استخراج حوضه های آبی (Basin) با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) در نرم افزار Arc GIS
دانلود مدل رقومی ارتفاعی ASTER GDEM سراسری ایران با قدرت تفکیک مکانی حدود 30 متر
دانلود مدل رقومی ارتفاعی AlOS سراسری ایران با قدرت تفکیک مکانی حدود 30 متر
حوضه آبی (Basin)
یک حوضه آبی شامل پهنه یا سطحی از زمین است که آبهای ناشی از بارش جمع آوری شده و به سمت یک خروجی یا Outlet زهکشی می شوند. این نقطه خروجی می تواند، یک رودخانه، یک پهنه آبی مانند دریاچه، دریا و یا خلیج باشد. حوضه آبی شامل آبهای سطحی ناشی از بارندگی به فرم های مختلف همچون برف، باران، تگرگ، ریزباران و … می شود که همگی به سمت یک خروجی مشترک جریان می یابند. علاوه بر جریانات سطحی، جریانات آب زیرزمینی و زیر سطحی نیز این سیستم هیدرولوژیکی را همراهی می کنند. حوضه های آبی به سمت ارتفاعات پائین تر در امتداد جهت شیب، به حوضه های آبی دیگری متصل می شوند و به همین ترتیب در یک ساختار سلسله مراتبی این حوضه های آبی به حوضه های آبی دیگری متصل می شوند تا در نهایت به یک خروجی یا حوضه انتهایی یا سطح اساس نهایی منتهی گردند.
واژگان مختلفی برای حوضه های آبی در متون و منابع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند که شامل سطوح آبگیر (Catchment Area)، حوضه آبگیر (Catchment Basin)، سطح زهکشی (Drainage Area)، حوضه رودخانه (River Basin)، حوضه آبی (Water Basin)، سطوح بارانگیر (impluvium) و … می گردد. در آمریکای شمالی واژه Watershed معمولاً برای حوضه زهکشی مورد استفاده قرار می گیرد در حالیکه در سایر کشورهای انگلیسی زبان به معنای تقسیم کننده جریان یا Drainge Divide به کار می رود. البته لازم به ذکر است که در ترمینولوژی مورد استفاده در بخش آنالیزهای هیدرولوژی نرم افزار Arc GIS تعاریف دیگری از واژگان Basin، Watershed و Catchment ارائه شده است. در سیستم ترمینولوژی نرم افزار Arc GIS منظور از Basin سطحی است که جریانات سطحی را به سمت ماکزیمم خروجی ممکن زهکشی می کند و در تعیین نقطه خروجی کاربران دخالتی نخواهند داشت. در تعریف Watershed می توانیم سطحی را در نظر بگیریم که جریانات سطحی آن به سمت خروجی خاصی زهکشی می کند و این خروجی توسط کاربر یا متخصصین هیدرولوژی بسته به هدفی خاص تعیین می گردد و Catchment نیز به سطحی گفته می شود که تعیین خروجی بر اساس یک معنای هیدرولوژیکی خاص تعیین و تعریف می گردد و مجددا کاربر در تعیین نقاط خروجی یا Outlet نقشی ندارد. این معنای هیدرولوژیکی می تواند موقعیت اتصال دو کانال به یکدیگر و یا اتصال شاخه های هم رتبه و یا غیر هم رتبه و یا هر معنای دیگری باشد. به عبارت دیگر Catchment را می توان به نوعی یک واحد هیدرولوژیک در نظر گرفت که می تواند منطبق با یک حوضه آبی باشد ولی لزوما اینگونه نیست. در آخر تمامی حوضه های آبی یک واحد هیدرولوژیکی هستند ولی همه واحدهای هیدرولوژیی لزوماً یک حوضه آبی نیستند.
با توجه به توضیحاتی که در مورد حوضه های آبی و ترمینولوژی های مختلفی که در این زمینه موجود است در اینجا به آموزش روش استخراج حوضه ها آبی مطابق با تعریف Basin از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS می پردازیم. همان طور که ذکر شد، تعیین نقطه خروجی یا Outlet در تعریف Basin به صورت طبیعی یا Organic انجام می شود و بیشترین جریان تجمعی هر سیستم زهکشی متصل، تعیین کننده نقطه خروجی در تعیین Basin خواهد بود. برای استخراج حوضه ها، مطابق با تعریف Basin در نرم افزار Arc GIS بایستی گام های زیر را به ترتیب طی کنید:
پر کردن حفره های مدل رقومی ارتفاعی (Fill Sink)
گام نخست حذف حفره ها یا چاله ها از سطح مدل رقومی ارتفاعی است. این مرحله کمک می کند تا شبکه های زهکشی و محدوده مربوط به حوضه های آبی به صورت یکدست و یکپارچه استخراج شود و خطاهای احتمالی در تشخیص حوضه های آبی را رفع کند. به طور کلی این خطا به نوعی نویزهایی هستند که به هنگام تهیه مدل های رقومی ارتفاعی بر روی سطح توپوگرافی زمین ایجاد می شوند و در ترسیم شبکه های زهکشی و بعضاً حوضه های آبی، مشکلاتی ایجاد می کند. مدل های رقومی ارتفاعی با منشا راداری معمولاً بیشتر این خطا را در خود دارند و نیاز به رفع این مشکل با فیلترهای مختلف خواهند داشت. به هر صورت با وجود رفع خطاها و نویزهایی که بر روی سطح مدل رقومی ارتفاعی وجود دارد، ممکن است همچنان برخی از آنها باقی مانده باشند. در نتیجه این مرحله بایستی بر روی مدل رقومی ارتفاعی اجرا گردد. دو نوع خطای مختلف به نام خطای Sink و خطای Peak وجود دارد که معمولاً خطای Sink در پردازش های هیدرولوژیکی مشکل ساز می گردد. در اینجا به روش رفع خطای Sink می پردازیم.
برای رفع خطاهای Sink از مدل رقومی ارتفاعی، در نرم افزار Arc GIS ابتدا کادر جست و جوی نرم افزار را فراخوانی کنید. بدین منظور از منوی Window گزینه Search را کلیک کنید.
در کادر Search عبارت Fill را تایپ و جست و جو کنید. از لیست نتایج بر روی گزینه Fill به صورتی که در شکل زیر نشان داده شده است، کلیک کنید.
بر روی گزینه Fill (Spatial Analyst) همان طور که در شکل فوق نشان داده شده است، کلیک کنید تا پنجره ای به همین نام باز شود. تصویری از ابزار Fill در شکل زیر نشان داده شده است.
در ابزار Fill در کادر Input Surface Raster مدل رقومی ارتفاعی را معرفی و در بخش Output Surface Raster مسیر ذخیره سازی مدل رقومی ارتفاعی تصحیح شده یا Fill شده را تعیین کنید و نهایتاً در بخش Z-limit می توانید یک آستانه ارتفاع برای عمق Sink هایی که بایستی پر شوند تعیین کنید. به عنوان مثال اگر آستانه 20 را در اینجا تعیین کنید Sink هایی که عمق بیش از 20 متر داشته باشند، پر سازی می شوند و عملیات Fill بر روی Sink هایی که کمتر از این آستانه عمق داشته باشند، اعمال نخواهد شد. بهتر است این بخش را خالی بگذارید تا تمامی Sink ها در صورتی که وجود دارند، پر شوند.
اکنون لایه نخست یعنی مدل رقومی ارتفاعی Fill Sink شده آماده است. در ادامه بایستی از همین لایه که عملیات Fill بر روی آن انجام شده، لایه جهت جریان استخراج شود.
استخراج لایه جهت جریان (Flow Direction)
در نرم افزار Arc GIS در کادر جست و جوی نرم افزار عبارت Flow Direction را تایپ و جست و جو کنید. در لیست نتایج بر روی گزینه Flow Direction مطابق با شکل زیر کلیک کنید.
با کلیک بر روی گزینه Flow Direction پنجره ای به همین نام باز می شود که نمونه ای از آن در شکل زیر نشان داده شده است.
در پنجره Flow Direction که تصویر آن را در شکل بالا مشاهده می کنید، در بخش Input Surface Raster همان مدل رقومی ارتفاعی که در مرحله قبل، عملیات Fill Sink بر روی آن اجرا شده است، را معرفی کنید. در بخش Output Flow Direction Raster مسیر فایل خروجی که همان لایه جهت جریان است را تعیین کنید. نیازی به تغییر در گزینه های اختیاری Force All Edge… و Output Drop Raster و Flow Direction Type نیست و همان حالت پیش فرض را بپذیرید. در نهایت بر روی دکمه Ok کلیک کنید تا لایه جهت جریان ایجاد و در مسیر تعیین شده ذخیره شود.
اکنون لایه جهت جریان به منظور استخراج حوضه های آبی یا Basin آماده است . در گام آخر حوضه های آبی را با استفاده از لایه جهت جریان استخراج می کنیم.
استخراج لایه حوضه های آبی (Basin)
در گام نهایی بعد از تهیه لایه جهت جریان که در بالا به آن پرداخته شد، به روش استخراج حوضه های آبی (Basin) می پردازیم. ابتدا در کادر جست و جو کلمه Basin را تایپ و جستجو کنید. در لیست نتایج به طوری که در شکل زیر نمایش داده شده است بر روی لینک Basin (Spatial Analyst) کلیک کنید.
به محض کلیک بر روی لینک Basin پنجره ای به همین نام به صورتی که در شکل زیر نشان داده شده است، باز خواهد شد.
در پنجره Basin در بخش Input Flow Direction Raster لایه جهت جریان که در مرحله قبل ایجاد شده است را به عنوان ورودی معرفی کنید. در بخش Output Raster لایه رستری مربوط به حوضه های آبی یا Basin را در مسیر دلخواه ذخیره سازی کنید. نمونه ای از نتیجه استخراج حوضه های آبی از لایه جهت جریان توسط ابزار Basin در شکل زیر نشان داده شده است.
ما را از دیدگاههای ارزشمند خود مطلع کنید
دیدگاهتان را بنویسید