10. část GIS v hydrologickém a hydrodynamickém modelování

Transkript

Modelování hydrologických procesů I
10. GIS v hydrologickém a hydrodynamickém modelování
10. část
GIS v hydrologickém a hydrodynamickém
modelování
Univerzita Karlova v Praze
Přírodovědecká fakulta
© 2010, Michal Jeníček, [email protected]
http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/
Základní koncept
GIS a hydrologické modely
GIS a hydrodynamické modely
Shrnutí
Základní koncept je tvořen třemi hlavními kroky:
pre-processing dat – zpracování dat a úprava do vhodného formátu
výpočet modelem – hydrologický nebo hydrodynamický model
post-processing dat – export do GIS a vizualizace
2
Základní koncept
Shrnutí
Typy propojení GIS a hydrologického nebo hydrodynamického modelu
• GIS je součástí modelového systému
• Model součástí GIS, spíše jen dílčí výpočetní postupy pro zpracování dat (GeoHMS,
GeoRAS, ArcHydro Tools, atd.)
• Volná vazba GIS a modelu – neexistuje programové napojení
• Těsná vazba – existuje programové propojení (např. pomocí DDE – Dynamic Data
Exchange nebo na bázi .NET platformy
Obr.:Typy propojení GIS a modelů
(Zdroj: SUI, D.Z., MAGGIO, R.C., 1999)
3
Základní koncept
Shrnutí
Ukázka zpracování dat v hydrologických modelech
Odvození charakteristik povodí zpracováním DMT (rozvodnice, říční síť, směry proudění,
akumulace)
Plošná interpolace hodnot (klimatologické charakteristiky, půdní parametry)
Výpočet funkce time-area (doby dotoku přímého odtoku)
Zpracování údajů vegetačního a půdního pokryvu (mapa půdních druhů, hodnoty CN,
mapa krajinného pokryvu)
Výpočet ploch a objemů retenčních nádrží
4
Základní koncept
Shrnutí
Legenda:
Toky
půdní typ
Glej podzolovaný
Legenda:
Glej rašelinohumózní
Toky
Glej zrašelinělý
Třída CORINE
Hnědá půda
Hnědá půda podzolovaná
Nesouvisla mestska zastavba
Ranker
jehlicnaty les
Pseudoglej kyselý
louky a pastviny
Podzol glejový
nizky porost v lese
Podzol oglejený
raseliniste
Podzol humusový
smiseny les
Podzol zrašelinělý
+
Rašeliništní půda přechodová
Rašeliništní půda vrchovištní
Surová půda
Antropogenní půda haldová
Rezivá půda
zem.obl.s prirozenou vegetaci
+
Rezivá půda oglejená
0
0,5
1
2 km
¯
0
0,5
1
¯
2 km
0
0,5
1
2 km
¯
=
Schematizace povodí – příklad modelu
NASIM a povodí Černé Vody v Krušných
horách – vytvoření elementárních
odtokových ploch v semi-distribuovaném
modelu
0
0,5
1
2 km
¯
5
Základní koncept
Shrnutí
Evapotranspirace
Povrchový odtok
Srážky
Odtok ze sněhu
Intercepce
Proudění v nenasycené zóně
Odtok v korytě
Proudění v nasycené zóně
6
Základní koncept
Shrnutí
Vodní hodnota sněhu v povodí Rokytky
7
Základní koncept
Shrnutí
Vodní hodnota sněhu v povodí Rokytky dne 2.4.2008 – různé metody
8
Základní koncept
Shrnutí
Vodní hodnota sněhu v povodí Bystřice dne 18.2.2010 – různé metody
9
Základní koncept
Shrnutí
Evapotranspirace
Povrchový odtok
Srážky
Odtok ze sněhu
Intercepce
Odtok v korytě
10
Základní koncept
Shrnutí
Reliéf
11
Základní koncept
Shrnutí
Landcover
12
Základní koncept
Shrnutí
Doby dotoku (funkce time-area)
13
Základní koncept
Shrnutí
Doby dotoku (funkce time-area)
Obr.: Výpočet funkce time-area v extenzi „Zeitflächenfunktion“
modelového systému NASIM
14
Základní koncept
Shrnutí
Mapová algebra
• umožňuje provádět početní operace s rastrovými daty
• příklad – výpočet hodnot CN v povodí v ArcGIS
HSPINF + HSPRVK + HSPsklon
=
CN
15
Základní koncept
Shrnutí
Mapová algebra
• příklad – výpočet hydrologických charakteristik na základě DMT (nadstavba ArcHydro
Tools pro ArcGIS)
• návaznost mapové algebry na modelování – zvyšuje uplatnění distribuovaných modelů
16
Základní koncept
Shrnutí
Evapotranspirace
Povrchový odtok
Srážky
Odtok ze sněhu
Intercepce
Odtok v korytě
17
Základní koncept
Shrnutí
Mapa CN křivek v pramenné oblasti povodí Chomutovky
18
Základní koncept
Shrnutí
Evapotranspirace
Povrchový odtok
Srážky
Odtok ze sněhu
Intercepce
Odtok v korytě
19
Základní koncept
Shrnutí
Příklad: zpracování dat retenční nádrže na horní Chomutovce
20
Základní koncept
Shrnutí
Postprocessing
Legenda:
Legenda:
Toky
Toky
Dílčí povodí
Dílčí povodí
Max. vodní hodnota sněhu v mm
1999/03/01 00:00 - 1999/03/02 00:00
1999/03/02 00:00 - 1999/03/03 00:00
0
0
1 - 50
1 - 50
50 - 75
50 - 75
75 - 100
75 - 100
100 - 125
100 - 125
125 - 150
125 - 150
150 - 153.2
150 - 173.6
No Data
No Data
N
0
1
2 Kilometers
0
N
1
2 Kilometers
Legenda:
Legenda:
Toky
Toky
Dílčí povodí
Dílčí povodí
1999/03/03 00:00 - 1999/03/04 00:00
1999/03/04 00:00 - 1999/03/05 00:00
0
0
1 - 50
1 - 20
50 - 75
20 - 30
75 - 100
30 - 40
100 - 125
40 - 47.22
125 - 150
No Data
150 - 154.67
No Data
N
0
1
2 Kilometers
0
1
2 Kilometers
N
Výška sněhu v povodí Černé Vody od
1.3.1999 do 4.3.1999 – výpočet
modelu NASIM
21
Základní koncept
Shrnutí
Postprocessing
22
Základní koncept
Shrnutí
Ukázka zpracování dat v hydrodynamických modelech
Importované vrstvy
Povinné
Vodní toky
DMT
Příčné profily nivou
Doplňkové
Břehové linie
Proudnice v inundacích (levé, pravé)
Retenční prostory
Překážky proudění
Krajinný pokryv
Protipovodňové hráze
23
Základní koncept
Shrnutí
Měřené příčné profily korytem a údolní nivou
Obr.: Ukázka z nadstavby
ArcGIS 9.2 - HEC-GeoRAS
24
Základní koncept
Shrnutí
Vypočtené charakteristiky příčných profilů – HEC-GeoRAS
staničení
úsek toku
pravý břeh
vzdálenost k dalšímu profilu
- v levé inundaci
délka profilu
vodní tok
levý břeh
- v pravé inundaci
- po toku
25
Základní koncept
Shrnutí
Import dat z GIS do modelu
26
Základní koncept
Shrnutí
Rozsah a hloubka záplavy na vybraném úseku Blanice při Q100
27
Základní koncept
Shrnutí
• Nejčastější je volná vazba mezi modely a GIS, případně začlenění dílčích výpočtů (hlavně
pro zpracování dat) v prostředí GIS. Nejčastější jsou vyvíjeny nadstavby pro ArcGIS a
Grass GIS (Open Source GIS).
• Použití GIS zvyšuje efektivitu zpracování prostorových dat, zároveň snižuje riziko vzniku
nahodilých chyb.
• Hydrologické a hydrodynamické modely jsou nástroji, s jejichž pomocí je možné řešit
množství úkolů, např. modelování srážko-odtokového procesu v měnící se krajině,
variantní modelování průchodu povodňových vln korytem a údolní nivou, modelování
bezpečnosti přehrad za povodně, apod.
Datové zdroje:
•
ZABAGED (ČUZK), DMÚ25 (VGHMÚř), DIBAVOD
(VÚV T.G.M., v.v.i), Ortofoto
(http://geoportal.cenia.cz), Landcover CORINE (MŽP
ČR), BPEJ (VÚMOP)
•
Zpracováno v systému ArcGIS 9.2 s využitím extenzí
Spatial a 3D Analyst, GeoHMS, GeoRAS, Arc Hydro
Tools
28
Použitá literatura
• SUI, D.Z., MAGGIO, R.C. (1999): Integrating GIS with hydrological modeling: practices, problems, and
prospects. Computers, Environment and Urban Systems, 23, s. 33-51.
29

10. část GIS v hydrologickém a hydrodynamickém modelování

Transkript

Podobné dokumenty

Metody a nástroje zpracování hydrologických dat

Možnosti využití srážko-odtokových modelů na malých a středně

Aplikace matematického modelu NASIM pro simulaci srážko

1.část Model HEC-HMS

PŘÍRUČKA PRO PRŮZKUM LESNÍCH PŮD

Technická zpráva - Podkladová analýza pro následnou realizaci

Analýza Krušnohorské lyžařské magistrály na území Karlovarského

Diplomová práce – Využití leteckého laserového skenování