Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях
У статті запропонована технологія збору та обробки географічних та геоморфологічних просторових даних засобами геоінформаційних систем для подальшого використання у створенні розподілених гідрологічних моделей стоку. Описано основні етапи роботи технології, а саме ідентифікація контуру водозбору, по...
Saved in:
| Published in: | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83971 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях / О.В. Бойко // Мат. машини і системи. — 2012. — № 1. — С. 36-44. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859622461875683328 |
|---|---|
| author | Бойко, О.В. |
| author_facet | Бойко, О.В. |
| citation_txt | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях / О.В. Бойко // Мат. машини і системи. — 2012. — № 1. — С. 36-44. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Математичні машини і системи |
| description | У статті запропонована технологія збору та обробки географічних та геоморфологічних просторових даних засобами геоінформаційних систем для подальшого використання у створенні розподілених гідрологічних моделей стоку. Описано основні етапи роботи технології, а саме ідентифікація контуру водозбору, побудова річкової мережі та отримання значень параметрів моделі водозбору з цифрових карт. На прикладі водозборів р. Уж та р. Стир проведено перевірку роботи технології для створення гідрологічної моделі. Отримана модель використана для реконструкції паводкового стоку.
В статье предложена технология сбора и обработки географических и геоморфологических пространственных данных с использованием геоинформационных систем для дальнейшего использования в построении распределенных гидрологических моделей стока. Описаны основные этапы работы технологии, такие как идентфикация контура водосбора, построение речной сети и нахождение значений параметров модели из цифровых карт. На примере водосборов р. Уж и р. Стырь была проведена проверка работы технологии для создания гидрологической модели. Полученные модели были использованы для реконструкции паводочного стока.
Collecting and processing technology of geographical and geomorphologic extensional data using geoinformation systems for future usage in creation of distributed hydrological reservoir models is suggested in the article. The basic stages of technology such as identification of reservoir contour, building of river network and finding the volumes of model parameters from digital maps are described. On the example of reservoirs of Uzh river and Styr river an inspection of technology for creation of hydraulic system was carried out. Received model is used for the reconstruction of the flood sink.
|
| first_indexed | 2025-11-29T06:40:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
36 © Бойко О.В., 2012
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1
НОВІ ІНФОРМАЦІЙНІ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ
УДК 004.9:556.3
О.В. БОЙКО
ТЕХНОЛОГІЯ ОБРОБКИ ПРОСТОРОВИХ ДАНИХ ЗАСОБАМИ ГІС ДЛЯ
ВИКОРИСТАННЯ В РОЗПОДІЛЕНИХ ГІДРОЛОГІЧНИХ МОДЕЛЯХ
Анотація. У статті запропонована технологія збору та обробки географічних та
геоморфологічних просторових даних засобами геоінформаційних систем для подальшого викори-
стання у створенні розподілених гідрологічних моделей стоку. Описано основні етапи роботи
технології, а саме ідентифікація контуру водозбору, побудова річкової мережі та отримання зна-
чень параметрів моделі водозбору з цифрових карт. На прикладі водозборів р. Уж та р. Стир про-
ведено перевірку роботи технології для створення гідрологічної моделі. Отримана модель викори-
стана для реконструкції паводкового стоку.
Ключові слова: ГІС, інформаційні технології, розподілені гідрологічні моделі, водозбірна гідроло-
гія.
Аннотация. В статье предложена технология сбора и обработки географических и геоморфоло-
гических пространственных данных с использованием геоинформационных систем для дальнейше-
го использования в построении распределенных гидрологических моделей стока. Описаны основ-
ные этапы работы технологии, такие как идентфикация контура водосбора, построение речной
сети и нахождение значений параметров модели из цифровых карт. На примере водосборов р. Уж
и р. Стырь была проведена проверка работы технологии для создания гидрологической модели.
Полученные модели были использованы для реконструкции паводочного стока.
Ключевые слова: ГИС, информационные технологии, распределенные гидрологические модели,
водосборная гидрология.
Abstract. Collecting and processing technology of geographical and geomorphologic extensional data
using geoinformation systems for future usage in creation of distributed hydrological reservoir models is
suggested in the article. The basic stages of technology such as identification of reservoir contour, build-
ing of river network and finding the volumes of model parameters from digital maps are described. On the
example of reservoirs of Uzh river and Styr river an inspection of technology for creation of hydraulic
system was carried out. Received model is used for the reconstruction of the flood sink.
Keywords: GIS, information technologies, distributed runoff models, hydrology reservoirs.
1. Вступ
Ефективна природоохоронна діяльність потребує розвитку сучасних інтелектуальних ін-
формаційних технологій прогнозування та аналізу гідрологічного режиму річок. Розв’язок
таких задач полягає у створенні математичних моделей, що описують гідрологічні проце-
си, які відбуваються на водозборі. В сучасній практиці широко використовуються моделі
річкового стоку з розподіленими параметрами [1]. В моделях такого типу водозбір пред-
ставляється просторовими регулярними сітками, що складаються з елементів, кожний з
яких представляє відповідну ділянку водозбору. Рівняння моделі розв’язуються для кож-
ного елемента з відповідними йому параметрами. Таким чином, на відміну від моделей з
зосередженими параметрами [2], де водозбір описується так званим «чорним ящиком», а
параметри мають однакові значенння в його межах, розподілені моделі враховують прос-
торову мінливість фізико-географічних та геоморфологічних властивостей, які впливають
на формування стоку. Серед розподілених моделей найбільш відомими є SHE [3], DHSWM
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 37
[4]. В Україні в останнє десятиріччя розподілені моделі водозборів розробляються в
ІПММС [5] та в Морському гідрофізичному інституті НАН України [6].
Створення та налаштування розподіленої гідрологічної моделі водозбору вимагає
збору та обробки певної кількості просторових даних, що відбувається за допомогою геоі-
нформаційних систем (ГІС). У ГІС просторові дані приводяться до вигляду растрових грі-
дів, де грід – це матрична структура даних, кожний елемент якої має строго визначені гео-
графічні координати та певне значення, інтерпретуючи яке можна отримати значення пев-
ного параметра моделі водозбору, як то висота поверхні, тип грунту, висота сніжного пок-
риву і т.п. Сукупність таких грідів формує набір вхідних параметрів для розподілених гід-
рологічних моделей. Існує велика кількість інструментів аналізу просторових даних для
використання у гідрологічних моделях – основні програмні пакети – це гідрологічний мо-
дуль ARCHYDRO TOOLS, що входить до програмного комплексу ARCMAP/ARCINFO
(www.esri.com), GRASS (http://grass.fbk.eu/), TauDEM (http://hydrology.usu.edu/taudem).
Шляхом обробки просторових даних, насамперед карти висот, зазначені програмні пакети
дозволяють визначити широкий спектр гідрологічних особливостей водозбору, таких як
межі водозбору, топологію стоку води з водозбору, отримати карту річкової та струмкової
мережі тощо [7, 1].
Наявні ГІС-пакети не вирішують усіх потреб обробки просторових даних для роз-
поділених моделей річкового стоку. Тому актуальною є задача розробки спеціалізованих
ГІС-технологій для розподілених гідрологічних моделей [8]. У статті представлена розро-
блена технологія обробки ГІС-даних для використання у розподіленій фізично-
обгрунтованій гідрологічній моделі річкового стоку ТОПКАПІ-ІПММС [5], що є
комп’ютерною реалізацією моделі TOPKAPI [9]. Модель базується на застосуванні рів-
няння «кінематичної хвилі» для опису динаміки процесів стоку. Базуючись на головній
вхідній ГІС-інформації моделі – цифровій карті висот (DEM, Digital Elevation Model) тери-
торії, водозбір представляється сукупністю квадратних елементів, що утворюють розраху-
нкову сітку моделі. Кожний елемент сітки являє собою розрахунковий вузол моделі та має
свій набір фізичних характеристик, які беруться з цифрових карт висот, ґрунтів та карти
типів рослинного покриву. Для кожного елемента сітки розв’язуються рівняння моделі, а
сукупний стік розраховується шляхом побудови так званого «дерева стоку», «корінь» яко-
го знаходиться в замикаючому створі водозбору. Технологія, яка описується у статті, була
застосована для створення моделей водозборів Закарпаття та притоки басейну р. Прип’ять
– р. Стир.
2. Технологія обробки та визначення контуру водозбору
На першому етапі створення моделі дослідник має чітко визначити контур водозбору. Ви-
значення межі водозбору відбувається шляхом обробки цифрової карти висот регіону
(Digital Elevation Model – DEM). Карта висот може бути отримана шляхом цифрування то-
пографічних карт місцевості або взята з уже готових всесвітніх цифрових грідів, таких як
SRTM (Shuttle Radar Topography Mission, http://srtm.csi.cgiar.org).
Спочатку проводиться перевірка вхідної карти висот на наявність артефактів-«ям»,
а саме елементів гріду, висота яких є меньшою за висоти сусідніх 8-ми елементів. Як пра-
вило, такі артефакти властиві рівнинним водозборам або виникають у процесі створення
карти висот з даних топографічної зйомки, обробки супутникових знімків тощо. Якщо ко-
мірка є «ямою», то значення висота виправляється згідно з рекурсивним алгоритмом, опи-
саним у [10]. Програмні реалізації цього алгоритму включені у більшість ГІС. Для моделі
ТОПКАПІ-ІПММС використовується програмний пакет TauDEM (http://hydrology.usu.edu/
taudem). Виправлений DEM застосовується для знаходження напрямків руху води у кож-
ному елементі гріду. Основним загально прийнятим методом є так званий D8 (вісім на-
прямків руху) [10], який базується на припущенні, що вода з кожного елемента надходить
38 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1
Рис. 1. Схематичне зображення дерева сто-
ку, яке використовується у моделі
TОПКАПІ-ІПММС. Чорний квадрат –
замикаючі
створи
до одного з сусідніх елементів згідно з принципом найменшої дії, а саме до елемента, з
яким різниця висот є найбільшою. На виході отримується грід тієї ж самої розмірності, що
і вхідний DEM, де кожному елементу присвоюється значення від 1 до 8 в залежності від
знайденого напрямку руху води (південь, пів-
ніч, схід, захід і т.д.).
Для визначення контуру водозбору і то-
пології стоку був розроблений алгоритм, який, з
точки зору теорії структур даних, полягає у
створенні незбалансованого (нерегулярного)
дерева з коренем в елементі, що є замикаючим
створом водозбору (рис. 1). Як правило, такий
елемент співпадає зі створом гідрологічної ви-
мірювальної станції, але й може бути заданий
довільно. Дерево будується на основі гріду на-
прямків руху води шляхом рекурсивного обхо-
ду (pre-order tree traversal) [11] елементів від ко-
реня дерева до елементів, що не мають нащад-
ків (елементів, що належать контуру водозбору).
Потік даних про стік води, сформований із результатів розв’язку рівнянь моделі для
елементів дерева, надходить від нащадків до батьків згідно з алгоритмом обходу дерева,
яке має назву post-order tree traversal [11].
3. Технологія побудови річкової мережі
У моделі ТОПКАПІ-ІПММС існують два типи елементів дерева стоку водозбору: ті, для
яких розраховується поверхневий сток, і ті, які належать руслам природних водотоків і для
яких, відповідно, розраховується русловий сток. Ідентифікація елементів, які є руслами
природних водотоків, проводиться згідно з методом, описаним у [1]. Наявність русла у до-
вільному елементі водозбору визначається як функція від площі всіх елементів, вода з яких
надходить до нього. Відповідно, чим для більшої кількості елементів даний елемент є «ба-
тьківським» у «дереві стоку», тим вірогідніше, що він є руслом річки чи струмка. Наяв-
ність русла і його ширина визначаються таким чином:
dr thA A> , (1)
( )max min
i max dr tot
tot th
w w
w w A A
A A
−= + −
−
, (2)
де перший вираз є перевіркою на наявність русла в елементі, а саме, якщо
drA – площа те-
риторії, вода з якої надходить до елемента водозбору, більше за певне порогове значення
площі thA , яке задано в залежності від гідрологічних особливостей водозбору, то елемент є
руслом; iw – ширина русла в i -ому елементі;
maxw та
minw – максимально та мінімально
можлива ширина русла відповідно, значення яких задається в залежності від гідроморфо-
логічних особливостей водозбору; totA – загальна площа водозбору як сума площ всіх еле-
ментів водозбору, з яких побудоване «дерево стоку».
Отримана річкова мережа розбивається на секції, де секція визначається як частина
річки, вздовж якої немає приток, і для кожної секції розраховується величина її порядку.
Ця величина в гідрологічній практиці має назву число Страхлера [12]. Знаходження відбу-
вається згідно з наступним правилом: секція вважається нодою дерева, де наступна секція
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 39
вниз за течією є її батьківською нодою. Якщо секція немає нащадків, вона є секцією пер-
шого порядку. Коли дві секції першого порядку перетинаються, вони утворюють секцію
другого порядку і так далі. Якщо у секцію річки порядку N впадає секція порядку N-1, то
батьківська секція не змінює порядок. Таким чином, кожному елементу водозбору, що є
частиною річкової мережі, присвоюється відповідне число Страхлера. Ця інформація не-
обхідна для задання просторово-розподіленого коефіцієнта гідравлічної шорсткості русла
для модуля стоку у руслах річок моделі ТОПКАПІ-ІПММС.
4. Технології отримування інформації про параметри моделі з довільних цифрових
карт
Як було зазначено у вступі, розподілені моделі використовують певну кількість просторо-
вих даних для ідентифікації значень параметрів. Параметри умовно можна поділити на три
типи:
1. Параметри, значення яких задаються однаковими для всіх елементів сітки водоз-
бору.
2. Параметри, для яких існують гріди з відповідними значеннями.
3. Параметри, значення яких отримуються з грідів у відповідності з певною класи-
фікацією типів за принципом «значення елемента гріду – значення параметра».
Перший тип характерний для випадків, коли параметр, у силу своїх фізичних особ-
ливостей, не змінюється для території водозбору або існує брак просторових даних для
оцінки його мінливості. Значення таких параметрів, з певних міркувань, задаються дослід-
ником у конфігураційних даних моделі.
До другого типу належать такі параметри, як висота елемента сітки, напрям руху
води та будь-який інший, для якого існує цифрова карта.
До третього типу належать параметри, значення яких отримуються з певних карт
класифікацій геоморфологічних чи гідрологічних властивостей території водозбору, таких
як карта грунтів, карта рослинності, карта болот тощо. Такими параметрами є гідравлічна
провідність грунту, коефіцієнт гідравлічної шорсткості поверхні та будь-який інший, для
якого існує відповідність «тип у класифікації – значення».
Для другого та третього типів параметр визначається шляхом знаходження елемен-
та гріду, що відповідає географічним координатам елемента водозбору. Для уникнення не-
визначених ситуацій, коли одному елементу водозбору відповідає декілька можливих еле-
ментів вхідних грідів, просторовий крок сітки водозбору має бути менший або дорівнюва-
ти просторовому кроку вхідних цифрових карт. Якщо ця умова не витримана, то вхідні
гріди приводяться до необхідного просторового кроку шляхом інтерполяції за процедурою
кригінгу [1].
Технологія реалізована у вигляді програмного коду, написаного мовою програму-
вання Python (www.python.org). Як вхідна інформація задаються текстові файли з таким
набором даних:
• Перелік замикаючих створів з географічними координатами, де вказуються основ-
ний замикаючий ствір для побудови водозбору та довільна кількість замикаючих створів
для знаходження відповідних підводозборів.
• Цифрові карти висот та напрямків руху води у форматі ASCII ESRI GRID.
• Конфігураційний файл з переліком та описом параметрів моделі (розд. 4), якими
буде ініціалізовано водозбір.
• Цифрові карти у форматі ASCII ESRI GRID та їх класифікації типів, що будуть
використовуватися для знаходження значень параметрів моделі водозбору.
Після проведення всіх процедур, описаних у попередніх розділах, структура даних,
яка містить ініціалізований водозбір, записується у бінарному форматі на диск для пода-
льшого використання програмою моделі ТОПКАПІ-ІПММС.
40 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1
Рис. 3. Річкова мережа водозбору р. Уж та
числа Страхлера
5. Приклад застосування розробленої ГІС-технології для водозбору р. Уж
Для побудови моделі стоку водозбору р.Уж з замикаючим створом гідрологічна станція в
м. Ужгород (координати: 22,3о сх. довг., 48,7о пн. широти) з світової карти висот SRTM
була отримана цифрова карта регіону (рис. 2 а,б). Просторовий крок карти дорівнює 90м.
Згідно з методологією, викладеною в розд. 2, було побудовано грід напрямків руху води та
визначено контур водозбору (рис. 2в). Розрахована площа водозбору дорівнює 1977 км2. Це
значення фактично дорівнює площі, яка фігурує в літературі з водних ресурсів України
[12], а саме 1970 км2. Цей факт дозволяє вважати процедуру ідентифікації контуру водоз-
бору прийнятною для використання у моделюванні.
а б в
Рис. 2. ГІС-дані водозбору р.Уж: а) цифрова карта висот SRTM для регіону р.Уж; б) карта напрям-
ків руху води; в) контур водозбору р. Уж з замикаючим створом у м. Ужгород
Для отримання річкової мережі водоз-
бору були задані такі параметри:
thA =1% від
загальної площі водозбору,
maxw =20м та
minw =2м. Використовуючи процедури, описані
в розд. 3, була створена річкова мережа і
отримані числа Страхлера для кожної з секцій
водотоків (рис. 3).
Основними картами, що використову-
ються у моделі ТОПКАПІ-ІПММС для визна-
чення параметрів, є карта рослинного покриву
і землекористування та карта грунтів. Існує
велика кількість карт цих класифікацій різного
масштабу та покриття, що вільно розповсю-
джуються у всесвітній мережі інтернет.
Серед карт грунтів слід згадати про FAO-UNESCO Soil Map of the World [13], на ба-
зі якої, з урахуванням регіональних досліджень грунтів, у 2009 році було створено HWSD
(Harmonized World Soil Database, http://www.iiasa.ac.at/Research/LUC/External-World-soil-
database). Ці карти покривають весь світ, але просторовий крок карти FAO є 5км, а карти
HWSD – 1км і мають 15773 класи грунтів. Оскільки карта HWSD є більш детальною, то
саме вона використовується у моделі.
Як карта рослинного покриву і землекористування модель ТОПКАПІ-ІПММС ви-
користовує карту GlobCover Land Cover v.2 (http://ionia1.esrin.esa.int), яка була створена
ESA (European Space Agency) у 2008 році. Просторовий крок її дорівнює 300м, карта має
23 класифікації. Ця карта є більш детальною і має більшу кількість класифікацій у порів-
нянні з всесвітньо відомими картами, створеними у USGS (United States Geological Survey)
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 41
(http://landcover.usgs.gov) та UMD (University of Maryland) (http://www.geog.umd.edu/
landcover).
З вищеназваних карт були побудовані відповідні карти для водозбору р. Уж (рис. 4).
У табл. 1 наведено класи грунтів (у класифікації FAO та USGS) та рослинного покриву, що
зустрічаються на території водозбору. Використовуючи процедуру, описану у розд. 4, для
кожного елемента розрахункової сітки водозбору були присвоєні відповідні типи грунтів
та рослинного покриву. В залежності від типу кожного елемента були отримані його пара-
метри моделі. З карти грунтів, згідно з [14], отримуються значення коефіцієнта гідравліч-
ної провідності, максимально можливий вміст води у шарі ґрунту та інші параметри моду-
ля грунтового стоку. Карта рослинного покриву слугує джерелом знаходження значення
коефіцієнта шорсткості поверхні для кожного елемента водозбору.
а б
Рис. 1. Водозбір р. Уж: а) карта рослинного покриву; б) карта грунтів
Таблиця 1. Перелік типів грунтів та рослинного покриву
Рослинний покрив і землекористування Карта грунтів
Значення Тлумачення Значення FAO USGS
14 Незрошувані орні землі 7342 Dystric cambisols Loam
20
Орні землі (50–70%) / тра-
ва/чагарники (20–50%)
7343 Dystric cambisols Loam
30
Трава/чагарники (50–70%) /
орні землі (20–50%)
7391 Gleyic Cambisols Loam
50 Широколистяний ліс 7703 Eutric Podzoluvisols
Silt
Loam
70 Хвойний вічнозелений ліс 9261 Umbric Leptosols Loam
90
Змішаний хвойний вічнозе-
лений та опадаючий ліс
10151 Dystric Cambisols Loam
100
Змішаний хвойний та широ-
колистяний ліс
10718 Eutric Cambisols Loam
110
Ліс та чагарники (50–70%) /
трава (20–50%)
10720 Dystric cambisols Loam
120
Трава (50–70%) / ліс та чага-
рники (20–50%)
10724 Gleyic Luvisols Loam
140 Луки 10728 Umbric Leptosols Loam
150 Зріджена рослинність
190 Урбанізована територія
Для оцінки точності значень параметрів отримана модель була перевірена для осін-
нього паводку 1998 року і проведено порівняння розрахованих та виміряних витрат для
42 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1
гідрологічної станції м. Ужгород та станції Жорнава, розташованої в верхів’ї водозбору
(рис. 5).
а б
Рис. 2. Результати моделювання для водозбору р. Уж: а) гідрологічний пост с. Жорнава;
б) гідрологічний пост м. Ужгород
Таблиця 2. Похибки результатів моделювання
Водозбір
Коефіцієнт
детермінації, R2
Співвідношення
водного балансу, %
р. Уж, с.Жорнава 0,95 95
р. Уж, м. Ужгород 0,9 89
Отримані результати моделювання добре співпадають з даними вимірів (табл. 2).
Запропонований метод обробки просторових даних дозволяє побудувати модель, яка адек-
ватно описує процеси формування стоку.
6. Приклад застосування розробленої ГІС-технології для водозбору р. Стир
У цьому розділі стисло наведено результати застосування технології для водозбору право-
бережної притоки р. Прип’ять – р.Стир. На базі цифрової карти висот SRTM було іденти-
фіковано водозбір з замикаючим створом с. Зарічне, розташованого на кордоні з Білорус-
сю, і яке знаходиться майже в гирлі р. Стир, та два підводозбори з замикаючими створами
с. Щурівці та м. Луцьк, що відповідають верхній та середній течіям р. Стир (рис. 6а).
Також була побудована річкова мережа водозбору і знайдені відповідні числа Стра-
хлера для кожної з секцій річки та приток (рис. 6б).
а б
Рис. 3. ГІС-дані водозбору р. Стир: а) контури водозборів з замикаючими створами Щурівці,
Луцьк, Зарічне; б) річкова мережа водозбору р. Стир та числа Страхлера
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 43
Рис. 8. Результати моделювання для водозбору
р. Стир, гідрологічний пост с. Щурівці
В результаті отримано площу водозбору 12 477 км2, що фактично відповідає площі,
вказаній у літературі [15], а саме 12 370 км2.
а б
Рис. 7. Водозбір р. Стир: а) карта рослинного покриву; б) карта грунтів
Згідно з описаними вище процедурами, були отримані карти грунтів та рослинного
покриву (рис. 7). Розшифровку класифікацій можна знайти у документації HWSD та
GlobСover Land Cover v.2. На базі
отриманих грідів була параметризо-
вана модель TОПКАПІ-ІПММС і для
оцінки точності параметризації було
проведено моделювання осіннього
паводку 1974 року й виконано порів-
няння розрахованих та виміряних ви-
трат для гідрологічної станції с. Щу-
рівці (рис. 8).
Отримані результати показали
добре співпадіння з виміряними ви-
тратами, а саме коефіцієнт детермі-
нації R2 для періоду моделювання
дорівнює 0,87, а відносна похибка
водного балансу дорівнює 89%.
7. Висновки
Розроблена технологія обробки географічних та геоморфологічних просторових даних до-
зволяє визначити такі важливі гідрологічні характеристики, як контур водозбору та річко-
ву мережу. Викладено підхід для асимілювання розподіленими моделями просторових да-
них будь-якої природи, що дозволяє використовувати їх для дослідження гідрологічних
процесів на водозборі, також розроблено програмний код, що реалізує підхід.
44 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1
Використовуючи світові карти грунтів і рослинного покриву та їх загальновизнані
класифікації, технологія дозволяє ідентифікувати значення параметрів розподілених гідро-
логічних моделей для водозборів, що істотно зменшує складність їх калібрування. Техно-
логія була використана для побудови розподіленої гідрологічної моделі ТОПКАПІ-
ІПММС і було проведено моделювання паводків на водозборах р. Уж і р. Стир.
Отримані результати продемонстрували ефективність розробленої технології обро-
бки просторових даних у впровадженні сучасних розподілених гідрологічних моделей для
водозборів України.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Vieux B.E. Distributed Hydrologic Modeling Using GIS / B.E. Vieux // Series: Water Science and
Technology Library. – 2004. – Vol. 48. – 289 p.
2. Кучмент Л.С. Модели процессов формирования речного стока / Кучмент Л.С. – Л.: Гидрометео-
издат., 1980. – 143 с.
3. An introduction to the European Hydrological System-Système Hydrologique Européen / M.B. Abbott,
J.C., Bathurst, J.A. Cunge [et al.] // "SHE". 1 History and philosophy of a physically based distributed
modelling system. Journal of Hydrology. – 1986. – N 87. – P. 45 – 59.
4. Wigmosta M.S. A distributed hydrology-vegetation model for complex terrain / M.S. Wigmosta,
L. Vail, D.P. Lettenmaier // Water Resources Research. – 1994. – Vol. 30. – P. 1665 – 1679.
5. Бойко О.В. Оцінка ефективності протипаводкових заходів на малих річкових водозборах Закар-
паття на основі розрахунків розподіленої моделі «опади-стік» / О.В. Бойко, М.Й. Железняк // Ма-
тематичні машини і системи. – 2011. – № 4. – С. 149 – 160.
6. Иванов В.А. Гидравлическая модель водной системы Украины / В.А. Иванов, А.В. Прусов //
Доп. НАН Украïни. – 2004. – № 9. – С. 119 – 125.
7. Tarboton D.G. A New Method for the Determination of Flow Directions and Contributing Areas in
Grid Digital Elevation Models / D.G. Tarboton // Water Resources Research. – 1997. – Vol. 33(2). –
P. 309 – 319.
8. Иванов В.А. Автоматизированный поиск направлений водных потоков по данным цифровых
моделей рельефа / В.А. Иванов, А.В. Прусов // Доп. НАН Украïни. – 2006. – № 11. – С. 165 – 171.
9. Todini E. The TOPKAPI model / E. Todini, L. Ciarapica // Mathematical Models of Large Watershed
Hydrology / V.P. Singh [et al.] (ed.). – Colorado: Water Resources Publications, Littleton, 2001. –
Chapter 12. – P. 471 – 504.
10. Jenson S.K. Extracting topographic structure from digital elevation data for geographic information
system analysis / S.K. Jenson, J.O. Domingue // Photogramm. Eng. Remote Sens. – 1988. – Vol. 54 (11).
– P. 1593 – 1600.
11. Drozdek A. Data Structures and Algorithms in C++ / Drozdek A. // Brooks and Cole. Pacific Grove,
CA. – LA, 2001. – 511 p.
12. Strahler A.N. Quantitative analysis of watershed geomorphology / A.N. Strahler // Transactions of the
American Geophysical Union. – 1957. – Vol. 8 (6). – P. 913 – 920.
13. FAO/UNESCO/ISRIC. Revised Legend of the Soil Map of the World // World Soil Resources Report,
FAO. – Rome, Italy, 1990. – 119 p.
14. Brooks R.H. Hydraulic properties of porous media / R.H. Brooks, A.T. Corey // Hydrol. Pap. 3. Colo.
State Univ., Fort Collins. – Denver, 1978. – 27 p.
15. Паламарчук М.М. Водний фонд України: довідк. посібн. / М.М. Паламарчук, Н.Б. Закорчевна;
за ред. В.М. Хорєва, К.А. Алієва. – К.: Ніка-Центр, 2001. – 392 с.
Стаття надійшла до редакції 27.12.2011
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-83971 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-29T06:40:10Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бойко, О.В. 2015-07-01T13:17:11Z 2015-07-01T13:17:11Z 2012 Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях / О.В. Бойко // Мат. машини і системи. — 2012. — № 1. — С. 36-44. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83971 004.9:556.3 У статті запропонована технологія збору та обробки географічних та геоморфологічних просторових даних засобами геоінформаційних систем для подальшого використання у створенні розподілених гідрологічних моделей стоку. Описано основні етапи роботи технології, а саме ідентифікація контуру водозбору, побудова річкової мережі та отримання значень параметрів моделі водозбору з цифрових карт. На прикладі водозборів р. Уж та р. Стир проведено перевірку роботи технології для створення гідрологічної моделі. Отримана модель використана для реконструкції паводкового стоку. В статье предложена технология сбора и обработки географических и геоморфологических пространственных данных с использованием геоинформационных систем для дальнейшего использования в построении распределенных гидрологических моделей стока. Описаны основные этапы работы технологии, такие как идентфикация контура водосбора, построение речной сети и нахождение значений параметров модели из цифровых карт. На примере водосборов р. Уж и р. Стырь была проведена проверка работы технологии для создания гидрологической модели. Полученные модели были использованы для реконструкции паводочного стока. Collecting and processing technology of geographical and geomorphologic extensional data using geoinformation systems for future usage in creation of distributed hydrological reservoir models is suggested in the article. The basic stages of technology such as identification of reservoir contour, building of river network and finding the volumes of model parameters from digital maps are described. On the example of reservoirs of Uzh river and Styr river an inspection of technology for creation of hydraulic system was carried out. Received model is used for the reconstruction of the flood sink. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Нові інформаційні і телекомунікаційні технології Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях Технология обработки пространственных данных средствами ГИС для использования в распределенных гидрологических моделях Technology of extensional data processing by GIS tools for using in distributed hydrological models Article published earlier |
| spellingShingle | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях Бойко, О.В. Нові інформаційні і телекомунікаційні технології |
| title | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях |
| title_alt | Технология обработки пространственных данных средствами ГИС для использования в распределенных гидрологических моделях Technology of extensional data processing by GIS tools for using in distributed hydrological models |
| title_full | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях |
| title_fullStr | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях |
| title_full_unstemmed | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях |
| title_short | Технологія обробки просторових даних засобами ГІС для використання в розподілених гідрологічних моделях |
| title_sort | технологія обробки просторових даних засобами гіс для використання в розподілених гідрологічних моделях |
| topic | Нові інформаційні і телекомунікаційні технології |
| topic_facet | Нові інформаційні і телекомунікаційні технології |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83971 |
| work_keys_str_mv | AT boikoov tehnologíâobrobkiprostorovihdanihzasobamigísdlâvikoristannâvrozpodílenihgídrologíčnihmodelâh AT boikoov tehnologiâobrabotkiprostranstvennyhdannyhsredstvamigisdlâispolʹzovaniâvraspredelennyhgidrologičeskihmodelâh AT boikoov technologyofextensionaldataprocessingbygistoolsforusingindistributedhydrologicalmodels |