آشنایی با ابزارهای هیدرولوژی در ArcMAP

در این نوشتار نگاهی به ابزارهای هیدرولوژی در ArcMAP خواهیم داشت و مراحلی که عموما به ترتیب طی می شود تا یک حوزه آبخیر و یک آبراهه یا رودخانه از فایل مدل رقومی ارتفاع استخراج شود را بررسی خواهیم کرد

در ابتدا تعریفی از حوزه آبخیز داریم.

یک حوزه آبخیر در واقع قسمتی از زمین است که همه آب های سطحی حاصل از بارندگی به داخل آن می ریزد و توسط خطالراس ها از حوزه مجاور جدا می گردد. همه آب های حاصل از بارش توسط آبراهه های کوچکتر جمع شده و به سمت آبراهه بزرگتر هدایت می شوند و سرانجام به نقطه خروجی که در پایین دست حوزه قرار دارد می ریزد. نقطه خروجی در تصویر زیر به صورت نقشه قرمز نشان داده شده است.

ابزارهای هیدرولوژی در آرک تولباکس

برای دستیابی به ابزارهای هیدرولوژی از قسمت Spatial Analyst Tools قسمت Hydrology را انتخاب می کنیم و با کلیک بر روی علامت به علاوه ابزارهای آن پدیدار خواهد شد.

در شکل زیر ابزارهای پر کاربرد قسمت هیدرولوژی آورده شده اند. این ابزارها صرفا معرفی شده و شماه زیر هر ابزار ترتیب استفاده آن ها را مشخص نمی کند. نکته مهم قابل ذکر درباره ابزارهای اول و  نهم است که هر دو برای استخراج حوزه آبریز استفاده می شوند که دستور Basin استخراج را ب هصورت اتوماتیک انجام داده و دستور watershed غیر اتوماتیک و با مشخص کردن خروجی حوزه توسط کاربر انجام می شود. توضیه ما استفاده از ابزار watershed به جای Basin است.

مراحل انجام کار به صورت گام به گام:

در توصیر زیر ۴ گام به ترتیب از شروع تا پایان آورده شده اند. این مراحل باید حتما به ترتیب انجام شوند تا در نهایت پس از استخراج آبراهه ها، تشکیل شبکه آبراهه ای انجام شود. در ادامه هر مرحله باز شده و دستوراتی که استفاده می شود توضیح داده شده اند.

ابزارهای مورد نیاز در مرحله اول

در اولین مرحله از یک مدل رقومی ارتفاع ترجیجا ۳۰ متری رایگان استفاده می کنیم که از سایت های مختلفی قابل دریافت است. برای آموزش نحوه دانلود Dem با میزان تفکیک ۳۰ متری لینک زیر را ببینید:

آموزش نحوه دانلود دم ۳۰ متری

هر چقدر اندازه پیکسل های مدل زقومی ارتفاع کمتر باشد در نتیجه دقت بالاتر است و کیفیت خروجی دقیق تر خواهد بود. همیشه توصیه می کنیم اگر میخواهید از دم های رایگان استفاده کنید دم ۳۰ متر را انتخاب کرده و فقط اگر در وسعت زیاد کار می کنید (مثلا در سطح استان) از دقت های پایین تر مثل ۹۰ متری استفاده شود. شایان ذکر است نقشه های ۲۵۰۰۰ سازمان نقشه برداری دارای دقت ۱۰ تا ۲۰ متری هستند اگر به این نقشه ها دسترسی دارید از این دقت استفاده کنید. بهتر است قبل از هر کاری Dem را با دستور Fill اصلاح کنیم تا چاله و چوله های احتمالی موجود در ان برطرف شود. همچنین اگر چند DEM داشتیم نیاز به موزائیک آن ها با دستور Mosaic to new Raster داریم.

ابزارهای مورد نیاز در مرحله دوم

در این مرحله هدف استخراج حوزه آبریز است. بدین منظور یک بار بر روی DEM اصلاح شده دستور Flow direction استفاده می کنیم. ترتیب استفاده از دستورات به صورت زیر است:

با اجرای دستور Watershed در نهایت حوزه آبخیز مشخص می شود. این دستور نیاز به یک شیپ فایل نقطه ای برای مشخص کردن نقطه خروجی یا Outlet دارد.

• Flow direction
• Flow accumulation
• Watershed

ابزارهای مورد نیاز در مرحله سوم

در این مرحله باید آبراهه را استخراج کنیم و این کار با ابزار محاسبه گر رستر با نام Raster calculator انجام می گیرد. برای این منظور عموما از ترشهلد یا آستانه گذاری استفاده می کنند و هر چقدر این عدد بزرگتر باشد تعداد آبراهه کمتری مشخص می شود و در واقع خلوت تر خواهد بود. روش های مختلفی نیز در مقالات برای پیدا کردن این عدد گفته شده که توصیه ما این است که به صورت سعی و خطا به یک عدد درست برسید و در نهایت آبراهه مستخرجه خود را با یک نقشه و یا تصاویر گوگل ارث چک کنید. دستور Stream Link، آبراهه مرحله قبلی را از نقاط اتصال می شکند و یک مقدار ثابتی به آنها می دهد که برای پیدا کردن زیرحوزه ها بکار برده می شود. دستور Stream Order جهت رتبه بندی نهایی استفاده شده که نرم افزار دو روش استراهلر و شرو را پشتیبانی می کند. عموما در ایران از دستور استراهلر استفاده می کنند.

• Raster Calculator (خلوت کردن آبراهه)
• StreamLink
• Watershed
• Stream Order

ابزارهای مورد نیاز در مرحله چهارم

این مرحله که یکی از مهم ترین مراحل کاری است شبکه سازی آبراهه توسط Geometric network انجام می شود. البته باید همه مراحل این قسمت در داخل یک ژئودیتابیس انجام شود. دستوراتی که استفاده می کنیم در زیر آورده شده اند:

• Personal Geodatabase
• Feature Dataset
• Feature Class
• Geometric Network

نکته پایانی اینکه ما می توانیم آبراهه ها را از نقشه های توپوگرافی سازمان نقشه برداری نیز استخراج کنیم اما طبق تجربه ای که در کار با این داده ها داشته ام آبراهه های موجود در نقشه اشکالاتی دارد مثلا بین آنها گپ وجود دارد که همه این ها باید با توپولوژی اطلاح شوند. به نظر من بهتر است از خطوط توپوگرافی نقشه های ۱:۲۵۰۰۰ که دقت نسبتا خوبی دارند و در حد ۱۰ الی ۱۵ متری هستند نقشه DEM تولید شده و از این، نقشه آبراهه ها و سایر موارد استخراج شود که دقت بالاتری نسبت به مدل های رقومی ارتفاع رایگان دارد که دقت آن ها در حد ۳۰ و ۹۰ متری است.

آموزش هیدرولوژی:

• آموزش هیدرولوژی در ArcGIS