Foss4g it Lugano

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r.basin.py, a tool for the morphometric caracterization of basin in GRASS GIS

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Foss4g it Lugano

  1. 1. FOSS4G-IT Lugano 2010 11-12 Febbraio Free and Open Source Software for Geospatial Meeting di lingua italiana Caratterizzazione morfometrica del bacino idrografico in GRASS GISMargherita Di Leo, Massimo Di Stefano, Pierluigi Claps, Aurelia Sole
  2. 2. Il Bacino IdrograficoPer una fissata sezione trasversale di un corso dacqua, si definiscebacino idrografico lentità geografica costituita dalla proiezione su unpiano orizzontale della superficie drenante sottesa alla suddettasezione.Il bacino idrografico è lunità fisiografica che raccoglie i deflussisuperficiali, originati dalle precipitazioni che si abbattono sul bacinostesso, che trovano recapito nel corso dacqua naturale e nei suoidiversi affluenti.La definizione del bacino idrografico in termini di estensione areale,conseguente alla sua delimitazione, è condizionata dallindividuazionedella sezione di chiusura.
  3. 3. MorfometriaI modelli idrologici di tipo geomorfologico si fondano sulla possibilità diricostruire la risposta idrologica di un bacino (formazione deideflussi), a seguito di una precipitazione che si abbatte su di esso,sulla base del legame che intercorre tra la suddetta risposta e icaratteri geomorfologici del bacino.Il reticolo idrografico rappresenta limpronta lasciata sulla superficieterrestre da una successione discontinua di eventi di deflusso incondizioni di piena e di trasporto solido e pertanto, in un assegnatobacino, il meccanismo di formazione del deflusso può essere ricondottoalla struttura morfometrica del reticolo. (Abrahams & Parson, 1991)
  4. 4. Caratterizzazione morfometrica r.basin.pyINPUT :● Modello di elevazione del terreno●Coordinate della sezione di chiusura●Soglia (threshold)Sintassi :r.basin.py  map=dem prefix=a easting=594635.001331 northing=4922013.00098 threshold=500
  5. 5. Caratterizzazione morfometrica r.basin.pyMappe prodotte :●Delimitazione del bacino idrografico●Estrazione del reticolo●Pendenza●Aspect●Direzioni di drenaggio●Matrice degli accumuli●Gerarchizzazione del reticolo secondo Strahler, Horton, Hack, Shreve●Matrice delle distanze dalla sezione di chiusura (Width function)●Matrice delle distanze dal reticolo (lunghezze dei versanti)●Asta principale e outlet
  6. 6. Caratterizzazione morfometrica r.basin.py Mappe prodotte :Delimitazione del bacino eestrazione del reticolo Direzioni di drenaggio Matrice degli accumuli Mappa della pendenza
  7. 7. Caratterizzazione morfometrica r.basin.pyMappe prodotte (dipendenza r.stream.*): Gerarchizzazione di StrahlerGerarchizzazione di Horton Distanza Lunghezza dei dalloutlet versanti
  8. 8. CREDITS and dependencies: r.stream.extract (M.Metz) Input: DEM, Flow Accum (opt.), Weight map for acc (opt.), threshold Output: stream_raster stream_vector direction
  9. 9. CREDITS and dependencies: r.stream.order (Jarek Jasiewicz) Input: stream mask, dir Output: Strahler, Shreve, Horton, Hack Strahler Horton Hack
  10. 10. CREDITS and dependencies: r.stream.distance (Jarek Jasiewicz) Input: stream (outlet) mask, dir, DEM Output: distance and elevation to streams and outlet Distance to streams Distance to outlet Elevation above outlet
  11. 11. CREDITS and dependencies: r.stream.stats (Jarek Jasiewicz) Input: stream mask, dir, DEM Output: Hortons or Strahlers or Hacks statistics
  12. 12. Caratterizzazione morfometrica r.basin.pyGrafici :Curva ipsografica : fornisce la distribuzione delle superfici nelle diversefasce altimetriche. Ogni punto della curva ipsografica ha come ordinataun valore di quota e come ascissa la percentuale di superficie del bacinoposta al di sopra della quota considerata.Avendo a disposizione unDEM, la curva suddetta siottiene semplicementecome vettore, ordinato insenso decrescente, dellequote dei pixel.Rappresentando talevettore su un diagrammacartesiano, il n° ordinale èproporzionale all’areasovrastante la data quotae rappresenta l’ascissa.
  13. 13. Caratterizzazione morfometrica r.basin.pyGrafici :Curva ipsometrica
  14. 14. Caratterizzazione morfometrica r.basin.pyGrafici :Width Function : numero di pixel avente egual distanza metrica dallasezione di chiusura misurata seguendo le direzioni di drenaggio.
  15. 15. Principali parametri morfometrici:-Rettangolo contenente il bacino (coordinate) : Sono le coordinatedei vertici N, W, E, S del rettangolo contenente il bacino nella suainterezza. Si ottengono individuando i pixel, appartenenti al bacino,caratterizzati dalla prima (seconda) coordinata più grande (più piccola).-Baricentro del bacino : Sono restituite le coordinate del pixel piùvicino al baricentro “matematico” della figura risultante dalla proiezionedel bacino sul piano.-Area : L’area del bacino viene calcolata semplicemente moltiplicandol’area di ogni cella per il numero di celle ricadenti nel bacino.-Perimetro : E’ la lunghezza del contorno della figura risultante dallaproiezione del bacino sul piano.
  16. 16. Principali parametri morfometrici:-Quote caratteristiche: Sono la quota massima, la minima e la mediadel bacino. Per le prime due si individuano I pixel del DEM di quota piùelevata e minore (in questo caso il pixel è quello corrispondente allasezione di chiusura), per la terza si fa la media aritmetica delle quote ditutti i pixel appartenenti al bacino.Inoltre viene restituito il dislivello tra la quota massima e la minima.-Pendenza media : Media dei valori di pendenza associati ad ognipixel.-Lunghezza dellasta principale: intesa come la lunghezza dellasuccessione più lunga di segmenti che congiungono una sorgente allasezione di chiusura del bacino.
  17. 17. Principali parametri morfometrici:-Lunghezza del vettore di orientamento: vettore che congiunge ilbaricentro del bacino alla sezione di chiusura-Orientamento prevalente: in gradi rispetto al nord, in sensoantiorario
  18. 18. Principali parametri morfometrici:-Pendenza media dellasta principale : (in percentuale) ecalcolata con:dove gli N elementi della sommatoria sono i tratti in cui si puòdividere l’asta principale (N e il diametro topologico)-Rapporto di circolarità: Rappresenta il rapporto tra l’area delbacino e l’area del cerchio avente lo stesso perimetro del bacino-Rapporto di allungamento : rapporto tra il diametro del cerchiodi eguale area del bacino e la lunghezza dell’asta principale-Coefficiente di compattezza : rapporto tra il perimetro del bacinoed il diametro del cerchio avente la stessa area del bacino
  19. 19. Principali parametri morfometrici:Fattore di forma : Corrisponde al rapporto tra l’area del bacino e ilquadrato della lunghezza dell’asta principale-Numero di aste : numero complessivo di aste costituenti il reticolo-Lunghezza complessiva del reticolo : data dalla somma dellelunghezze di tutte le aste-Magnitudine : rappresenta il numero di sorgenti ovvero il numero di astedi ordine 1 secondo la gerarchizzazione di strahler-Ordine massimo secondo la gerarchizzazione di Strahler :rappresenta lordine del reticolo-Frequenza delle aste del primo ordine : e data dalla magnitudinedivisa per larea del bacino
  20. 20. Principali parametri morfometrici:-Densità di drenaggio : e data dal rapporto tra la lunghezza totale dellarete di drenaggio e larea del bacino-Diametro topologico : e il numero di segmenti (link) che costituisconolasta principale. Indica anche il numero delle confluenze sullastaprincipale.-Lunghezza media dei versanti : e la media delle distanze, misuratelungo la direzione di drenaggio, di tutti I pixel non appartenenti al reticolo,dal primo pixel del reticolo in cui drenano.-Tempo di corrivazione (Giandotti, 1934)-Rapporti di Horton (Horton, 1945; Strahler, 1957)
  21. 21. PrincipaliparametrimorfometriciOutput
  22. 22. PrincipaliparametrimorfometriciOutput(r.stream.stats)
  23. 23. Credits Massimo Di StefanoJarek Jasiewicz, Markus Metz The FOSS community
  24. 24. License of this document This work is licensed under a Creative Commons License. http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ 2010, Margherita Di Leo, Italy margherita.dileo@unibas.itLicense details: Attribution-ShareAlike 3.0:You are free: * to Share — to copy, distribute and transmit the work * to Remix — to adapt the workUnder the following conditions: * Attribution — You must attribute the work in the manner specified by the author or licensor (but not in any way that suggests that they endorse you or your use of the work). *Share Alike — If you alter, transform, or build upon this work, you may distribute the resulting work onlyunder the same, similar or a compatible license.With the understanding that: * Waiver — Any of the above conditions can be waived if you get permission from the copyright holder. * Other Rights — In no way are any of the following rights affected by the license: o Your fair dealing or fair use rights; o The authors moral rights; o Rights other persons may have either in the work itself or in how the work is used, such as publicity or privacy rights.

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