Специальные инструменты структурно-гидрографического анализа речных систем в среде ArcMap

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлен набор инструментов для определения по цифровой модели рельефа и расчета характеристик различных структурных элементов речного бассейна: сети потенциальных тальвегов, водораздельных линий, частных водосборов. Инструмент “Stream Network Orders” позволяет построить на основе цифровой модели рельефа сеть тальвегов, используя разные формы функции инициации (в том числе с учетом климатических характеристик), и определить порядки в пределах полученной сети. Инструмент “Ridgeline Network Orders” устанавливает положения водораздельных линий и присваивает сегментам этих линий порядки на основе полных путей добегания от водоразделов до устьев бассейновых систем. Реализовано два способа классификации: порядок по полной последовательности и порядок по триплетам старших порядков. Инструмент “Watershed Thickness Metrics” предназначен для расчета различных мер “толщины” речных бассейнов. Набор инструментов использует функциональные возможности модуля Spatial Analyst для ArcGIS Desktop.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. И. Гарцман

Институт водных проблем РАН; Институт природно-технических систем

Автор, ответственный за переписку.
Email: gartsman@inbox.ru
Россия, Москва; Севастополь

А. Л. Энтин

Институт водных проблем РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: gartsman@inbox.ru
Россия, Москва; Москва

Е. А. Шекман

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Email: gartsman@inbox.ru
Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Алексеевский Н.И. Масштабные изменения характеристик системы поток-русло по длине рек // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов. Материалы 3-й всерос. конф. Барнаул, 2010. С. 4–6.
  2. Гарцман Б.И., Белякова П.А., Сучкова К.В., Шекман Е.А., Энтин А.Л. Меры вертикальной протяженности речных систем как индикаторы условий их формирования (на примере гор Крыма и Черноморского побережья Кавказа) // Вод. ресурсы. 2022. Т. 49. № 4. С. 448–459.
  3. Гарцман Б.И., Шекман Е.А. Возможности моделирования речной сети на основе ГИС-инструментария и цифровой модели рельефа // Метеорология и гидрология. 2016. № 1. С. 86–98.
  4. Гарцман Б.И., Шекман Е.А., Ли К.Т. Порядковая классификация речных водоразделов на основе обработки цифровых моделей рельефа // География и природ. ресурсы. 2016. № 4. С. 164–173.
  5. Гарцман Б.И. Анализ геоморфологических условий формирования первичных водотоков на основе цифровых моделей рельефа // География и природ. ресурсы. 2013. № 1. С. 136–147
  6. Гарцман Б.И., Бугаец А.Н., Тегай Н.Д., Краснопеев С.М. Анализ структуры речных систем и перспективы моделирования гидрологических процессов // География и природ. ресурсы. 2008. № 2. С. 116–123.
  7. Гарцман Б.И., Галанин А.А. Структурно-гидрографический и морфометрический анализ речных систем: теоретические аспекты // География и природ. ресурсы. 2011. № 3. С. 27–37.
  8. Гарцман И.Н. Топология речных систем и гидрографические индикационные исследования // Вод. ресурсы, 1973. № 3. С 109–124.
  9. Еременко Е.А., Панин А.В. Ложбинный мезорельеф Восточно-Европейской равнины. М.: МИРОС, 2010. 192 с.
  10. Казанский Б.А. Теоретические закономерности распределения речных структур // Тр. ДВНИГМИ. Вып. 63. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 85–90.
  11. Карасев, М.С., Худяков Г.И. Речные системы (на примере Дальнего Востока). М.: Наука, 1984. 143 с.
  12. Корытный Л.М. Бассейновая концепция в природопользовании. Иркутск: ИГ СО РАН, 2001. 163 с.
  13. Кошель С.М., Энтин А.Л. Современные методы расчета распределения поверхностного стока по цифровым моделям рельефа // Геоморфологи. Современные методы и технологии цифрового моделирования рельефа в науках о Земле. Вып. 6. М.: Медиа-Пресс, 2016. С. 24–34.
  14. Сидорчук А.Ю. Фрактальная геометрия речных сетей // Геоморфология. 2014. № 1. С. 3–14.
  15. Философов В.П. Основы морфометрического метода поисков тектонических структур. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1975. 232 с.
  16. Gupta V.K. Emergence of statistical scaling in floods on Channel networks from complex runoff dynamics // Chaos, Solitons and Fractals. 2004. V. 19. Iss. 2. P. 357–365. https://github.com/aentin/ArcPyStreamScape
  17. Lee K.T., Chang C.H. Incorporating subsurface-flow mechanism into geomorphology based IUH modeling // J. Hydrol. 2005. V. 311. Iss. 1–4. P. 91–105.
  18. Lindsay J.B, Seibert J. Measuring the significance of a divide to local drainage patterns // Int. J. Geogr. Inform. Sci. 2012. V. 27. Iss. 7. P. 1453–1468.
  19. O’Callaghan J.F., Mark D.M. The extraction of drainage networks from digital elevation data // Computer vision, graphics, and image processing. 1984. V. 28. Iss. 3. P. 323–344.
  20. Reggiani P., Sivapalan M., Hassanizaden S.M., Gray W.G. Coupled equations for mass and momentum balance in a stream network: Theoretical derivation and computational experiments // Proc. R. Soc. Lond. A. 2001. V. 457. P. 157–189.
  21. Rodriguez-Iturbe I., Rinaldo A. Fractal river basins: chance and self-organization. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997. 547 p.
  22. Werner C. Formal analysis of ridge and channel patterns in maturely eroded terrain // Annals of the Association of American Geomorphology. 1988. V. 78. Iss. 2. P. 253–270.
  23. Werner C. Several duality theorems for interlocking ridge and channel networks // Water Res. Res. 1991. V. 27. Iss. 12. P. 3237–3247.
  24. Yen B.C., Lee K.T. Unit hydrograph derivation for ungauged watersheds by stream order laws // J. Hydrol. Engin.1997. V. 2. Iss. 1. P. 1–9.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная схема работы инструмента “Stream Network Orders” (вариант с использованием CEI)

Скачать (538KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Создание полной сети: а – ячейки фрагментированной сети потенциальных водотоков, б – восстановленная (целостная) сеть водотоков

Скачать (151KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты расчета речной сети по CEI с использованием инструмента “Stream Network Orders”, пороговые значения: а – 5000, б – 20 000, в – 35 000. С 7 по 1 – порядок водотоков

Скачать (500KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Принципиальная схема работы инструмента “Ridgeline Network Orders”

Скачать (514KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Водосборные бассейны сегментов водотоков порядка: а – 1, б – 2, в – 3, г – 4, д – 5, е – 6

Скачать (441KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Слияние границ частных водосборов. Несколько объектов, совпадающих геометрически, но отличающихся значениями порядков (а), объединяются в один объект с формированием полной последовательности порядков (б)

Скачать (356KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результат определения положения и порядковой классификации водораздельных линий: a – по полной последовательности, б –по триплетам старших порядков. Условные обозначения – водоразделы с 6 по 1 порядок

Скачать (346KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Предварительная обработка данных для инструмента “Watershed Thickness Measures”

Скачать (348KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Расчет характеристик толщины бассейнов: а – “толщины по экстремумам” ∆He, б – “толщины по средним” ∆Ha, в – “толщины по водоразделам” ∆Hw

Скачать (554KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Результаты расчета характеристик “толщины” бассейнов: а – ∆He, б – ∆Ha, в – ∆Hw, г – средней высоты бассейна , д – глубины эрозионного вреза ∆Hc

Скачать (554KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024