GRASS w modelowaniu hydrologicznym
•
0 likes•1,201 views
prezentacja w formacie *.pdf z warsztatów "Analizy przestrzenne z wykorzystaniem GRASS" 13-16.09.2010. Autor: Robert Szczepanek
Recommended
Recommended
More Related Content
More from WGUG
More from WGUG (12)
GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 1. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska warsztaty ”Analizy przestrzenne z wykorzystaniem GRASS” Wrocław 14.09.2010 Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 2. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Plan prezentacji 1 Modelowanie hydrologiczne 2 Modele dostępne w GRASS 6.4 3 Modele dostępne jako dodatki 4 Wykorzystanie praktyczne Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 3. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Czym jest model hydrologiczny? Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 4. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Czym jest model hydrologiczny? Opisuje procesy związane z obiegiem wody w przyrodzie. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 5. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Czym jest model hydrologiczny? Opisuje procesy związane z obiegiem wody w przyrodzie. Model hydrologiczny jest DUUUŻYM uproszczeniem rzeczywistości. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 6. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Czym jest model hydrologiczny? Opisuje procesy związane z obiegiem wody w przyrodzie. Model hydrologiczny jest DUUUŻYM uproszczeniem rzeczywistości. Opisywane procesy są często złożone i zależą od wielu czynników. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 7. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wybrane rodzaje matematycznych modeli hydrologiczny Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 8. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wybrane rodzaje matematycznych modeli hydrologiczny Model czarnej skrzynki (zależności empiryczne) Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 9. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wybrane rodzaje matematycznych modeli hydrologiczny Model czarnej skrzynki (zależności empiryczne) Model procesów fizycznych o parametrach skupionych (uśrednione wartości, np. dla zlewni cząstkowych) Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 10. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wybrane rodzaje matematycznych modeli hydrologiczny Model czarnej skrzynki (zależności empiryczne) Model procesów fizycznych o parametrach skupionych (uśrednione wartości, np. dla zlewni cząstkowych) Model procesów fizycznych o parametrach dyskretnie rozłożonych (do jakiego stopnia szczegółowości?) Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 11. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wdrażanie modeli matematycznych Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 12. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wdrażanie modeli matematycznych Wybór Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 13. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wdrażanie modeli matematycznych Wybór Kalibracja (oszacowanie/obliczenie parametrów, np. początkowej wilgotności gruntu) Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 14. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wdrażanie modeli matematycznych Wybór Kalibracja (oszacowanie/obliczenie parametrów, np. początkowej wilgotności gruntu) Symulacja/prognoza Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 15. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wdrażanie modeli matematycznych Wybór Kalibracja (oszacowanie/obliczenie parametrów, np. początkowej wilgotności gruntu) Symulacja/prognoza Weryfikacja Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 16. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Co obliczamy? Dane wejściowe do modeli obarczone są dużymi błędami i mają istotny wpływ na uzyskiwane rezultaty. Zwykle stosuje się modele będące kompromisem pomiędzy szczegółowym modelem procesu a mocą obliczeniową komputerów i dostępnymi danymi do modeli fizycznych o parametrach dyskretnie rozłożonych. Oczekujemy, że zadając parametry wejściowe do modeli, będziemy w stanie oszacować hydrogramy odpływu w dowolnych przekrojach na cieku. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 17. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 18. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 19. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 20. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] parowanie (transpiracja) [wilgotność powietrza, prędkość wiatru] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 21. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] parowanie (transpiracja) [wilgotność powietrza, prędkość wiatru] intercepcja [gatunki roślin, okres wegetacji] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 22. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] parowanie (transpiracja) [wilgotność powietrza, prędkość wiatru] intercepcja [gatunki roślin, okres wegetacji] spływ powierzchniowy [NMT, szorstkość pokrycia, przepuszczalność podłoża] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 23. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] parowanie (transpiracja) [wilgotność powietrza, prędkość wiatru] intercepcja [gatunki roślin, okres wegetacji] spływ powierzchniowy [NMT, szorstkość pokrycia, przepuszczalność podłoża] infiltracja [porowatość i wilgotność gleby] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 24. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] parowanie (transpiracja) [wilgotność powietrza, prędkość wiatru] intercepcja [gatunki roślin, okres wegetacji] spływ powierzchniowy [NMT, szorstkość pokrycia, przepuszczalność podłoża] infiltracja [porowatość i wilgotność gleby] transformacja hydrogramów w ciekach [stany wody, przekroje poprzeczne, krzywe konsumcyjne, sieć hydrograficzna] Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 25. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Które procesy najczęściej modelujemy? opad całkowity [pomiary punktowe, radary, satelity, topografia] opad efektywny [pokrycie terenu, rodzaj gleb] parowanie (transpiracja) [wilgotność powietrza, prędkość wiatru] intercepcja [gatunki roślin, okres wegetacji] spływ powierzchniowy [NMT, szorstkość pokrycia, przepuszczalność podłoża] infiltracja [porowatość i wilgotność gleby] transformacja hydrogramów w ciekach [stany wody, przekroje poprzeczne, krzywe konsumcyjne, sieć hydrograficzna] ... a gdzie modelowanie roztopów śniegu, lodu na rzekach, ...itd., itd. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 26. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Przykładowy model procesu elementarnego Model opadu efektywnego SCS (ang. Soil Conservation Service). Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 27. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Przykładowy model procesu elementarnego Model opadu efektywnego SCS (ang. Soil Conservation Service). Opad efektywny zależy od rodzaju gleb, sposobu użytkowania terenu oraz uwilgotnienia gleby w okresie poprzedzającym opad. Wszystkie przedstawione czynniki opisuje wyznaczany bezwymiarowy parametr CN (ang.Curve Number) reprezentujący maksymalną potencjalną retencję zlewni S o wartościach z zakresu 0-100. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 28. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wykorzystanie numerycznego modelu terenu Istnieje wiele algorytmów wykorzystujących NMT. Problem polega jednak na tym, że muszą one być powiązane z algorytmami wykorzystanymi później do modelowania np. spływu powierzchniowego. Do poprawnego hydrologicznie NMT niezbędne są też linie szkieletowe (m.in. przebieg wododziałów i przebieg cieków). Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 29. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Dostępne bezpośrednio z poziomu programu. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 30. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.topmodel fizyczny model opad-odpływ bazuje na wskaźniku topograficznym r.topidx wyznaczanym z NMT pierwotnie napisany w Fortranie Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 31. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.drain śledzi linie spływu dla zadanych punktów źródłowych, kończy na lokalnych minimach Roger S. Miller, 2001 Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 32. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.basins.fill generuje rastrową mapę zlewni cząstkowych na podstawie rastrowej mapy z segmentami cieków Dale White, Dept. of Geography, Pennsylvania State University Larry Band, Dept. of Geography, University of Toronto, Canada, 2009 Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 33. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.flow z rastrowego NMT tworzy wektorowe linie spływu raczej przydatny do modelowania erozji niż generowania sieci hydrograficznej Maros Zlocha, Jaroslav Hofierka, Comenius University, Bratislava, Slovakia, Joshua Caplan, Mark Ruesink, Helena Mitasova, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2008 Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 34. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.terraflow modelowanie spływu dla dużych rastrowych NMT zoptymalizowane pod kątem operacji zapis/odczyt SDF - Single Flow Direction [D8] MFD - Multiple Flow Direction The TerraFlow project, 1999, Duke University. Lars Arge, Jeff Chase, Pat Halpin, Laura Toma, Dean Urban, Jeff Vitter, Rajiv Wickremesinghe. Porting for GRASS, 2002: Lars Arge, Helena Mitasova, Laura Toma. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 35. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.water.outlet wyznacza zlewnię dla podanego przekroju zamykającego Charles Ehlschlaeger, U.S. Army Construction Engineering Research Laboratory Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 36. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.watershed rozbudowany program do tworzenia map akumulacji spływu powierzchniowego, kierunków drenowania, lokalizacji cieków i zlewni, zawiera model RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) Charles Ehlschaeger U.S. ACERL Markus Metz, 2003-2010 Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 37. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Modele dostępne jako dodatki (Add-on) Mają dostępne kody źródłowe na stronach projektu, ale wymagają doinstalowania. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 38. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne HydroFOSS Model HydroFOSS - Massimiliano Cannata 2006 o parametrach dyskretnie rozłożonych procesów fizycznych modułowy Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 39. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne r.stream.* Grupa modułów do wyznaczania parametrów Hortona. Jarosław Jasiewicz, UAM Poznań r.stream.distance Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 40. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne gipe Grass Image Processing Environment - Yann Chemin o parametrach dyskretnie rozłożonych procesów fizycznych modułowy zawiera m.in. model r.hydro.CASC2D Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 41. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne jGRASS JGrass – Hydrological Modeling in Java niazależne środowisko zbudowane na platformie uDig napisane w języku Java wspierane i rozwijane przez CUDAM, HydroGIS oraz Department of Environmental and Civil Engineering of the University of Trento wykorzystuje moduły GRASS Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 42. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Teoria a praktyka Najczęściej modelowanie hydrologiczne z wykorzysteniam GIS rozumiane jest jako pre-processing. Obejmuje np.: Przygotowanie map pokrycia terenu (roślinność, gleby, uwilgotnienie) w oparciu o zdjęcia lotnicze/satelitarne. Na tym polu GRASS udostepnia wiele narzędzi. Przetworzenie numerycznego modelu terenu dla potrzeb modelowania hydrologicznego i hydraulicznego Wyznaczenie zlewni elementarnych do obliczenie parametrów skupionych Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 43. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne Wnioski Większość ”modeli hydrologicznych”dotyczy wyłącznie preprocessingu Spośród opisujących poszczególne procesy elementarne, większość ogranicza się do jednego procesu. Modele hydrologiczne tworzone są w sposób nieskoordynowany i mają dość krótkie okresy życia. W tej chwili praktycznie brak rozwijanego, kompleksowego modelu hydrologicznego w ramach projektu GRASS. Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym
- 44. Modelowanie hydrologiczne Modele dostępne w GRASS 6.4 Modele dostępne jako dodatki Wykorzystanie praktyczne robert@szczepanek.pl Robert Szczepanek Politechnika Krakowska, OSGeo Polska Wykorzystanie GRASS w modelowaniu hydrologicznym