Σχολή Περιβάλλοντος, Γεωγραφίας & Εφαρμοσμένων Οικονομικών Τμήμα Γεωγραφίας Εφαρμοσμένη ανάλυση Γεωγραφικών Δεδομένων με την αξιοποίηση ΣΓΠ Υδρολογική ανάλυση με τη χρήση Raster GIS Εργασία του Παπαδόπουλου Αλέξανδρου Α.Μ. 216312 18/01/2017
Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή... 3 2. Βιβλιογραφική ανασκόπηση... 4 3. Δεδομένα... 6 4. Μεθοδολογία Αποτελέσματα... 6 5. Συμπεράσματα... 20 6. Βιβλιογραφία... 22 7.(Συμπληρωματική επεξεργασία άσκησης υδρολογικής ανάλυσης)... 23 2
1. Εισαγωγή Σκοπός της έκθεσης είναι η εξοικείωση με βασικές τεχνικές υδρολογικής ανάλυσης με τη χρήση GIS. Το τεχνικό μέρος σχετίζεται με την εφαρμογή υπολογισμών χωρικής ανάλυσης σε ψηφιδωτά δεδομένα οι οποίες αξιοποιούν ψηφιακά μοντέλα υψομέτρου. Η υλοποίηση της άσκησης γίνεται με τη χρήση του λογισμικού ArcGIS και ακολουθώντας τις εντολές η άσκηση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε κάθε έκδοση του λογισμικού. Η εκτέλεση εντολών είναι απλή αλλά πρέπει να γίνεται με τη σωστή σειρά. Το σημαντικότερο όμως είναι ότι το λογισμικό του ArcGIS είναι ένα εργαλείο και τα αποτελέσματά του δεν σημαίνουν τίποτα χωρίς την κατανόηση και αξιολόγηση αυτών. 3
2. Βιβλιογραφική ανασκόπηση Θα αναφερθεί και αργότερα ότι τα δεδομένα που χρησιμοποιηθήκαν στην άσκηση ήταν μονάχα το ψηφιακό μοντέλο εδάφους (ΨΜΕ). Για το λόγο αυτό θεωρείται πρωτεύοντας σημασίας να εξηγηθεί ο όρος του ΨΜΕ. Πρόκειται για ακρωνύμιο του ψηφιακού μοντέλου εδάφους. Είναι η αναπαράσταση των συνεχόμενων τιμών υψομέτρου (κατά z άξονα) πάνω από μία τοπογραφική επιφάνεια, με αναφορά σε ένα κοινό κατακόρυφο δεδομένο. Συνήθως τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους χρησιμοποιούνται για να αναπαραστήσουν τη γη γυμνή γη, κενό της βλάστησης και ανθρωπογενείς χαρακτηριστικά (ιστοσελίδα του Geographic information system company, 2015). Στόχος είναι η υδρογραφική ανάλυση της περιοχής και για αυτό θα χρειαστούν πέρα από τα δεδομένα, γνώσεις γεωμοργολογίας και υδρογεωλογίας. Σημειώνεται ότι η παρούσα μελέτη εξετάζει μόνο την επιφανειακή απορροή. Επιφανειακή απορροή είναι το σύνολο του νερού των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, που κινείται στην επιφάνεια του εδάφους για να καταλήξει στο επίπεδο της θάλασσας ή σε ενδιάμεσο τέτοιο επίπεδο (λίμνη). Οι δρόμοι κινήσεως του νερού, ρυάκια παραπόταμοι - ποταμοί, αποτελούν το υδρογραφικό δίκτυο. Ο πιο κοινός τύπος είναι το δενδρικό δίκτυο αλλά υπάρχουν και άλλα όπως το κλιμακωτό δίκτυο, το ακιδωτό δίκτυο, το ορθογώνιο δίκτυο, παράλληλο δίκτυο ή και το σύνθετο δίκτυο και ο τύπος συνήθως εξαρτάται των γεωμορφών και των λιθολογικών φάσεων (Στουρνάρας, 2007). Το υδρογραφικό δίκτυο βρίσκεται εντός της λεκάνης απορροής. Η λεκάνη απορροής είναι το τμήμα της ορεινής επιφάνειας που λειτουργεί ως συλεκτήριος χώρος του νερού, το οποίο καταλήγει στο ποτάμι. Η λεκάνη απορροής αποτελείται από επιμέρους υπολεκάνες, κάθε μία από τις οποίες αποστραγγίζεται από ένα κλάδο του υδρογραφικού δικτύου. Τα όρια της λεκάνης καθορίζονται από τον υδροκρίτη (watershed) αυτής, δηλαδή μία νοητή γραμμή που ενώνει τα υψηλότερα σημεία της τοπογραφίας γύρω από τη λεκάνη (Παπανικολάου & Σιδερης, 2012) Αναγνωρίζοντας το είδος του υδρογραφικού δικτύου είναι δυνατόν γεωμορφολόγοι να εικάσουν την εξέλιξη του υδροκρίτη και κατά συνέπεια της λεκάνης απορροής. Τέτοια γνώση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταχεία (τεχνιτή) μετατόπιση του υδροκρίτη και αποφυγή καταστροφών σε ανθρωπογενείς κατασκευές. Το λογισμικό ArcGIS έχει πολλά εργαλεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον γρήγορο και ακριβή υπολογισμό των παραγόντων υδρογραφικής ανάλυσης. Τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν είναι από την επέκταση Spatial Αnalyst, που κατευθύνεται στη χωρική ανάλυση και μοντελοποίηση ψηφιδωτών (raster) και διανυσματικών (vector) δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα χρησιποιείται πολύ η κατηγορία εργαλείων υδρογεωλογίας. Είναι εργαλεία που χρησιμοπουούνται για την μοντελοποίηση της ροής του νερού σε όλη την επιφάνεια. Από την επιφάνεια του ανάγλυφου γίνεται κατανοητός ο τρόπος ροής του νερού στη 4
περιοχή. Βασικά εργαλεία της κατηγορία υδρογεωλογία αναλύονται παρακάτω (ιστοσελίδα του Geographic information system company, 2015): Basin, δημιουργεί ένα ψηφιδωτό αρχείο με την οριοθέτηση όλων των λεκανών απορροής. Fill, γεμίζει βυθίσματα (sinks) σε μια επιφάνεια ράστερ για να αφαιρεθούν μικρές ατέλειες στα δεδομένα. Flow Accumulation, δημιουργεί ένα ψηφιδωτό αρχείο με τη συσσωρευμένη ροή σε κάθε κύτταρο. Ένας παράγοντας βάρους μπορεί προαιρετικά να εφαρμοστεί. Flow Direction, δημιουργεί ένα ψηφιδωτό αρχείο της κατεύθυνσης ροής από κάθε κύτταρο στο πιο απότομο κατερχόμενο γείτονά της. Flow Length, υπολογίζει το ανάντη ή κατάντη απόσταση, ή σταθμισμένη απόσταση, κατά μήκος της διαδρομής της ροής για κάθε κελί. Sink, δημιουργεί ένα ψηφιδωτό αρχείο για τον εντοπισμό όλων βυθισμάτων ή περιοχών εσωτερικής αποστράγγισης. Snap Pour Point, ασφαλίσει ρίχνουμε σημεία στο κελί της συσσώρευσης υψηλότερη ροή εντός ορισμένης απόστασης. Stream Link, προσδίδει μοναδικές τιμές σε τμήματα ενός γραμμικού ψηφιδωτού δικτύου μεταξύ διασταυρώσεων. Stream Order, προσδίδει μια αριθμητική σειρά σε τμήματα του ψηφιδωτού αρχείου για τα κλαδιά ενός γραμμικού δικτύου. Stream to Feature, μετατρέπει ψηφιδωτό αρχείο ενός γραμμικού δικτύου σε διανυσματικό αρχείο ενός γραμμικού δικτύου. Watershed, καθορίζει τη συμβολή μιας περιοχής πάνω από ένα σύνολο κυττάρων σε ένα ψηφιδωτό αρχείο. 5
3. Δεδομένα Το μοναδικό δεδομένα που χρειάζεται και παρέχεται είναι το ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Το ψηφιακό μοντέλου εδάφους έχει σύστημα γεωγραφικών συντεταγμένων, έχει ως γραμμική μονάδα (linear unit) το 1 μέτρο και μέγεθος κυττάρου 250x250. Αυτή η γνώση θα είναι χρήσιμη όταν αναζητηθεί η έκταση μιας περιοχής π.χ. υδρογραφικής λεκάνης. 4. Μεθοδολογία Αποτελέσματα Για την εργασία αυτή επιλέγεται η χρήση του model builder. Ακόμα και αν επιθυμείται ο συμβατικός τρόπος επίλυσης του προβλήματος οι εντολές δεν αλλάζουν και μπορούν να αναζητηθούν εντός του ArcGIS Desktop. Ακολουθεί η εικόνα 4.1 του model builder που δημιουργήθηκε στα πλαίσια της άσκησης και στη συνέχεια αναλυτικά οι εντολές που εφαρμόστηκαν. Εικ.4.1. Μοντέλο υδρολογικής ανάλυσης. Μπλε κύκλοι είναι δεδομένα (.shp), άσπροι κύκλοι είναι μη δημιουργημένα αποτελέσματα, πράσινοι κύκλοι είναι τα δημιουργημένα αποτελέσματα και τα κίτρινα τετράγωνα είναι οι εντολές εργαλεία υπολογισμών. 6
Στο ArcGIS προσθέτεται το επίπεδο ψηφιακού μοντέλου εδάφους και ορίζεται το περιβάλλον εργασίας (Geopreocessing -> Environments) να έχει όρια αποτελεσμάτων (extend) και μέγεθος ψηφίδας (cell size), όμοια αυτά του ψηφιακού μοντέλου εδάφους. Ακολούθως εφαρμόζεται φίλτρο στο ψηφιακό μοντέλο εδάφους Fill. Κατ αυτό τον τρόπο βυθίσματα γεμίζονται και το επιφανειακό νερό δεν εγκλωβίζεται. Στο εξής χρησιμοποιείται μόνο το διορθωμένο ψηφιακό μοντέλο εδάφους και το αρχικό αρχείο μπορεί να διαγραφεί ώστε να μην γίνει κατά λάθος η επιλογή του. Μέσα από την εργαλειοθήκη της υδρογεωλογίας επιλέγεται το εργαλείο flowdirection. Με δεδομένο το διορθωμένο ψηφιακό μοντέλο, λαμβάνεται ένα επίπεδο όπου κάθε κελί έχει μία διεύθυνση ροής προς το γειτονικό κελί με το μικρότερο υψόμετρο. Στην εικόνα 4.2 επεξηγείται ο χρωματισμός και τιμές που έλαβαν τα κελιά του παραγόμενου επιπέδου που απεικονίζεται στην εικόνα 4.3. Για παράδειγμα, κελί με την τιμή ένα και χρώμα ανοιχτό πράσινο δείχνει ότι το επιφανειακό νερό θα κινηθεί προς τα ανατολικά. Παρατηρείται και επισημαίνεται ότι στην εικόνα 4.3 μπορούν να χαραχθούν νοητά ορισμένες κορυφογραμμές αλλά και κοιλάδες. 7
Εικ.4.2 Διεύθυνση ροής κελιού. Εικ.4.3 Διεύθυνση ροής κάθε κελιού στην Πελοπόννησο. Έχοντας δημιουργήσει τη διεύθυνση ροής για κάθε κελί, μπορεί να παραχθεί το επίπεδο συσσωρευτικής ροής. Κατ αυτό τον τρόπο είναι δυνατός ο εντοπισμός ων σημείων στα οποία λαμβάνει χώρα συσσώρευση μεγάλου όγκου επιφανειακής απορροής. Στο εργαλείο flowaccumulation της εργαλειοθήκες Hydrology, δίνεται ως δεδομένο η διεύθυνση ροής και υπολογίζεται ένα αρχείο ψηφιδωτής μορφής που παρουσιάζει τη συσσωρευμένη ροή για κάθε κελί. Τα αποτελέσματα είναι πιο εμφανή αν γίνει η παρουσίασή τους σε 5 κλάσεις όπως στην εικόνα 4.4. Οι περιοχές όπου υπάρχει μεγάλη συσσώρευση και απεικονίζονται λευκές, συμπίπτουν με περιοχές μεγάλων ποταμών. 8
Εικ. 4.4 Συσσωρευτική ροή κάθε κελιού σε κλάσεις. 9
Εικ. 4.5 Τα υδρορέματα της Πελοποννήσου με μεγάλη συσσωρευτική ροή. Η εικόνα 4.4 δημιουργήθηκε με break values 10,100,1000,10000,56000 ενώ η εικόνα 4.5 με break value 1000. Η επιλογή των τιμών αυτών έγινε επειδή θεωρήθηκαν ως πιο αντιπροσωπευτικές για την αναγνώριση κλάδων ποταμού διαφορετικής τάξης. Περιοχές με τιμή κάτω από 10 έχουν μόνο ροή στις βροχοπτώσεις. Περιοχές με τιμή 10-100 έχουν πιθανώς ρυάκια πρώτου βαθμού, 100-1000 είναι ποτάμια δευτέρου (από την ένωση ρυακιών πρώτου βαθμού) ή τρίτου βαθμού, 1000-10000 είναι ποτάμια και πάνω από 10000 είναι χείμαρροι. Στην εικόνα 4.5 όπου εμφανίζονται μόνο ροές με τιμή >1000 είναι οι περιοχές που πιθανώς υπάρχει ροή όλο τον χρόνο. Επειδή για την εικόνα 4.5 ο αριθμός των κελιών με τιμή πάνω από 1000 είναι 4610 και κάθε κελί είναι 250*250=62500τμ, η συνολική έκταση υδατορεμάτων με πιθανή ροή όλο το χρόνο είναι 288125τ.χλμ. 10
Στη συνέχεια επιζητείται η οριοθέτηση υδρολογικών λεκανών (watersheds) οι οποίες τροφοδοτούν προσδιορισμένα σημεία. Αρχικά χρειάζεται η δημιουργία των σημείων. Δημιουργείται ένα νέο σημειακό Shapefile, και προστίθεται στο περιβάλλον εργασίας του arcmap. Προσθέτονται 2 σημεία στο επίπεδο αυτό. Με τη χρήση του zoom tool στο επίπεδο συσσωρευτικής ροής τοποθετούνται τα σημεία πάνω σε ψηφίδες με μεγάλη ( > 1000) τιμή συσσωρευτικής ροής. Τα σημεία επιλέγονται έτσι ώστε η περιοχή ανάντη αυτών των σημείων να ορίζει μια υδρολογική λεκάνη. Τέλος, γίνεται μετατροπή του αρχείου σημείων που παρήχθηκε (shapefile) σε GRID (FPOUR), χρησιμοποιώντας το εργαλείο Feature to Raster και προσδιορίζοντας το πεδίο ID ως αυτό το οποίοι περιέχει την τιμή των ψηφίδων του GRID. Έπειτα, για την οριοθέτηση υδρολογικών λεκανών με σημεία εξόδου αυτά που ορίστηκαν πρωτύτερα, ανοίγεται το εργαλείο watershed του toolbar Hydrology. Ως δεδομένα εισάγονται τα σημεία εξόδου που ορίστηκαν και το επίπεδο διεύθυνσης ροής. Από αυτά λαμβάνεται ένα επίπεδο ψηφιδωτής μορφής που θα μετατραπεί σε shapefile και καθορίζει δύο υδρολογικές λεκάνες οι οποίες αποτελούν υπολεκάνες της ίδιας ευρύτερης υδρολογικής λεκάνης (εικ.4.6). Η υπολεκάνη χρώματος ροζ έχει έκταση 785625τ.χλμ., ενώ η υπολεκάνη χρώματος πράσινου έχει έκταση 178125τ.χλμ.. 11
Εικ. 4.6 Οριοθετημένες υπολεκάνες για ορισμένα σημεία εξόδου. Ενδιαφέρον όμως έχει και η παρουσίαση της αυτοματοποιημένης δημιουργίας υδρολογικών λεκανών με τη χρήση του εργαλείου Basin που βρίσκεται στο toolbox του Hydrology. Το μόνο δεδομένο που χρειάζεται η αυτοματοποιημένη δημιουργία υδρολογικών λεκανών είναι το επίπεδο ρόης και δημιουργείται επίπεδο όμοιο με ατό της εικόνας 4.7. Οι υδρολογικές λεκάνες της Πελοποννήσου είναι 1842 και πολλές από αυτές έχουν υπολεκάνες που στη περίπτωση αυτή δεν καταμετρούνται. Οι 12
λεκάνες αυτές που δημιουργήθηκαν με το εργαλείο Basin έχουν σημείο εξόδου στη θάλασσα. Αντιθέτως, οι υπολεκάνες που δημιουργήθηκαν στο προηγούμενο βήμα έχουν έξοδο σε ποτάμι. Εικ. 4.7 Υδρολογικές λεκάνες της Πελοποννήσου. 13
Στη συνέχεια παράγεται ένα επίπεδο που δείχνει το μήκος ροής έως το τελικό σημείο εξόδου για κάθε κελί (εικ.4.8). Τελικό σημείο εξόδου θεωρείτε η θάλασσα, δηλαδή τα σημεία απορροής των λεκανών που φτάνουν στο μηδενικό υψόμετρο και όχι τις υπολεκάνες τους. Το επίπεδο αυτό δημιουργείται με τη χρήση του εργαλείου flowlength. Εισάγεται ως δεδομένο το επίπεδο διεύθυνσης ροής και επιβεβαιώνεται προς χρήση η προκαθορισμένη φορά ροής κατηφορικής διεύθυνσης (downstream). Παράγεται η επόμενη εικόνα (εικ4.8) στην οποία είναι εμφανές ότι νερά σε περιοχές που βρίσκονται εγχώρια στη Πελοπόννησο θα έχουν μεγαλύτερο μήκος ροής από ότι νερά στη περιφέρεια της Πελοποννήσου. 14
Εικ.4.8 Μήκος ροής έως το τελικό σημείο εξόδου για κάθε κελί 15
Όταν επιθυμείται το μήκος ροής έως την πλησιέστερη διαδρομή μέγιστης ροής (για τιμές > 1000 όπως ορίστηκαν νωρίτερα) θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε το εργαλείο FlowLength με ένα GRID βαρύτητας (weighting GRID) του οποίου οι ψηφίδες θα έχουν την τιμή nodata κατά μήκος της διαδρομής μέγιστης ροής και την τιμή 1 στην υπόλοιπη περιοχή. Αυτό το GRID δημιουργείται εύκολα με τη χρήση της εντολής setnull σε περιβάλλον Raster Calculator. Δίνεται μέσω του raster calculator Setnull ([FlowAcc] >= 1000, 1). Στη συνέχεια δημιουργία πάλι του FlowLength GRID δίνοντας ως input weight raster το grid που δημιουργήθηκε με την εντολή Setnull, δίνει νέο επίπεδο (εικ.4.9) με το μήκος ροής κάθε ψηφίδας έως την πλησιέστερη διαδρομή μέγιστης ροής (για τιμές > 1000 όπως ορίστηκαν νωρίτερα). Στην εικόνα 4.10 είναι μέρος της εικόνας 4.9 και εμφανίζονται οι διαδρομές μέγιστης ροής. Στην εικόνα 4.10 είναι εμφανές ότι οι υδροκρίτες έχουν κυρίως λευκή απεικόνιση και οι βαθμίδες των ποταμών όπως και η μισγάγκεια έχουν της σκουρότερη απεικόνιση. 16
Εικ.4.9 Μήκος ροής κάθε ψηφίδας έως την πλησιέστερη διαδρομή μέγιστης ροής. 17
Εικ.4.10 Μήκος ροής κάθε ψηφίδας έως την πλησιέστερη διαδρομή μέγιστης ροής και διαδρομές μέγιστης ροής (μεγεθυμένο κομμάτι της εικόνας 4.9). Ενώ και το επίπεδο της εικόνας 4.8 και της εικόνας 4.9 έχουν ελάχιστη τιμή 0, το επίπεδο της εικόνας 4.8 έχει μέγιστη τιμή 120261 και το επίπεδο της εικόνας 4.9 έχει μέγιστη τιμή 24306.3. Ενδιαφέρον έχει η οπτική παρουσίαση των διαδρομών ροής (flow accumulation > break value) πάνω στο ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής (εικ.4.11). Για την παραγωγή τέτοιας εικόνας γίνεται αξιοποίηση του επιπέδου που δημιουργήθηκε από το Flow Accumulation. Με την εντολή Setnull σε raster calculator δημιουργείται ένα GRID με τιμή 1 για τιμές επιπέδου με Flow Accumulation > = 1000 και null για τις υπόλοιπες τιμές. Γίνεται μετατροπή αυτού του παραγόμενου GRID σε shapefile (streams.shp) με τη χρήση του εργαλείου Stream to Feature. 18
Εικ. 4.11 Υδατορέματα της Πελοποννήσου. 19
5. Συμπεράσματα Ακολούθως παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης αξιοποιώντας το υποπρόγραμμα ArcScene για τη δημιουργία μιας προοπτικής απεικόνισης στην οποία θα παρουσιάζονται το ΨΜΕ, οι υδρολογικές λεκάνες καθώς και τα παραγόμενα υδατορέματα. Στην εικόνα 5.1 απεικονίζεται η προοπτική των υδρολογικών λεκανών της Πελοποννήσου μαζί με τα υδατορέματα. Στην εικόνα 5.2 απεικονίζεται η προοπτική του ψηφιακού μοντέλου εδάφους και τα παραγόμενα υδατορέματα. Εικ. 5.1 Απεικονίζεται η προοπτική των υδρολογικών λεκανών της Πελοποννήσου μαζί με τα υδατορέματα. Από την εικόνα 5.1 είναι εμφανές ότι οι μεγαλύτερες λεκάνες έχουν, όπως όλες, έξοδο στην θάλασσα αλλά ξεκινάνε από τα μεγαλύτερα βουνά της Πελοποννήσου, στο κέντρο αυτής. Ακόμη, οι μεγαλύτερες λεκάνες οριοθετούνται από τις οροσειρές, δηλαδή οι υδροκρίτες ενώνουν τα υψηλότερα σημεία της τοπογραφίας γύρω από τη λεκάνη και το κύριο υδρόρεμα της λεκάνης. Περεταίρω, παρατηρείται ότι μεγάλο πλήθος των υδρολογικών λεκανών βρίσκεται στην περιφέρεια της Πελοποννήσου. Αυτές οι υδρολογικές λεκάνες έχουν, αναλογικά με την έκτασή τους, πλατειά σημεία εξόδου στη θάλασσα και δεν επικοινωνούν με κύρια υδρορέματα. Οι μεγαλύτερες υδρολογικές λεκάνες, ενώ έχουν μεγάλη έκταση έχουν ποσοστιαία μικρό πλάτος εξόδους. 20
Εικ. 5.2 Απεικονίζεται η προοπτική του ψηφιακού μοντέλου εδάφους και τα παραγόμενα υδατορέματα. Στην εικόνα 5.2 είναι εμφανές πως η γεωμορφολογία της περιοχής επηρεάζει το σχήμα των υδρολογικών λεκανών. Ακόμη, είναι εμφανές ότι σε μεγάλο υψόμετρα δεν δημιουργούνται μεγάλα υδατορέματα. Μεγάλα υδατορέματα σχηματίζονται σε κοιλάδες, συνεχίζουν σε πεδιάδες και καταλήγουν στο χαμηλότερο υψόμετρο να έχουν κάποια δελταϊκή μορφή. 21
6. Βιβλιογραφία Βιβλία ΠΑΠΑΝΙΚΟΛΑΟΥ, Δ., Ι., ΣΙΔΕΡΗΣ, ΧΡ., Ι., 2012. ΓΕΩΛΟΓΙΑ η επιστημη της γης. Κεφ.5, σελ. 64 ΣΤΟΥΡΝΑΡΑΣ, Γ., Κ., 2007. ΝΕΡΟ Περιβαλλοντική Διάσταση και Διαδρομή. Κεφ 6.9. Σελ. 186 Ιστοσελίδες Geographic information system company, www.esri.com, τελευταία επίσκεψη 26/12/2016. 22
7.(Συμπληρωματική επεξεργασία άσκησης υδρολογικής ανάλυσης) Δημιουργία επιπέδου Χρόνου απορροής Τα βήματα επεξεργασίας των δεδομένων έτσι ώστε να κατασκευαστεί επίπεδο χρόνου απορροής για την υδρολογική λεκάνη του Ευρώτα, με τη χρήση του Model Builder είναι: Εικ.7.1 Μodel builder της δημιουργίας χρόνους απορροής. 23
Στη συνέχεια αναλύονται οι εργασίες που απεικονίζονται στο Model Builder. Αρχικά εισάγεται το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής (dem) και διορθώνεται με το εργαλείο Fill (hydrology spatial analyst). Με το διορθωμένο δεδομένο ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου δημιουργείται το επιπέδου διεύθυνσης ροής (FlowDirection hydrology spatial analyst). Έπειτα δημιουργείται το επίπεδο συσσώρευσης ροής (FlowAccumulation hydrology spatial analyst) και γίνεται επαναταξινόμησή του μέσω του εργαλείου reclassify ώστε να ξεχωριστούν οι κύριες υδατοροές (threshold = 1000). Η διαδικασία αυτή γίνεται δύο φορές, μία για τα υδατορέματα όπου οι υπόλοιπες τιμές λαμβάνουν τιμή 0 και τα υδατορέματα τιμή 1 (Reclass_streams), και μία δεύτερη φορά για τις περιοχές εκτός των υδατορεμάτων παίρνουν τιμή 1 και 0 για τα υδατορέματα (Reclass_nonStreams). Ακολουθεί ο υπολογισμός δύο επιπέδων με τη χρήση του raster calculator (map algebra spatial analyst): α) επιπέδου παροχής (επιφανειακής απορροής) χρησιμοποιώντας τον τύπο όπου η βροχόπτωση είναι εκφρασμένη σε μέτρα (θεωρείστε συνολική βροχόπτωση = 50mm = 0,05m) και η διάρκεια της βροχής σε δευτερόλεπτα (θεωρείστε συνολική διάρκεια 24 ώρες = 86400 sec). Σημειώνεταί ότι οι μονάδες του Q είναι m3/sec, και ο τύπος που εφαρμόστηκε είναι, Qcanal=(0.05 * "%FlowAccumulation%" * 250 * 250) / 86400 β) επιπέδου παροχής στρωματοροής χρησιμοποιώντας τον τύπο Όπου η βροχόπτωση και η διάρκειά της θεωρούνται όπως πριν και το μήκος ροής ανάντη υπολογίζεται με την εντολή flow length (επιλογή UPSTREAM). O τύπος που εφαρμόστηκε είναι, Qstr=0.05 * "%FlowLength%" / 86400. Ακολούθησε υπολογισμός επιπέδου κλίσεων (παράγωγο επίπεδο του DEM, εκφρασμένο % σε μέτρο/μέτρο). Υπολογισμός επιπέδου κλίσεων επιτυγχάνεται με τη χρήση του εργαλείου slope (surface spatial analyst). Το προηγούμενο βήμα είναι αναγκαίο για τον υπολογισμό του α) επιπέδου ταχύτητας ροής στο κυρίως κανάλι από τη σχέση Vκανάλι =, όπου S είναι το επίπεδο κλίσεων και για τις ανάγκες της άσκησης ο συντελεστής Κ και το επίπεδο n θεωρούνται ότι έχουν την τιμή 1. O τύπος που εφαρμόστηκε είναι, 24
Vcanal =1 * Power("%Slope_fill%", 3 / 8) * Power("%Qcanal%",0.25) * (1 ** ( - 0.75)) και β) επιπέδου ταχύτητας στρωματοροής από τη σχέση με τιμή n = 1. O τύπος που εφαρμόστηκε είναι, Vstr= Power("%Slope_fill%",3 / 10) * Power("%Qstr%",0.4) * (1 ** ( - 0.6)) Ως αυτή τη στιγμή έχουν υπολογιστεί και στα δύο επίπεδα οι ταχύτητες για κάθε κελί (cell) του επιπέδου. Για να υπολογιστεί το τελικό επίπεδο ταχυτήτων χρειάζεται το κάθε επίπεδο να περιέχει μόνο τις ταχύτητες των υδατορεμάτων ή μόνο τις τιμές εκτός υδατορεμάτον. Για το λόγο αυτό με χρήση του raster calculator παράγονται τα εξής επίπεδα, VolnySTR = "%Vstr%" * "%Reclass_nonStreams%" VonlyCANAL = "%Vcanal%" * "%Reclass_streams%". Ακολούθησε η σύνδεση των δύο επιπέδων ταχύτητας σε ένα τελικό το οποίο περιλαμβάνει τις ταχύτητες που αναπτύσσει το νερό στο κυρίως υδρογραφικό δίκτυο, αλλά και στην υπόλοιπη λεκάνη. Για τη δημιουργία του νέου επιπέδου χρησιμοποιήθηκε το raster calculator (map algebra spatial analyst), με τύπο, Vtotal = "%VonlyCANAL%" + "%VonlySTR%" Αναγκαία είναι η δημιουργία ενός επιπέδου στάθμισης χρόνου απορροής (Wtime) = 1 / V (όπου V : Ταχύτητα ροής = Vtotal), ξανά με τη χρήση του raster calculator (map algebra spatial analyst). Πλέον είναι δυνατή η δημιουργία επιπέδου χρόνου απορροής (FlowTime) με βάση τη λειτουργία FlowLength (hydrology spatial analyst) και τα επίπεδα FlowDirection, Wtime (ως βάρος). Τέλος γίνεται η κατασκευή επιπέδου ισόχρονων καμπυλών (FlowTimeClass) με κλάσεις του FlowTime (κλάσεις ανά ίσα χρονικά διαστήματα). Οι ισόχρονες καμπύλες γίνονται με χρήση του εργαλείου Contour (surface spatial analyst) στο οποίο ορίζονται οι κλάσεις των ίσων χρονικών διαστημάτων. Για την συγκεκριμένη εφαρμογή θεωρήθηκε ότι υπάρχει καλύτερη οπτική απεικόνιση για κλάσεις 12 ωρών. 25
Εικ.7.2 Χρόνοι απορροής για την λεκάνη του Ευρώτα. 26
Εικ.7.3 Υδρολογική λεκάνη του Ευρώτα με ισόχρονες των 10 ωρών. 27