، از فیلد FID که یک فیلد منحصر به فرد است استفاده کنید. در نهایت در بخش Output Raster لایه Watershed استخراج و نمایش داده می شود. نمونه ای از آن در شکل زیر نشان داده شده است. به دلیل آنکه محدوده پردازشی نرم افزار Arc GIS به صورت پیش فرض بر روی Extent عارضه برداری یا همان Pour Points تعریف شده به طوری که مشاهده می شود عملیات استخراج Watershed خارج از Extent این لایه انجام نشده در نتیجه نیاز است که محدوده پردازشی قبل از اجرای Watershed تغییر کند.

برای تصحیح محدوده پردازشی در ابزار Watershed بر روی دکمه Environment کلیک و وارد بخش تنظیمات آن شوید که در شکل زیر نشان داده شده است. به طوری که ملاحظه می شود در کادر Processing Extent محدوده پردازشی را بر روی مدل رقومی ارتفاعی قرار دهید تا عملیات استخراج Watershed به طور کامل انجام شود.

همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود، محدوده پردازشی Watershed کامل شده و ترسیم Watershed ها به طور کامل انجام شده است.

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

مطالب زیر را حتما مطالعه کنید

آموزش استخراج نقشه پوشش اراضی (Land-Cover) با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 9 در نرم افزار ArcGIS

معرفی و دانلود نرم افزار SAGA GIS

دانلود و روش نصب نرم افزار Surfer 24

دانلود و روش نصب نرم افزار Global Mapper 24

دانلود نرم افزار ArcGIS Pro 3.0.2

روش نصب نرم افزار ArcGIS Pro 3.0.2

دیدگاهتان را بنویسید

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.

با عضویت در خبرنامه از آموزش های جدید رایگان در ایمیل خود مطلع شوید