CC BY
61ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАССЕЙНА РЕКИ ЖАЙЫК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНСТРУМЕНТОВ ПРОГРАММЫ
ARCGIS 10.1
PhD доктор, доцент Рамазанова Н. Е.
Магистранты: Ахмет А. C.
Токсанбаева С. Т.
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Abstract. One of the most rapidly developing and promising areas in the information systems of different directions and technologies that are user-friendly interface and the ability to store, use and create a huge amount of information in a modern and rapidly developing world, are geographic information systems. Geographic information systems are used in almost every field of employment rights, as this program is applicable and in geography. Application of GIS technology effectively in all areas, which is carried out accounting and control of the territory and objects on it. That is why the use of GIS in research programs is relevant.
To determine the physical and geographical description of the river basin need to know the river basin itself, its map data, especially the river network, its source and mouth, the direction of flow, watershed, etc. Therefore, various methods are used to determine the basin. One method - the definition of River Basin based on a digital terrain model by means of tools 3D Analyst, conversion and Spatial Analyst Tools ArcGis program, which is the most accurate to determine the basin, as they use digital elevation models (satellite imagery).
For this purpose, the article was written, which shows the gradual progress determination Zhaiyk basin using tools ArcGis program features tools 3D Analyst, conversion and Spatial Analyst Tools. The basin has an important geographical importance for scientific research, because it is the object of the research thesis.
An algorithm for determining the river based on DEM pool resources tools 3D Analyst, conversion and Spatial Analyst Tools ArcGis software. We demonstrate the possibility of using geographic information systems technology to determine Zhaiyk basin with in Kazakhstan. To determine Zhaiyk Basin uses digital elevation models - DEM files, and used methods of determining the basin on the basis of the digital elevation model by means of tools 3D Analyst, conversion and Spatial Analyst Tools ArcGis program.
Keywords: Digital elevation model, Spatial Analyst Tools, Fill, Flow Direction, Flow Accumulation, Raster Calculator, Stream Order, Interpolate Shape, Watershed.
Введение. В гидрологических, географических и экологических исследованиях очень часто используется операция по разделению территории на бассейны рек, так как речные бассейны могут выступать самостоятельно как основные территориальные единицы при районировании территории, оценке каких-либо факторов и процессов.
Применение бассейнового подхода географически и экологически обосновано. Бассейн - это природная и нередко природно-хозяйственная система, экосистема в природных, естественных границах [1]. Речной бассейн - это часть суши, с которой поверхностные и грунтовые воды поступают в русло реки [2]. Для определения физико-географических описаний бассейна реки необходимо знать сам бассейн реки, его картографические данные, особенности речной сети, его исток и устье, направление течения, водораздел и т.д.
Поэтому для определения бассейна реки используют различные методы. Один из методов - это определение бассейна реки на базе цифровой модели рельефа средствами инструментов 3D Analyst, конвертация и Spatial Analyst Tools программы ArcGis 10.1, являющийся наиболее точным для определения бассейна реки, так как используют цифровые модели рельефа (космоснимки).
Цифровые модели рельефа (ЦМР) на сегодняшний день являются современными
цифровыми снимками из космоса с изображением любой территории мира. С помощью программы ArcGis 10.1 можно определить любой объект на определенной территории.
Цифровая модель рельефа - цифровое картографическое представление земной поверхности как в виде регулярной сетки высот (DEM) так и в виде нерегулярной сетки треугольников (TIN). ЦМР - это наиболее распространенные цифровые данные формы поверхности Земли. Точность этих данных определяется в первую очередь разрешением (расстояние между точками образца). Факторы, влияющие на точность этих данных - это тип данных (целочисленные или с плавающей точкой) и фактической выборкой поверхности при создании оригинальной ЦМР [З].
Материалы и методы исследования. При определении бассейна реки Жайык используются цифровые модели рельефа (DEM), метод определения бассейна реки на базе цифровой модели рельефа средствами инструментов 3D Analyst, конвертация и Spatial Analyst Tools программы ArcGis 10.1.
Решение задачи. Для начала работы с инструментами Spatial Analyst Tools программы ArcGis 10.1 загружаем цифровую модель рельефа (DEM).
Для дальнейшей работы с DEM файлами следует использовать инструменты группы 3D Analyst, конвертация и Spatial Analyst «Гидрология» (Hydrology). Они используются для моделирования потока воды по поверхности. Алгебра карт (Map Algebra) - это способ выполнения пространственного анализа путем создания выражений на алгебраическом языке. С помощью инструмента Калькулятор растра (Raster Calculator) можно легко создать и запустить выражения алгебры карт, которые выдают набор растровых данных [4].
Инструменты из группы «Гидрология» могут применяться по отдельности и использоваться последовательно для построения сети водотоков или выделения водоразделов.
Объектом исследования является река Жайык в пределах Западно-Казахстанской области. С помощью инструментов 3D Analyst, Spаtial Analyst и конвертации определяют бассейн реки Жайык.
Для определения бассейна выполняют следующие операции, такие как заполнение (Fill), направление стока (Flow Direction), вычисляют суммарный сток (Flow Accumulation), растр калькулятор (Raster Calculator), порядок водотока (Stream Order), интерполируют форму (Interpolate Shape), определяют водораздел (Watershed) и в результате получают бассейн реки [5].
Операция «Заполнение» выполняет локальные понижения в растре поверхности для удаления всех небольших ошибок и неточностей, присущих данным. Локальное понижение -это ячейка с неопределенным направлением стока; вокруг нее не существует ячеек меньшей, чем у этой ячейки, высотой. Точка устья - это пограничная ячейка с наименьшей высотой для водосборной области локального понижения. Если бы локальные понижения были заполнены водой, в этих точках вода «утекала бы» с поверхности. Ограничение z задает максимальное допустимое различие между глубиной понижения и точкой устья и определяет, какие понижения заполнятся, а какие нет [6]. Ограничение по z не является значением максимальной глубины, до которой будет заполнено локальное понижение.
Далее выполняют операцию «Направление стока», входной растровой поверхности выбирают полученный файл «Заполнение». В итоге, получается созданный растр направления стока. Из каждой ячейки лежащей соседней ячейки вниз по склону наибольшей крутизны получают направление стока.
Суммарный сток (Flow Accumulation) - создает растр потока накопления в каждую ячейку. Можно дополнительно применить фактор веса в зависимости от задачи хода работы. Выполнив операцию суммарный сток, получают следующую карту. Входным растром направления стока, как говорит самоназвание, является «Направление стока».
Следующее действие «Калькулятор растра» - этот инструмент строит и выполняет выражение Алгебры карт с использованием синтаксиса Python в интерфейсе, подобно калькулятору. Выбирают условия и слой, вычисляют, нажав ОК. Con ("FlowAcc" > 1000,1).
Следующая операция «Порядок водотока» (Stream Order). Операция присваивает число, определяющее порядок, сегментам растра, представляющим сегменты линейной сети. Выбирают входным растром водоток «Калькулятор растра» и направление стока «Направление стока», далее с помощью действия маркер отмечаем присвоенное число.
Следующее действие конвертировать графику в объекты - далее инструменты 3D
40 № 5(9), Vol.2, May 2016
WORLD SCIENCE
Analyst - функциональная поверхность - интерполировать форму. Заполняют входную поверхность и входной класс пространственных объектов. Интерполировать форму - это создание 3D объектов посредством интерполяции z-значений с поверхности.
Далее делают последнюю операцию Водораздел (Watershed). Водораздел определяет водосборную область, расположенную выше набора ячеек растра. Входной растр направления стока «Направление стока», входные растровые или векторные данные точек устьем действие «интерполировать форму».
В результате определили бассейн реки Жайык в пределах Западно- Казахстанской области (рис. 1)
Рис. 1. Водосборная площадь реки Жайык в пределах Западно - Казахстанской области
Заключение. Таким образом, с помощью представленных инструментов 3D Analyst, конвертация и Spatial Analyst Tools программы ArcGis 10.1 определили водосборную площадь реки Жайык в пределах Западно- Казахстанской области.
ЛИТЕРАТУРА
1. Павлова А.Н. Геоинформационное моделирование речного бассейна по данным спутниковой съемки SRTM (на примере бассейна р.Терешки). //Известия Саратовского государственного университета. - 2009. - Т.9. - С. 39-44.
2. Симонов Ю.Г., Симонова Т.Ю. Речной бассейн и бассейная организация географической оболочки./ Симонов Ю.Г., Симонова Т.Ю.//Эрозия почв и русловые процессы. - Вып. 14. - 2004. - 201 с., ил.
3. В. Г. Калинин, С. В. Пьянков «Применение геоинформационных технологий в гидрологических исследованиях», Пермь - 2010, 6 стр.;
4. Самардак А.С. Геоинформационные системы: Учебное пособие // Владивосток: ТИДОТ ДВГУ 2005, 17 стр.;
5. Крючков А.Н., Самодумкин С.А., Степанова М.Д., Гулякина Н.А. Под науч. ред. В.В. Голенкова Интеллектуальные технологии в геоинформационных системах: Учеб. пособие, с изм. — Мн.: БГУИР, 2006
6. Руководство по ГИС-анализу (пространственные модели и взаимосвязи). — М.: Есомм, 2006. - 179 с.
