ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 2

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ 2 1 Ε ΟΜΕΝΑ Για την Άσκηση σε περιβάλλον ΣΓΠ Arc GIS, δίνονται τα απαραίτητα γεωγραφικά δεδοµένα της λεκάνης του Τιταρήσιου στη θέση Μεσοχώρι. Τα δεδοµένα διακρίνονται σε µορφή shape file: Βροχοµετρικοί σταθµοί (stations) Υδρογραφικό δίκτυο (river) Υδροκρίτης (basin) και σε µορφή grid: O κάναβος υψοµέτρου (meso200) µε διάσταση 200 m 2 ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Η επίλυση της άσκησης θα γίνει στο περιβάλλον Arc Map και συγκεκριµένα απαιτείται η χρήση των εργαλείων της επέκτασης του Spatial Analyst. Αρχικά δηµιουργείται στον επιλεγµένο χώρο εργασίας, ένα καινούργιο workspace µε τη βοήθεια του Arc Catalog και συγκεκριµένα µε την επιλογή: File New Arc Info Workspace και σε αυτό αντιγράφονται όλα τα δεδοµένα. Στη συνέχεια όλα τα δεδοµένα (shape files και grids) εισάγονται σε έναν καινούργιο χάρτη του Arc Map µε την επιλογή: File Add Data Τέλος ενεργοποιείται η επέκταση του Spatial Analyst, µε την εξής διαδικασία: Tools Extensions Επιλέγεται το Spatial Analyst View Toolbars Επιλέγεται το Spatial Analyst ηµιουργία του βοηθητικού grid mask Το βοηθητικό grid (mask) µε διάσταση 200 m είναι το grid όπου όλα τα κύτταρα εντός της λεκάνης έχουν την τιµή 0, ενώ τα υπόλοιπα την τιµή no data και θα χρησιµοποιηθεί ως µάσκα της περιοχής για περαιτέρω υδρολογική ανάλυση. H µάσκα, µπορεί να προκύψει από το grid του υψοµέτρου (meso200) µε τη βοήθεια του Spatial Analyst στο Arc Map και συγκεκριµένα µε την επιλογή: 1

Spatial Analyst Reclassify Εµφανίζεται το παράθυρο Reclassify και σε αυτό ορίζεται: Input raster: meso200 Reclass field: value Από κάτω υπάρχει ένας Πίνακας που αριστερά έχει τις παλιές τιµές σε κατηγορίες (old values) και δεξιά πληκτρολογείται για κάθε κατηγορία η καινούργια τιµή, δηλαδή 0 (new values). Στο πεδίο output raster δίνεται το όνοµα του καινούργιου grid αρχείου (mask) που θα δηµιουργηθεί και επιλέγεται που θα αποθηκευτεί. Εναλλακτική διαδικασία: H µάσκα, µπορεί επίσης να προκύψει από το shapefile basin µε τη βοήθεια του Spatial Analyst στο Arc Map και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Convert Features to Raster Εµφανίζεται το παράθυρο Features to Raster και σε αυτό ορίζεται: Input features: basin Field: zero Output Sell size: 200 Output Raster: mask (το όνοµα του νέου αρχείου) Ορισµός παραµέτρων Ορίζονται οι κατάλληλες παράµετροι για την επεξεργασία που θα ακολουθήσει µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Options Εµφανίζεται το παράθυρο Options και σε αυτό ορίζεται στην καρτέλα General ως working directory, ο χώρος εργασίας που βρίσκονται τα αρχικά δεδοµένα (workspace) και ως analysis mask το βοηθητικό grid (mask) που θα χρησιµοποιηθεί ως µάσκα. Στην καρτέλα Extent ως analysis extent επιλέγεται Same as Layer mask και στην καρτέλα Cell size ως analysis cell size επιλέγεται Same as Layer mask. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι λειτουργίες που θα πρέπει να πραγµατοποιηθούν για την απάντηση στα ερωτήµατα της άσκησης. 2

Υπολογισµός κανάβου ετήσιας βροχόπτωσης µε τη µέθοδο IDW Ο υπολογισµός της ετήσιας βροχόπτωσης, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Interpolate to Raster Inverse Distance Weighted Εµφανίζεται το παράθυρο Inverse Distance Weighted και σε αυτό ορίζεται: Input points: stations Z value Field: έτος Power: 2 (default) Search Radius Type: Variable Number of Points: 12 Output Sell size: default, όπως έχει οριστεί στις επιλογές του Spatial Analyst Output Raster: idw1 (το όνοµα του νέου αρχείου) Υπολογισµός κανάβου ετήσιας βροχόπτωσης µε τη µέθοδο Spline Ο υπολογισµός της ετήσιας βροχόπτωσης, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Interpolate to Raster Spline Εµφανίζεται το παράθυρο Spline και σε αυτό ορίζεται: Input points: stations Z value Field: έτος Spline Type: Regularized Weight: 0.1 Number of Points: 12 Output Sell size: default, όπως έχει οριστεί στις επιλογές του Spatial Analyst Output Raster: spline1 (το όνοµα του νέου αρχείου) Υπολογισµός κανάβου ετήσιας βροχόπτωσης µε τη µέθοδο Kriging Ο υπολογισµός της ετήσιας βροχόπτωσης, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Interpolate to Raster Kriging Εµφανίζεται το παράθυρο Kriging και σε αυτό ορίζεται: 3

Input points: stations Z value Field: έτος Kriging Method: Ordinary Semivariogram Model: Spherical Search Radius Type: Variable Number of Points: 12 Output Sell size: default, όπως έχει οριστεί στις επιλογές του Spatial Analyst Output Raster: kriging1 (το όνοµα του νέου αρχείου) (Μερικές φορές, όταν είναι µικρό το πλήθος των βροχοµετρικών σταθµών, υπάρχει πρόβληµα στην εφαρµογή αυτής της µεθόδου, εµφανίζοντας το µήνυµα ότι δεν µπορεί να υπολογιστεί το ηµιµεταβλητόγραµµα. Στην περίπτωση αυτή ορίζονται οι κατάλληλες παράµετροι για την επεξεργασία που θα ακολουθήσει µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Options Εµφανίζεται το παράθυρο Options και σε αυτό γίνεται η εξής αλλαγή: Στην καρτέλα Extent ως analysis extent επιλέγεται Union of Inputs. Σε όλες τις υπόλοιπες διαδικασίες πρέπει ως analysis extent να επιλέγεται Same as Layer mask. Στη συνέχεια ακολουθείται ξανά η διαδικασία υπολογισµού της ετήσιας βροχόπτωσης µε τη µέθοδο Kriging που περιγράφηκε αναλυτικά παραπάνω και αποθηκεύεται ως: Output Raster: kriging2 (το όνοµα του νέου αρχείου) Ο παραγόµενος κάναβος εκτείνεται έξω από τα όρια της λεκάνης απορροής, γι αυτό ακολουθείται η εξής διαδικασία: Spatial Analyst Raster Calculator Εµφανίζεται το παράθυρο Raster Calculator και σε αυτό γίνεται η εξής πράξη: [kriging2] + [mask] Και επιλέγεται το πλήκτρο Evaluate Tο καινούργιο grid, που αντιπροσωπεύει την ετήσια βροχόπτωση µε τη µέθοδο Kriging στα όρια της λεκάνης ενδιαφέροντος, εισάγεται στο χάρτη µε το όνοµα Calculation. Επειδή όµως το grid Calculation είναι προσωρινό, για να αποθηκευτεί στον αντίστοιχο χώρο εργασίας, επιλέγεται µε δεξί κλικ η επιλογή: Make Permanent 4

Εµφανίζεται το παράθυρο Make Calculation Permanent και του ορίζουµε το χώρο και το όνοµα µε το οποίο θα αποθηκευτεί π.χ. kriging3. Όταν τελειώσει η διαδικασία, ορίζονται οι αρχικές παράµετροι, δηλαδή: Spatial Analyst Options Εµφανίζεται το παράθυρο Options και σε αυτό ορίζεται στην καρτέλα Extent ως analysis extent επιλέγεται Same as Layer mask και στην καρτέλα Cell size ως analysis cell size επιλέγεται Same as Layer mask.) Κατασκευή ισοϋέτιων καµπυλών Αφού έχει υπολογιστεί ο κάναβος της ετήσιας βροχόπτωσης µε οποιονδήποτε από τους παραπάνω τρόπους, µπορεί στη συνέχεια να υπολογιστούν οι ισοϋέτιες καµπύλες, µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Surface Analysis Contour Εµφανίζεται το παράθυρο Contour και σε αυτό ορίζεται: Input surface: idw1 (ή spline1, ή kriging1) Contour interval: 50 Base contour: 500 Z Factor: 1 (default) Output Features: isouetia1 (το όνοµα του νέου αρχείου) Τέλος επιλέγεται OK και το καινούργιο shape file εισάγεται στο χάρτη. Υπολογισµός κανάβου πολυγώνων Thiessen Ο υπολογισµός του κανάβου πολυγώνων Thiessen, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Distance Allocation Εµφανίζεται το παράθυρο Allocation και σε αυτό ορίζεται: Assign to: stations Output Sell size: default, όπως έχει οριστεί στις επιλογές του Spatial Analyst Output Raster: thiessen1 (το όνοµα του νέου αρχείου) ιαδικασία υπολογισµού συντελεστών Thiessen Επιλογή του κανάβου πολυγώνων Thiessen και στη συνέχεια µε δεξί κλικ επιλέγεται: Open Attribute Table 5

Εµφανίζεται ο πίνακας του κανάβου Επιλογή της στήλης Count και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Statistics Σηµειώνεται το συνολικό άθροισµα (sum) των κυττάρων του κανάβου (δηλαδή το σύνολο της λεκάνης) Από την επιλογή Options του πίνακα του κανάβου, επιλέγεται: Options Export Εµφανίζεται το παράθυρο Export Data και σε αυτό ορίζεται: Export: All records Output Table: Thiessen (το όνοµα του νέου αρχείου) Τέλος επιλέγεται OK και ο καινούργιος πίνακας εισάγεται στο χάρτη. Για να είναι ορατός, επιλέγεται κάτω αριστερά Source αντί για Display. Επιλογή του πίνακα Thiessen και στη συνέχεια µε δεξί κλικ επιλέγεται: Open Εµφανίζεται ο πίνακας Thiessen και από την επιλογή Options, επιλέγεται: Options Add Field Εµφανίζεται το παράθυρο Add Field και σε αυτό ορίζεται: Name: Thiessen Type: Float Precision: 16 (Αναφέρεται στο σύνολο των ψηφίων) Scale: 3 (Αναφέρεται στα δεκαδικά ψηφία) Τέλος επιλέγεται OK και το καινούργιο πεδίο εισάγεται στον πίνακα. Επιλογή του νέου πεδίου Thiessen και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Calculate Values Εµφανίζεται το παράθυρο Field Calculator, όπου γράφεται και εκτελείται η πράξη: [Count] / N Όπου Ν το συνολικό άθροισµα των κυττάρων του κανάβου που σηµειώθηκε προηγουµένως. Τέλος επιλέγεται OK και το πεδίο Thiessen περιέχει τους υπολογισµένους συντελεστές Thiessen. Για επαλήθευση επιλέγεται το πεδίο Thiessen και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Statistics Πρέπει το συνολικό άθροισµα (sum) να ισούται µε 1. 6

Υπολογισµός επιφανειακής βροχόπτωσης µε τη βοήθεια των πολυγώνων Thiessen Αρχικά πρέπει να ενωθεί ο πίνακας Thiessen µε τον πίνακα του shape file stations. Επιλογή του πίνακα Thiessen και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Joins and Relates Join Εµφανίζεται το παράθυρο Join Data και σε αυτό ορίζεται: 1. Choose the field in this layer that the join will be based on: VALUE 2. Choose the table to join to this layer, or load the table from disk: stations 3. Choose the field in the table to base the join on: OBJECTID Τέλος επιλέγεται OK και ο πίνακας Thiessen έχει ενωθεί µε τον πίνακα του shape file stations. Επιλογή του πίνακα Thiessen και στη συνέχεια µε δεξί κλικ επιλέγεται: Open Στον πίνακα αυτό, από την επιλογή Options, επιλέγεται: Options Add Field Εµφανίζεται το παράθυρο Add Field και σε αυτό ορίζεται: Name: Weighted Type: Float Precision: 16 (Αναφέρεται στο σύνολο των ψηφίων) Scale: 3 (Αναφέρεται στα δεκαδικά ψηφία) Τέλος επιλέγεται OK και το καινούργιο πεδίο εισάγεται στον πίνακα. Επιλογή του νέου πεδίου Thiessen.Weighted και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Calculate Values Εµφανίζεται το παράθυρο Field Calculator, όπου γράφεται και εκτελείται η πράξη: [Thiessen.Thiessen] * [stations.έτος] Τέλος επιλέγεται OK και το πεδίο Weighted του πίνακα Thiessen περιέχει την επιφανειακή βροχόπτωση κάθε επί µέρους πολυγώνου Thiessen. Η συνολική επιφανειακή βροχόπτωση της λεκάνης, µε τη βοήθεια των πολυγώνων Thiessen, υπολογίζεται επιλέγοντας τη στήλη Thiessen.Weighted του πίνακα Thiessen και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Statistics Σηµειώνεται το συνολικό άθροισµα (sum) των κυττάρων του κανάβου (δηλαδή η συνολική επιφανειακή βροχόπτωση της λεκάνης). 7

Εναλλακτική διαδικασία: Αφού ο πίνακας Thiessen έχει ενωθεί µε τον πίνακα του shape file stations, επιλέγεται ο πίνακας Thiessen και στη συνέχεια µε δεξί κλικ επιλέγεται: Open Στον πίνακα αυτό, από την επιλογή Options, επιλέγεται: Options Add Field Εµφανίζεται το παράθυρο Add Field και σε αυτό ορίζεται: Name: W2 Type: Float Precision: 16 (Αναφέρεται στο σύνολο των ψηφίων) Scale: 3 (Αναφέρεται στα δεκαδικά ψηφία) Τέλος επιλέγεται OK και το καινούργιο πεδίο εισάγεται στον πίνακα. Επιλογή του νέου πεδίου W2 και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Calculate Values Εµφανίζεται το παράθυρο Field Calculator, όπου γράφεται και εκτελείται η πράξη: [Thiessen. Count] * [stations.έτος] Τέλος επιλέγεται OK. Επιλογή της στήλης Thiessen. Count και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Statistics Σηµειώνεται το συνολικό άθροισµα (sum) των κυττάρων του κανάβου (άθροισµα 1) Επιλογή της στήλης Thiessen.W2 και µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Statistics Σηµειώνεται το συνολικό άθροισµα (sum) των κυττάρων του κανάβου (άθροισµα 2) Η διαίρεση (άθροισµα 2)/ (άθροισµα 1) δίνει την επιφανειακή βροχή Σύγκριση κανάβων Η σύγκριση των κανάβων, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Raster Calculator Εµφανίζεται το παράθυρο Raster Calculator και σε αυτό γράφεται και εκτελείται η πράξη: [idw1] [spline1] Ο κάναβος που προκύπτει περιέχει τις διαφορές µεταξύ των δύο κανάβων Ο κάναβος που προκύπτει, εισάγεται στο χάρτη µε το όνοµα Calculation. Επειδή όµως το grid Calculation είναι προσωρινό, για να αποθηκευτεί στον αντίστοιχο χώρο εργασίας, επιλέγεται µε δεξί κλικ η επιλογή: Make Permanent 8

Εµφανίζεται το παράθυρο Make Calculation Permanent και του ορίζουµε το χώρο και το όνοµα µε το οποίο θα αποθηκευτεί. Υπολογισµός ελαχίστου, µεγίστου, µέσου υψοµέτρου Ο υπολογισµός του ελαχίστου, µεγίστου και µέσου υψοµέτρου, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Zonal Statistics Εµφανίζεται το παράθυρο Raster Calculator και σε αυτό ορίζεται: Zone Dataset: mask Zone Field: Value Zone Raster: meso200 Chart Statistic: Minimum ή Maximum ή Mean Output Table: zstat1.dbf Τέλος επιλέγεται OK και εµφανίζεται ο πίνακας zstat1.dbf µε τις πληροφορίες του ελαχίστου, µεγίστου και µέσου υψοµέτρου. Επιπλέον στον πίνακα zstat1.dbf παρουσιάζεται και η έκταση της λεκάνης απορροής µε το πεδίο area. Υπολογισµός εµβαδού και περιµέτρου της λεκάνης απορροής Επιλογή του shape file basin και στη συνέχεια µε δεξί κλικ επιλέγεται: Open Attribute Table Εµφανίζεται ο πίνακας του shape file της λεκάνης απορροής που περιέχει το εµβαδόν και την περίµετρο της λεκάνης. Υπολογισµός µέσης κλίσης Αρχικά δηµιουργείται ένα καινούργιο grid µε τις κλίσεις µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Surface Analysis Slope Εµφανίζεται το παράθυρο Slope και σε αυτό ορίζεται: Input surface: meso200 Z Factor: 1 (default) Output Sell size: default, όπως έχει οριστεί στις επιλογές του Spatial Analyst Output Raster: slope1 (το όνοµα του νέου αρχείου) 9

Ο υπολογισµός της ελάχιστης, µέγιστης και µέσης κλίσης, θα πραγµατοποιηθεί µε τη βοήθεια του Spatial Analyst και συγκεκριµένα µε την επιλογή: Spatial Analyst Zonal Statistics Εµφανίζεται το παράθυρο Raster Calculator και σε αυτό ορίζεται: Zone Dataset: mask Zone Field: Value Zone Raster: slope1 Chart Statistic: Minimum ή Maximum ή Mean Output Table: zstat2.dbf Τέλος επιλέγεται OK και εµφανίζεται ο πίνακας zstat2.dbf µε τις πληροφορίες της ελάχιστης, µέγιστης και µέσης κλίσης. Υπολογισµός µήκους κύριου υδατορεύµατος Αρχικά ενεργοποιείται από τον κατάλογο των layers το shapefile river. Με τη βοήθεια του εικονιδίου Measure από την εργαλειοθήκη Tools, επιλέγεται σηµείο προς σηµείο το κυρίως υδατόρεµα (µε διπλό κλικ σταµατάει η επιλογή σηµείων) και αυτοµάτως κάτω αριστερά εµφανίζεται το συνολικό του µήκος. Οι µονάδες µέτρησης µήκους ορίζονται επιλέγοντας Layers και στη συνέχεια µε δεξί κλικ, επιλέγεται: Properties Εµφανίζεται το παράθυρο Data Frame Properties και στην καρτέλα General, επιλέγονται: Map Units: Kilometers Display Units: Kilometers Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων 10