Jaký práh akumulace toku bych měl použít?

basperheim

Starší verze tohoto blogu uvádí USGS WaterWatch jako zdroj dat o odtoku pro geoprocesní nástroj Create Runoff Raster. Nástroj i blog byly aktualizovány tak, aby používaly dataset globálního odtoku s vyšším rozlišením z TerraClimate.<\/EM><\/FONT><\/P>Pozadí<\/FONT><\/H2>Vymezení a analýza síťí toků v prostředí Geographic Information System (GIS) je základním úkolem v hydrologické a terénní analýze. Tyto sítě slouží jako prostorový rámec pro modelování toku vody, hranic povodí a procesů povrchové hydrologie. Ačkoli tvorba sítí toků může být výpočetně náročná a metodologicky složitá, přínosy, které poskytují prostorové analýze a environmentálnímu modelování, jsou značné.<\/P>V typických pracovních postupech GIS jsou sítě toků odvozeny z Digitálních modelů terénu(DEMs) prostřednictvím sekvence hydrologických zpracovatelských kroků: vyplňování depresí, modelování směru toku, akumulace toku a prahování toků. Mezi nimi je definování prahu zahájení toku, minimální přispívající plochy potřebné k tomu, aby byl kanál považován za tok, obzvláště náročné a velmi závislé na kontextu.<\/P> <\/P><\/span><\/P> <\/P>Mnoho uživatelů se ptá na „dokonalý“ práh pro jejich oblast zájmu, ale žádná univerzální hodnota neplatí pro všechny krajiny. Vhodný práh se liší podle regionálních srážkových vzorců, propustnosti půdy, vegetačního pokryvu, topografického reliéfu a podkladové geologie. Například v suchých nebo polopouštních prostředích je povrchový odtok méně častý a má tendenci se soustředit do méně kanálů s epizodickým charakterem, což vyžaduje vyšší práh akumulace toku k definování významných prvků toku. Naopak v vlhkých nebo nízkoreliéfních oblastech může mělký povrchový tok vytvářet souvislé odvodňovací cesty s relativně nízkými přispívajícími plochami, což vyžaduje nižší práh pro přesné zobrazení.<\/P>Náš přístup k vymezení toků je založen na metodice vyvinuté U.S. Geological Survey (USGS), která poskytuje konzistentní, hydrologicky založený způsob vymezení sítí toků. Konkrétně vychází z „<\/EM>Flow-Based Method for Stream Generation in a GIS“<\/EM><\/A> od Michaela E. Wieczoreka (USGS, 2017), která představuje GIS založený pracovní postup pro generování sítí toků na základě odhadovaných hodnot průtoku místo pouhých libovolných prahů akumulace plochy. Tato metoda využívá veřejně dostupná data o odtoku ve spojení s DEM k vytvoření sítí toků odpovídajících definovanému prahu průtoku; jak bylo uvedeno výše, neexistuje „dokonalý“ práh, ale nástroj standardně používá práh průtoku 1 kubický stopa za sekundu. Ukotvením vymezení v hydrologických kritériích tato technika zlepšuje konzistenci a interpretovatelnost napříč krajinami a poskytuje vědecky robustní alternativu k subjektivnějším přístupům založeným na akumulaci plochy. <\/P> <\/P>

Nové nástroje ArcHydro<\/FONT><\/H2>Aby bylo možné do vymezení toků začlenit více fyzikálních a klimatických faktorů, Arc Hydro<\/A> bezplatný doplněk pro ArcGIS Pro nyní obsahuje dva geoprocesní nástroje:<\/P>

1. Create Runoff Raster<\/STRONG><\/LI>Create Streams with Flow Threshold<\/STRONG><\/LI><\/OL> <\/SPAN><\/P><\/span><\/P> <\/P>Tyto nástroje společně implementují metodu USGS založenou na průtoku. Místo definování toků podle pevného počtu horních buněk tento přístup využívá skutečná data o odtoku a odhady průtoku k určení místa zahájení toků.<\/P>Pracovní postup začíná výpočtem ročních dat o odtoku a jejich převodem do rastrové vrstvy se stejným rozlišením jako DEM. Poté je vytvořena síť průtoku pomocí DEM a rastrové vrstvy odtoku pomocí funkce akumulace toku, kde rastrová vrstva odtoku slouží jako váhová vrstva. Výsledkem je síť, kde každá buňka představuje celkový objem vody, který do ní za rok vtéká.<\/P>Tato roční data o průtoku jsou převedena na tradiční rychlosti průtoku kubické stopy za sekundu (cfs) nebo kubické metry za sekundu (cms) pomocí mapové algebry. Analytici pak mohou aplikovat absolutní hydrologický práh (např. 1cfs) k definování místa začátku toků místo spoléhání se na relativní počet buněk. Prahy mohou být založeny na průměrných, mediánových, sezónních nebo událostních tocích, což umožňuje flexibilní a zároveň standardizovaný přístup napříč různými regiony.<\/P> <\/P>

Create Runoff Raster<\/FONT><\/H3>Tento nástroj stahuje hodnoty odtoku pro definovanou oblast zájmu a vybraný rok a převádí je do rastrové vrstvy se stejným rozsahem, velikostí buněk a projekcí jako vstupní DEM. Data o odtoku pocházejí z TerraClimate<\/A>, dataset měsíčního klimatu a klimatické vodní bilance pro globální pevninské povrchy od roku 1950 do současnosti. Tato data poskytují důležité vstupy pro ekologické a hydrologické studie v globálním měřítku vyžadující vysoké prostorové rozlišení a časově proměnná data. Všechna data mají měsíční časové rozlišení a přibližné prostorové rozlišení ~4 km (1\24 stupně) a jsou aktualizována ročně. <\/SPAN><\/P> <\/P><\/span><\/P> <\/P>

Create Streams with Flow Threshold<\/FONT><\/H3>Tento nástroj vytváří binární rastrovou vrstvu toku výpočtem směru toku a akumulace toku z DEM, přičemž tyto výsledky váží rastrovou vrstvou odtoku k vytvoření pixelových hodnot reprezentujících průtok (objem za čas). Parametr Flow Threshold<\/EM> definuje minimální požadovaný odtok pro to, aby buňka byla kvalifikována jako tok. Výchozí hodnota je 1cfs, jak doporučuje USGS, ale můžete ji upravit pro získání hustších nebo řidších sítí.<\/P> <\/P><\/span><\/P> <\/P>Praktický případ použití<\/FONT><\/H2>Následuje zjednodušený příklad generování sítě toků založené na odtoku. Jedinou předpokládanou podmínkou je DEM. (Pokud jej potřebujete, použijte DownloadDEM<\/<\/>A> nástroj Arc Hydro)<\/> P> < P > & nbsp ; < / P > < P > < span class = "lia-inline-image-display-wrapper lia-image-align-inline " image-alt = "EzraBosworthAhmet_0 -1785539142241 .png " style = "width: 788px; " > < img src = "https : //us.v-cdn.net/6038851/uploads/images/156177iCE3277BE1EE0B1E5/EzraBosworthAhmet_0 -1785539142241 .png " width = "788 " height = "551 " role = "button " title = "EzraBosworthAhmet_0 -1785539142241 .png " alt = "EzraBosworthAhmet_0 -1785539142241 .png " / > < / span > < / P > < P > & nbsp ; < / P > < H3 id = "toc-hId-780219568 " >< FONT color = "#008080 " > Krok 1 < / FONT >< SPAN > - & nbsp ; < / SPAN >< FONT color = "#008080 " > Create Runoff Raster < / FONT >< / H3 >< P > Spusťte < SPAN >< STRONG > Create Runoff Raster < / STRONG >< / SPAN > se svým DEM jako < SPAN >< EM > Input < / EM >< / SPAN >< SPAN >< EM > DEM< / EM >< / SPAN >< SPAN >< EM > Raster < / EM >< / SPAN > a vyberte rok zájmu.< / P > < P > & nbsp ; < / P > < P > < span class = "lia-inline-image-display-wrapper lia-image-align-inline " image-alt = "EzraBosworthAhmet_1 -1785539193440 .png " style = "width: 653px; " > < img src = "https : //us.v-cdn.net/6038851/uploads/images/156178i8FC8E74845D11EDD/EzraBosworthAhmet_1 -1785539193440 .png " width = "653 " height = "374 " role = "button " title = "EzraBosworthAhmet_1 -1785539193440 .png " alt = "EzraBosworthAhmet_1 -1785539193440 .png " / > < / span > < / P > < P > & nbsp ; < / P > < P > < span class = "lia-inline-image-display-wrapper lia-image-align-inline " image-alt = "EzraBosworthAhmet_2 -1785539221153 .png " style = "width: 786px; " > < img src = "https : //us.v-cdn.net/6038851/uploads/images/156179iCACC69D52B6D4C8F/EzraBosworthAhmet_2 -1785539221153 .png " width = "786 " height = "549 " role = "button " title = "EzraBosworthAhmet_2 -1785539221153 .png " alt = "EzraBosworthAhmet_2 -1785539221153 .png " / > < / span > < / P > < P > & nbsp ; < / P > < H3 id = "toc-hId--1027234895 ">< FONT color = "#008080 "> Krok 2 - Create Streams with Flow Threshold </ FONT >< / H3 >< P > Spusťte < STRONG > Create Streams with Práh <\/STRONG>Flow Threshold<\/STRONG>, použití:<\/P>Vstupní<\/EM><\/EM>DEM<\/EM><\/EM>Raster<\/EM>: stejný DEM jako v Kroku1<\/LI>Vstupní<\/EM><\/EM>Runoff<\/EM><\/EM>Raster<\/EM>: raster odtoku z Kroku1<\/LI>Flow Threshold<\/EM>: ponechte na 1cfs nebo upravte podle potřeby<\/LI><\/UL> <\/P><\/span><\/P> <\/P>Výstupní raster toku (v tomto případě Str.tif) může být při malém měřítku nenápadný; přiblížení odhalí odvozenou síť toků.<\/P> <\/P><\/span><\/P> <\/P>

Krok 3<\/FONT> 3<\/SPAN>Konverze na vektor (volitelné)<\/FONT><\/H3>Volitelně spusťte Stream to Feature<\/STRONG> pro převod rastrové sítě na vektorové prvky.<\/P> <\/P><\/span><\/P> <\/P><\/span><\/P> <\/P>Během pouhých tří geoprocesních kroků byla lokální data odtoku začleněna do terénních dat pro odvození sítě toků.<\/P> <\/P>Proč dva samostatné nástroje?<\/FONT><\/H3>Pro maximalizaci flexibility byl pracovní postup odvození toku záměrně rozdělen do dvou geoprocesních nástrojů. To umožňuje analytikům používat vlastní data o odtoku, zejména těm, kteří pracují s daty vyššího rozlišení. Zatímco tito uživatelé mohou přeskočit nástroj Create Runoff Raster<\/STRONG>, stále mohou plně využít Create Streams with Flow Threshold k vytvoření sítí toků. Oddělením nástrojů tento pracovní postup podporuje širší škálu hydrologických dat mimo TerraClimate.<\/P> <\/P>Závěr<\/FONT><\/H2>Definování prahu akumulace toku pro vymezení sítě toků dlouhodobě představovalo výzvu pro hydrologické GIS odborníky. Tradiční, arbitrární prahy počtu buněk často selhávají v krajinách s různým klimatem, terénem a hydrologií. Využitím Create Runoff Raster a Create Streams with Flow Threshold mají analytici nyní objektivní, datově řízenou metodu pro zahájení toku, založenou na skutečných měřeních odtoku a průtoku.<\/P>Tento přístup založený na průtoku zvyšuje konzistenci, transparentnost a reprodukovatelnost odvozených sítí, ať už pracujete v strmých alpských povodích nebo nízkých záplavových rovinách. Jak se hydrologické modelování vyvíjí, integrace reálných dat do GIS pracovních postupů bude nezbytná. Tyto Arc Hydro nástroje pomáhají překlenout tuto mezeru a umožňují vytvářet sítě toků, které přesněji reprezentují procesy krajiny. Povzbuzujeme GIS profesionály, výzkumníky a správce zdrojů, aby tuto metodiku prozkoumali a sdíleli zpětnou vazbu k jejímu zdokonalení a rozšíření její užitečnosti.<\/P> <\/P>Další poznámky<\/FONT><\/H2>Požadavky na software: Oba nástroje používají funkce z rozšíření ArcGIS Spatial Analyst a ArcGIS Image Analyst; ujistěte se, že máte platné licence.<\/>