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Suppression de cellules déconnectées dans un raster de réseau de flux à l'aide d'ArcGIS


J'ai un raster de réseau de flux prédit avec des valeurs de cellules 0 (pas un flux) et 1 (est un flux). Mon objectif final est de créer un réseau de polylignes connectées, mais malheureusement, il y a des zones déconnectées que nous voulons inclure dans le fichier final, et d'autres non - nous avons décidé de nous débarrasser de tous les segments déconnectés du plus grand réseau de plus de 2 cellules.

Par conséquent, je souhaite uniquement conserver les cellules avec la valeur 1 qui sont soit 1. connectées au plus grand réseau, soit 2. à moins de 2 cellules (~ 40 pieds) de ce réseau principal. Les zones entourées en vert ci-dessous sont ce que nous espérons conserver, tout en supprimant les zones entourées en rouge.

J'ai essayé d'utiliser Spatial Analyst -> Region Group puis la reclassification (en utilisant une coupure de nombre = 7) pour supprimer les "orhpans" comme nous les appelons, mais cela supprime également certaines zones qui ne devraient pas être coupées, comme un segment qui est court mais seulement déconnecté par 1 ou 2 cellules. Voir l'image ci-dessous - les zones en rouge doivent être conservées mais ne le sont pas.

Je comprends pourquoi utiliser la coupure de 7 ne fonctionnerait pas nécessairement, car cela couperait de petits segments déconnectés par 1 ou 2 cellules. Je ne sais pas quelle approche JE DEVRAIS utiliser, cependant.


En remarque, les problèmes topologiques sont mieux résolus avec le vecteur, mais dans ce cas, il existe une solution basée sur le raster. Par exemple, vous convertissez en lignes "raster en lignes), puis vous utilisez "prolonger la ligne" avec une tolérance

utilisez "expand" d'un pixel pour créer un tampon autour de toutes vos lignes. Ensuite, vous pouvez faire votre groupe de régions et supprimer de petites parties (par exemple, reclasser avec un seuil = 20, rappelez-vous que vous avez des "tampons") pour les groupes isolés. Enfin, en supposant que les rivières sont à 1 et que le fond est à zéro, vous multipliez l'original avec le tampon nettoyé (ou utilisez un conditionnel). Alternativement, vous pouvez utiliser "Thin" comme dernière étape, ce qui peut légèrement modifier vos lignes mais conserve la connectivité des segments à proximité.


Présentation de la boîte à outils Spatial Analyst

L'extension ArcGIS Spatial Analyst fournit un ensemble complet d'outils d'analyse spatiale et de modélisation pour les données raster (à base de cellules) et d'entités (vecteur).

Les capacités de Spatial Analyst sont divisées en catégories ou groupes de fonctionnalités associées. Connaître les catégories vous aidera à identifier l'outil particulier à utiliser. Le tableau à la fin de cette section répertorie tous les jeux d'outils disponibles avec une description des capacités offertes par les outils dans chacun.

Il existe plusieurs manières d'accéder à la fonctionnalité Spatial Analyst. Avec le géotraitement, les opérations dans la boîte à outils Spatial Analyst peuvent être effectuées via une boîte de dialogue Outil, Python (soit dans une interface de ligne de commande interactive ou avec un script) ou un modèle. Les opérations et workflows traditionnels utilisant Map Algebra peuvent également être effectués dans l'environnement Python. Une calculatrice raster est également disponible pour saisir des expressions d'algèbre cartographique simples qui génèrent un raster en sortie.


Préparation de MNE à utiliser dans l'analyse de modélisation environnementale

Les modèles numériques d'élévation sont utilisés de plus en plus fréquemment dans la poursuite d'approches basées sur les bassins versants pour les études et les évaluations des ressources en eau. La précision de la réplication numérique des réseaux de cours d'eau récepteurs et des limites des bassins versants est de la plus haute importance, en particulier dans les cas où les modèles mathématiques peuvent être liés à la sortie dérivée du MNA. Selon l'échelle cartographique du MNT utilisé, certaines caractéristiques hydrologiques d'un bassin versant peuvent devenir obscurcies ou simplifiées au cours du processus de délimitation numérique. L'intégration d'une couche d'hydrographie vectorielle dans le MNT avant la délimitation des bassins versants est une méthode qui peut corriger cette perte de détails. Cette méthode est communément appelée « brûlage en ruisseau » et plusieurs de ces techniques sont présentées et discutées.

Table des matières

L'utilisation de modèles numériques d'élévation (MNE) à des fins de délimitation automatisée des bassins versants et des cours d'eau a considérablement augmenté ces dernières années. Avec l'avènement des algorithmes logiciels pour un traitement rapide et efficace, les approches automatisées remplacent rapidement les méthodes manuelles traditionnelles de délimitation des bassins versants. Les avantages de l'utilisation de ces approches automatisées incluent la fiabilité et la reproductibilité des processus, les économies de temps et de travail et les résultats qui, dans le contexte d'un domaine numérique, peuvent facilement être liés à d'autres ensembles de données significatifs compilés pour la région à l'étude.

En tant qu'agence environnementale principale au Texas, la Texas Natural Resource Conservation Commission (TNRCC) est chargée de superviser et de mettre en œuvre divers programmes de ressources en eau, notamment le programme de charge quotidienne maximale totale (TMDL), le projet de modélisation de la disponibilité de l'eau (WAM) et le programme d'évaluation et de protection des sources d'eau (SWAP) (TNRCC, 1998). Ces programmes comportent d'importants éléments de modélisation qui reposent sur des représentations géospatiales précises des systèmes évalués. Par exemple, chaque programme nécessite l'identification précise des zones de drainage pour littéralement des milliers d'emplacements ponctuels qui représentent les points de terminaison du segment de la qualité de l'eau, les stations de surveillance de la qualité des eaux de surface, les rejets d'eaux usées, les débitmètres USGS, les dérivations des droits d'eau et les prises/sorties d'eau potable de surface. Compte tenu du volume de travail requis pour ces projets, des méthodologies automatisées pour la détermination rapide et précise des zones de drainage sont souhaitables.

Le module Arc/Info Grid et l'extension ArcView Spatial Analyst sont deux utilitaires logiciels qui permettent la délimitation automatisée des bassins versants à partir des données DEM, grâce à l'application des algorithmes de remplissage , de direction de flux , d'accumulation de flux et de bassin versant. Des recherches (Saunders et Maidment, 1995 Mizgalewicz et Maidment, 1996) ont montré, cependant, que l'utilisation d'ensembles de données raster pour la délimitation des bassins versants et des cours d'eau peut produire des réseaux de cours d'eau qui sont incompatibles avec les représentations vectorielles généralement acceptées, telles que celles décrites sur l'USGS 7.5. -des cartes quadrangulaires en minutes, les fichiers River Reach de l'EPA ou les graphiques linéaires numériques (DLG) de l'USGS. Ces incohérences sont dues aux problèmes d'échelle de la carte et au manque de résolution verticale adéquate du DEM dans les zones de faible relief.

Une méthode qui peut aider à résoudre le problème de la réplication numérique du réseau fluvial implique l'intégration d'une couche de données hydrographiques vectorielles dans le MNT avant la délimitation des bassins versants. Ce processus est communément appelé "gravure de flux" et peut être efficace dans la reproduction numérique d'un réseau de flux connu et généralement accepté. Le procédé n'est cependant pas sans inconvénients, car la couche d'hydrographie vectorielle choisie pour l'intégration doit être à une échelle similaire à celle du DEM et doit subir un pré-traitement approfondi avant le "burn-in". D'autres lacunes du processus ont également été notées, telles que l'introduction erronée de ruisseaux parallèles artificiels dans le réseau de drainage (Hellweger, 1997) et la distorsion des limites des bassins versants délimitées à partir du MNT brûlé (Saunders et Maidment, 1996).

Cet article étudie diverses techniques de manipulation DEM qui impliquent l'intégration d'une couche d'hydrographie vectorielle. Les techniques examinées représentent en grande partie les expériences de l'auteur. Les avantages et les inconvénients de chacune des techniques sont discutés. Les bassins versants Armand Bayou et Dickinson Bayou, qui sont de petits bassins versants côtiers à proximité de la baie de Galveston (figure 1), sont utilisés pour cette analyse. Ces bassins versants représentent les aires de drainage naturelles vers les segments de cours d'eau de qualité de l'eau qui figurent sur la liste de l'article 303(d) de la loi sur l'eau propre de 1999 de l'État du Texas (TNRCC, 1999).

Le concept d'utilisation des données DEM pour dériver une représentation de l'hydrographie de surface a été encouragé avec le développement de l'algorithme Deterministic-8 Node (D8) (O'Callaghan et Mark, 1984). L'algorithme D8 stipule que, pour une représentation matricielle (grille) de la topographie, le flux se déplace de chaque nœud (cellule) vers un et un seul de ses huit voisins orthogonaux ou diagonaux les plus proches, et se fait dans le sens de la descente la plus raide. Marques, et al. (1984) ont utilisé ce concept pour créer un algorithme itératif pour déterminer une grille d'accumulation de flux à partir d'un MNT. Cependant, le nombre d'itérations effectuées dans cette procédure était proportionnel au nombre de cellules de grille dans le chemin d'écoulement le plus long, et l'algorithme était prohibitif en termes de calcul pour les grands DEM.

Figure 1 - Les bassins versants Armand Bayou (nord) et Dickinson Bayou dans le sud-est du Texas

Jenson et Domingue (1988) ont introduit le concept d'application du drainage avec un programme automatisé de délimitation des bassins qui reconnaissait l'existence de faux puits dans le MNT. Ce programme a permis d'éliminer les puits en (a) augmentant l'élévation du point de chute à celle de son voisin le plus bas ou (b) en abaissant l'élévation du point de selle le plus bas entourant le puits. En pré-traitant le DEM de cette manière, un réseau d'accumulation de flux entièrement dendritique a été établi pour toutes les cellules de la grille du DEM. Ce concept a été implémenté dans le module Arc/Info Grid et l'extension ArcView Spatial Analyst dans le cadre de l'algorithme de remplissage.

Le concept d'application du drainage, tel que discuté par Jenson et Domingue, a depuis été largement appliqué, avec des résultats mitigés, pour une variété de délimitations de bassins versants et de réseaux de cours d'eau. Saunders et Maidment (1995) ont utilisé un MNE à 3 arcs (échelle 1:250 000) pour délimiter le bassin côtier de San Antonio-Nueces dans le sud du Texas. Cette analyse a montré que, dans la partie topographiquement diversifiée du bassin loin de la côte, il y avait un accord étroit entre le réseau de cours d'eau délimité et les zones de drainage avec le réseau de cours d'eau DLG à l'échelle 1/100 000 généralement accepté de l'USGS et les unités de catalogage hydrologique de l'USGS. Cependant, dans les parties côtières du bassin, où les pentes étaient généralement plates, les chemins de drainage étaient déformés et avaient tendance à « court-circuiter » les emplacements réels connus des cours d'eau et des affluents, suivant plutôt les chemins DEM de moindre résistance gravitationnelle (Figure 2).

Intégration de l'hydrographie vectorielle (Stream Burning)

La notion d'application du drainage dans les DEM a évolué au cours des années depuis Jenson et Domingue (1988). Poussant l'idée un peu plus loin, Hutchinson (1989) a discuté de l'incorporation de données sur les lignes de courant dans le DEM pour forcer l'écoulement à travers les cellules de la grille correspondant au réseau de lignes de courant. Le processus a modifié les valeurs d'élévation des points de nœud de grille le long des lignes de cours d'eau, contraignant les élévations des points de lignes de cours d'eau provisoires pour maintenir une descente uniforme locale. Le processus a également assuré que les lignes de cours d'eau délimitées résultantes étaient situées au fond des vallées qui les accompagnent.

Figure 2 - Cours d'eau délimités numériquement (bleu) dans l'est du bassin côtier de San Antonio-Nueces, superposés sur le graphique linéaire numérique USGS à l'échelle 1:100 000 (Saunders et Maidment, 1995)

Pour corriger les problèmes rencontrés précédemment dans le bassin côtier de San Antonio-Nueces, Saunders et Maidment (1996) ont intégré une version modifiée du réseau de cours d'eau DLG à l'échelle 1:100 000 de l'USGS dans le DEM à l'échelle 1:250 000 avant la délimitation du bassin versant. Ce processus a converti le réseau de flux édité en une grille composée de chaînes à cellule unique, a attribué aux cellules DEM correspondantes une valeur de zéro, puis a ajouté une valeur fixe (cinq mètres) à toutes les cellules hors flux du DEM. La figure 3 montre l'amélioration résultante de la précision de la délimitation numérique des cours d'eau pour le bassin côtier de San Antonio-Nueces.

Dans le cadre d'une étude sur la modélisation SIG du transport agrochimique, Mizgalewicz et Maidment (1996) ont rendu compte d'un processus d'ajustement du DEM. L'ajustement impliquait l'intégration de la couche hydrographique du River Reach File 1 (RF1) à l'échelle 1:500 000 dans un DEM à petite échelle (taille de maille de 500 mètres) des bassins du haut Mississippi-Missouri et de l'Ohio. Ce processus d'intégration a augmenté toutes les cellules DEM hors flux d'une valeur arbitraire, mais a conservé les valeurs d'élévation de DEM d'origine pour les cellules en cours d'eau. L'algorithme de remplissage Arc/Info Grid, exécuté sur le MNT ajusté, a également permis de lisser les dépressions d'élévation dans le cours d'eau résultantes. Le processus de brûlage des cours d'eau était important pour cette étude afin que les estimations de la longueur du débit (et les temps de déplacement des produits chimiques) ne soient pas sous-estimées.

Olivera (1996) et Strager et al. (1998) fournissent également des exemples de la technique de brûlage des cours d'eau employée par Mizgalewicz et Maidment. DiLuzio (1999) utilise actuellement le processus pour tous les bassins fluviaux et côtiers du Texas grâce à une intégration de la couche River Reach File 3 (RF3) de l'EPA dans un MNE à 1 arc de seconde.

Figure 3 - Flux numériques créés à partir d'un processus d'intégration hydrographique (bleu) par rapport au graphique linéaire numérique à l'échelle 1/100 000 de l'USGS (rouge) (Saunders et Maidment, 1996)

Certaines limitations des méthodes de brûlage des cours d'eau ci-dessus ont été notées. Saunders et Maidment (1996) ont observé des distorsions dans les limites des bassins versants pour les zones de drainage délimitées par des grilles de direction d'écoulement améliorées par l'hydrographie (figure 4). Reed (1999) a rapporté des résultats similaires et a observé que l'étendue du processus de brûlage du cours d'eau (c. Hellweger (1997) a noté que les processus de brûlage des cours d'eau ont tendance à introduire des cours d'eau parallèles dans le paysage numérique dans les zones où l'hydrographie diffère du chemin d'écoulement original délimité par le DEM de plus d'une cellule de grille. Afin de remédier à certaines de ces anomalies, diverses méthodologies d'ajustement du DEM ont été récemment étudiées.

Hutchinson (1996) a décrit un processus d'interpolation adaptative pour lisser les erreurs de discrétisation entre des cellules de grille DEM adjacentes grâce à un rééchantillonnage itératif du DEM. Cette approche a été intégrée dans le progiciel de l'Australian National University DEM (ANUDEM) (Hutchinson, 1998), qui utilise également des données de courbes de niveau et de lignes de courant pour interpoler une surface de paysage raster lisse à partir d'un ensemble de données de points de données d'altitude irrégulièrement espacés.

Garbrecht et Martz (1997) ont créé le progiciel TOpographic PARameteriZation (TOPAZ) pour effectuer des analyses automatisées de la topographie numérique du paysage. Bien qu'il ne prévoie pas explicitement l'intégration de l'hydrographie vectorielle dans le MNT, TOPAZ utilise une méthode de prétraitement du MNT pour la délimitation des bassins versants en remplissant les fosses et les dépressions ou en abaissant les élévations des cellules qui obstruent les voies d'écoulement. TOPAZ élimine également les zones plates du MNT en imposant un relief basé sur la topographie du terrain environnant.

Figure 4 - Distorsions des limites du bassin versant (entourées) résultant d'un algorithme de brûlage de cours d'eau appliqué au bassin côtier de San Antonio-Nueces (Saunders et Maidment, 1996)

Dans un effort pour résoudre le problème des cours d'eau parallèles erronés introduits par le brûlage des cours d'eau, Hellweger (1997) a créé un système alternatif de reconditionnement de surface DEM appelé AGREE. AGREE note les emplacements des cellules de flux DEM qui correspondent à une couche d'hydrographie vectorielle choisie et lisse les élévations dans une distance tampon spécifiée par l'utilisateur de la couche vectorielle. L'étendue du lissage d'altitude dans la zone tampon est également déterminée par un facteur de forçage spécifié par l'utilisateur. Une fois le lissage de la zone tampon effectué, la zone tampon est abaissée d'une quantité fixe dans le paysage. AGREE prévoit également le reconditionnement de l'élévation des limites des bassins versants d'un MNT grâce à l'intégration d'une couche de ligne de crête vectorielle. Le système de reconditionnement de surface AGREE a été appliqué par Quenzer et Maidment (1998) pour déterminer les réseaux de cours d'eau numériques et les zones de drainage dans le système de la baie de Corpus Christi.

Plus récemment, Reed (1999) a signalé que, pour les processus d'intégration hydrographique, un plus petit différentiel d'élévation entre les cellules de cours d'eau et les cellules de surface terrestre entraîne une attribution plus sensible des valeurs de direction d'écoulement dans les zones plates. Conformément à cette observation, une procédure a été développée qui introduit un petit gradient d'élévation dans les zones plates vers les cellules de la grille avec une direction d'écoulement connue. Ce processus remplace les valeurs d'altitude entières dans les zones plates par des valeurs à virgule flottante qui diminuent progressivement vers les cellules de grille en cours d'eau définies du réseau de direction d'écoulement.

Conventions de gravure de flux

Le processus d'intégration de l'hydrographie vectorielle dans une couche d'altitude raster (brûlage de cours d'eau) peut être résumé en quatre étapes générales : (1) la rastérisation d'un réseau de cours d'eau numérisé (vecteur), (2) l'attribution de valeurs d'altitude DEM aux cellules de grille du réseau de cours d'eau raster, (3) manipulation des cellules raster du réseau de cours d'eau pour garantir que les altitudes progressent de manière descendante vers le(s) point(s) de sortie, et (4) introduction d'un différentiel d'altitude fixe entre les cellules raster du réseau de cours d'eau et la terre cellules raster de surface. La gravure de flux favorise la réplication numérique de réseaux de flux connus grâce aux fonctions automatisées de direction du flux et d'accumulation de flux. Ceci est important pour assurer la coïncidence du réseau de cours d'eau avec les données de localisation ponctuelles, telles que les jauges de cours d'eau, les emplacements de décharge et les stations d'échantillonnage, qui peuvent avoir été localisées à l'aide des techniques du système de positionnement global (GPS). La réalisation d'un réseau de cours d'eau précis est également importante à des fins de modélisation de la qualité de l'eau, par exemple, pour garantir que les paramètres de décroissance cinétique des polluants sont appliqués pour la longueur et la période de cours appropriées.

Les processus d'intégration de l'hydrographie vectorielle peuvent facilement être mal appliqués. Toutes les couches de données vectorielles et matricielles n'ont pas des échelles cartographiques suffisamment compatibles pour le processus d'intégration et le processus de préparation d'une couche hydrographique pour l'intégration est fastidieux et semé d'embûches. Cependant, une méthodologie de brûlage de cours d'eau peut produire des résultats précis sur les bassins versants si quelques règles de base, mais importantes, sont respectées :

Échelle de la carte - Une couche de données vectorielles ne doit jamais être gravée dans une couche de données raster de résolution plus grossière. La figure 5 illustre les problèmes de combustion des flux dans un MNT lorsque les deux couches ne sont pas d'échelle similaire. Dans la figure 5a, une représentation d'une couche d'hydrographie à échelle fine (par exemple 1:100 000 DLG) est superposée sur deux grilles conceptuelles, une grossière et une fine (par exemple une seconde à 3 arcs (

90 mètres) DEM et 1 seconde d'arc (

30 mètres) DEM). La rastérisation de la couche hydrographique, pour chaque cas, est représentée sur la figure 5b. Notez que toute cellule de grille à travers laquelle passe une partie de la couche hydrographique est convertie en cellule de flux raster. La figure 5c montre les résultats d'un processus d'amincissement du flux, qui est effectué pour réduire le réseau d'écoulement à des chaînes de cellules individuelles. En superposant l'hydrographie d'origine sur les cellules du cours d'eau sur la figure 5c, on peut voir que l'intégration de la couche vectorielle à petite échelle dans le MNA à grande échelle entraîne une simplification excessive du réseau de cours d'eau.Notez qu'un affluent d'origine est complètement omis du réseau grossier et que toute donnée de localisation ponctuelle qui peut être géoréférencée à cet affluent ne tomberait pas sur une cellule du réseau grossier.

Figure 5 - Brûler des flux dans des DEM de différentes échelles (TNRCC, 1998)

Pré-traitement d'hydrographie vectorielle - Avant l'intégration dans une couche de données raster, un réseau de flux vectoriel (par exemple EPA RF3 ou USGS DLG) doit être édité pour créer une couche entièrement dendritique, c'est-à-dire une couche qui représente le réseau de drainage avec une ensemble connecté de lignes simples. Afin de réaliser cette couche entièrement dendritique, les étapes suivantes doivent être suivies :

(1) Tous les lacs hors cours d'eau (polygones fermés) doivent être supprimés. Les arcs d'une couche hydrographique qui représentent les lacs représentent en fait les rives des lacs. Si ces entités devaient être brûlées dans le paysage raster, le résultat serait un certain nombre de tranchées circulaires qui serviraient de puits locaux. L'exécution de la commande fill résoudrait ce problème, mais au prix d'un temps de traitement supplémentaire pour les puits supplémentaires.

(2) Les lacs dans les cours d'eau doivent être remplacés par des arcs qui autrement couperaient le lac en deux. Pour les grands lacs à bras/branches multiples, une voie de transport dendritique de remplacement doit être identifiée ou créée. Ces chemins de transport ont été créés pour l'ensemble de données hydrographiques nationales (NHD) en tant que « lignes centrales » (Dewald et Roth, 1998).

(3) Toutes les côtes doivent être supprimées. Les seuls arcs restants dans la couche hydrographique devraient représenter les chemins de drainage vers l'(les) exutoire(s) éventuel(s) du bassin versant.

(4) Tous les cours d'eau de la couche hydrographique qui sont suffisamment grands pour être représentés par une rive gauche et droite doivent être remplacés par un seul arc au centre du cours d'eau. Ceci est cohérent avec le concept de s'assurer que tous les chemins de drainage sont représentés par une seule ligne.

(5) Aucune bifurcation (fils tressés) n'est autorisée. Pour les cours d'eau où le tressage se produit naturellement et est représenté dans la couche hydrographique, un chemin de drainage primaire doit être choisi et tous les autres chemins doivent être séparés du réseau. Cela ne signifie pas que les chemins de drainage "secondaires" doivent être supprimés de la couche. Alternativement (et de préférence), les chemins secondaires peuvent être déconnectés au niveau du nœud où la bifurcation se produit. (Remarque : lorsque les bifurcations sont brûlées dans un MNT, un chemin de drainage principal est défini par l'algorithme de direction d'écoulement, qui utilise le modèle D8. Ces chemins de drainage déterminés par D8 peuvent différer des chemins primaires connus. chemins d'écoulement va à l'encontre de l'objectif du brûlage des cours d'eau.)

(6) La ou les tiges principales du ou des chemins de drainage doivent s'étendre jusqu'au bord du MNT correspondant. Dans certains cas (par exemple, les bassins versants côtiers s'écoulant vers une baie), cela peut impliquer l'extension des chemins de drainage des embouchures des rivières vers les eaux libres. Pour les délimitations des bassins versants non côtiers, ce ne sera probablement pas un problème.

(7) Aucun arc parasite (c'est-à-dire des entités linéaires qui ne sont pas connectées aux réseaux de cours d'eau) ne doit rester dans la couche finale. Les cours d'eau « en voie de disparition » qui sont représentés dans la couche hydrographique d'origine devraient être soit éliminés, soit connectés au réseau dendritique.

(8) Les caractéristiques hydrographiques les plus proches des bassins hydrographiques adjacents (c. Cela fournira en fin de compte un « équilibre » de la combustion des cours d'eau près des limites des bassins hydrographiques délimités et contribuera à atténuer la distorsion des limites des bassins hydrographiques. Les étapes de prétraitement 1 à 7 s'appliquent également aux caractéristiques hydrographiques des bassins versants adjacents.

La figure 6 montre les résultats de l'application des étapes de prétraitement ci-dessus à la couche hydrographique d'Armand Bayou. À des fins de comparaison, la couche éditée est superposée au DLG d'origine USGS à l'échelle 1:100 000.

Figure 6 - Une couche DLG modifiée à l'échelle 1:100 000 USGS (rouge), préparée pour l'intégration dans un DEM raster, et superposée à la couche DLG d'origine (bleu).

Méthodes d'intégration de l'hydrographie employées

Quatre algorithmes d'intégration hydrographique différents ont été appliqués pour la délimitation du réseau de cours d'eau et de la zone de drainage des bassins versants Armand et Dickinson Bayou. Une délimitation de la ligne de base sans intégration hydrographique a également été réalisée. Chaque algorithme a été programmé dans le langage Arc Macro (AML) et exécuté avec le module Arc/Info 7.2.1 GRID sur une station de travail Sun Sparc20 UNIX.

Trois des quatre algorithmes d'intégration d'hydrographie peuvent être appelés algorithmes de « brûlage de cours d'eau ». Le quatrième, Agree.aml, est plus précisément décrit comme un algorithme de reconditionnement de surface. Les trois programmes de brûlage de cours d'eau ont une structure commune : (1) convertir la couche d'hydrographie prétraitée en une représentation en grille du réseau de cours d'eau, (2) effectuer un processus d'amincissement sur la grille pour réduire les chemins d'écoulement à une seule largeur de cellule, (3) mettre en œuvre une méthode de gravure des cellules de la grille du cours d'eau dans le paysage, (4) exécuter une commande de remplissage pour s'assurer qu'aucune dépression d'élévation ne se produit, et (5) exécuter les commandes de direction d'écoulement et d'accumulation de flux. Ce qui suit est une brève description de la technique d'intégration de l'hydrographie utilisée dans chacun des programmes AML :

Fillburn.aml - Cet algorithme de gravure de cours d'eau attribue à toutes les cellules de la grille de cours d'eau les valeurs d'altitude du DEM d'origine tout en attribuant à toutes les cellules hors cours les valeurs du DEM plus une valeur de décalage de 1000 mètres. Une fois la commande de remplissage exécutée, la grille brûlée par le flux est soustraite algébriquement de la grille remplie et la plus grande valeur dans la grille de différence résultante est enregistrée. Une fois cette valeur récupérée, le décalage de 1 000 mètres est soustrait des valeurs hors cours d'eau, tandis que les cellules de la grille du cours d'eau sont réduites de la valeur maximale de la grille de différence, incrémentée de un. Ce processus garantit que la valeur de décalage de brûlage du cours d'eau n'est qu'une unité plus profonde que la hauteur de remplissage maximale.

Expocurv.aml - L'algorithme Expocurv.aml remplace les valeurs d'élévation des cellules de la grille du cours d'eau dans chaque tronçon de cours d'eau individuel par des valeurs ajustées à une courbe exponentielle entre l'élévation la plus élevée dans le tronçon et l'élévation la plus basse dans le tronçon. Un traitement supplémentaire est également effectué pour tenir compte des tronçons courts sans changement d'altitude et pour s'assurer que les valeurs d'altitude les plus élevées et les plus basses dans le tronçon se produisent respectivement dans les cellules les plus en amont et les plus en aval du tronçon.

Cependant, la procédure Expocurv.aml nécessite toujours une valeur de décalage de gravure de flux. Ce décalage est déterminé en comparant d'abord les valeurs d'altitude ajustées de manière exponentielle avec les valeurs d'altitude les plus basses dans un voisinage de 3x3 cellules des cellules de grille de cours d'eau dans le DEM d'origine. La valeur de décalage est ensuite calculée comme la différence maximale par rapport à cette comparaison, incrémentée de un. Enfin, toutes les cellules de grille de cours d'eau qui ont des altitudes inférieures à -1 sont définies sur 1.

Agree.aml (Hellweger, 1997) - L'algorithme Agree.aml offre une alternative moins compliquée en termes de calcul et plus efficace en termes de traitement aux autres méthodes de gravure de flux appliquées. En plus d'intégrer une couche d'hydrographie vectorielle dans le paysage, Agree lisse également les élévations à l'intérieur d'une zone tampon spécifiée par l'utilisateur en fournissant un ajustement linéaire aux cellules de la grille du bord de la zone tampon aux emplacements des cellules des ruisseaux raster. Agree accepte deux valeurs de décalage d'altitude spécifiées par l'utilisateur, une valeur « lisse » (pour l'intégration du réseau de flux vectoriels dans le DEM) et une valeur « pointue » (pour l'intégration de la zone tampon lissée dans le DEM). L'utilisation de la valeur de décalage nette a pour effet de brûler une "tranchée" plus large dans le paysage numérique. Pour une application aux bassins versants Armand et Dickinson Bayou, la couche hydrographique est tamponnée de 150 mètres, une valeur de décalage lisse de -5 pieds est sélectionnée et une valeur de décalage nette de -2 pieds est spécifiée.

Tribburn.aml - L'algorithme de gravure de flux final représente un effort pour reproduire numériquement le réseau d'hydrographie vectorielle tout en atténuant simultanément les erreurs de distorsion des limites des bassins versants. Les observations des distorsions précédentes des limites des bassins versants montrent qu'elles résultent de variations dans le réseau de direction d'écoulement se produisant à proximité immédiate des cellules de grille gravées dans le paysage numérique. De plus, l'étendue des variations de direction d'écoulement observées (et l'étendue des distorsions résultantes des limites du bassin versant) sont proportionnelles à la différence d'élévation introduite par le processus de brûlage des cours d'eau (Reed, 1999).

Avec Tribburn.aml, l'application initiale d'une valeur de décalage universelle à toutes les cellules du réseau de cours d'eau raster est abandonnée au profit d'une approche itérative qui lisse toutes les occurrences en aval d'élévations dans les cours d'eau qui sont supérieures à la valeur d'élévation de la plus en amont. point dans chaque portée. Ce processus est mis en œuvre à travers trois boucles imbriquées qui prennent en compte (1) chaque valeur d'altitude se produisant dans (2) chaque tronçon de (3) chaque réseau de drainage unique dans la couche hydrographique. Une fois le processus de lissage dans le cours d'eau terminé, le réseau de cours d'eau raster est alors décalé des cellules de la surface terrestre de deux unités d'altitude. Cela représente la valeur minimale de compensation de brûlage des cours d'eau qui permettra toujours la réplication numérique du réseau d'hydrographie vectorielle.

Cette procédure Tribburn.aml nécessite un traitement intensif et ne doit pas être utilisée pour la délimitation des réseaux de cours d'eau et des limites des bassins versants lorsqu'un résultat est souhaité sur une courte période. Cependant, pour les projets de ressources en eau (par exemple, les analyses TMDL) qui peuvent avoir des délais prolongés, la procédure Tribburn.aml fournit une approche alternative pour obtenir une représentation précise de la zone de drainage du bassin versant.

Application aux bassins versants de la région de la baie de Galveston

Les bassins versants Armand Bayou et Dickinson Bayou, situés juste à l'ouest de la baie de Galveston dans le sud-est du Texas, s'étendent respectivement sur environ 60 milles 2 et 100 milles 2 . Pour la délimitation raster de ces bassins versants relativement petits, 1-arc seconde (

30 mètres) pour tous les quadrangles de 7,5 minutes englobant les bassins versants ont été fusionnés, et le DEM fusionné résultant a été reprojeté de la zone UTM 15 dans une projection à surface égale d'Albers. Une commande de remplissage initiale a également été exécutée pour éliminer tous les creux parasites qui auraient pu être introduits à la suite de la reprojection.

Avant la mise en œuvre de toute technique d'intégration hydrographique, des délimitations de base des ruisseaux Armand et Dickinson Bayou et des zones de drainage ont été effectuées. Les réseaux de cours d'eau délimités et les limites des bassins hydrographiques qui en résultent ont ensuite été comparés aux données hydrographiques vectorielles à l'échelle de l'USGS à l'échelle 1:100 000 pour évaluer la gravité de toute incohérence. La figure 7 montre les résultats de cette comparaison pour le Bayou d'Armand. Alors que les écarts entre les deux réseaux de cours d'eau vont d'évidents (figure 7a) à subtils (différences entre deux et trois mailles), il existe également trois emplacements de limites de bassins versants qui coupent l'hydrographie vectorielle (figure 7b). Des résultats similaires (sept intersections de limites de bassin versant) ont été observés pour la délimitation de Dickinson Bayou. Ces figures illustrent la nécessité d'une intégration hydrographique, c'est-à-dire d'obtenir (1) des représentations numériques précises des cours d'eau et (2) des limites de bassin versant qui sont hydrologiquement cohérentes avec l'hydrographie vectorielle. Chacune des techniques d'intégration hydrographique a été évaluée en fonction de ses capacités respectives à atteindre ces objectifs sans introduire d'irrégularités (par exemple, des cours d'eau parallèles, des distorsions des limites des bassins versants) dans le paysage.

Figure 7 - Comparaison (a) de l'hydrographie de base délimitée par le DEM et (b) de la limite du bassin versant de base délimitée par le DEM avec une couche DLG à l'échelle 1:100 000 éditée par l'USGS. Les incohérences sont encerclées.

Toutes les méthodologies de brûlage de cours d'eau employées étaient capables de reproduire le réseau hydrographique avec précision (bien qu'un problème avec la représentation d'un canal construit complet ait été observé avec l'algorithme Agree.aml). Les résultats des diverses techniques sont illustrés aux figures 8 et 9. Les limites des bassins versants délimitées pour chaque cas sont représentées en gras. Les zones ombrées en rouge dans les figures représentent des différences par rapport à la délimitation de la ligne de base qui étaient inattendues, c'est-à-dire pas à proximité immédiate d'une intersection de limite de bassin versant de ligne de base.

L'introduction erronée de cours d'eau parallèles n'était pas un problème important avec aucune des techniques de brûlage des cours d'eau. Un seul cas de cours d'eau parallèles a été noté pour un affluent supérieur du bassin versant à Armand Bayou. Il y a eu deux occurrences de ce type dans le Dickinson Bayou (également pour les affluents supérieurs du bassin hydrographique). L'utilisation de DEM à 1 seconde d'arc à échelle fine atténue le nombre de ces occurrences. L'absence de flux parallèles significatifs peut également être un témoignage de l'utilisation d'ensembles de données vectorielles et raster d'échelle similaires pour l'analyse.

L'algorithme Fillburn.aml a introduit d'importantes distorsions des limites dans les bassins versants délimités. Celles-ci sont respectivement représentées sur les figures 8a et 9a pour Armand et Dickinson Bayou. Les erreurs des limites du bassin versant sont dues à l'application de la valeur de décalage universelle de brûlage des cours d'eau à toutes les cellules de la grille des cours d'eau. Dans le cas d'Armand Bayou, cette valeur était de 31 pieds, ce qui a entraîné un différentiel d'élévation de 32 pieds entre les cellules de la grille de surface terrestre du DEM et les cellules en cours d'eau. Ce résultat est cohérent avec les observations antérieures concernant la relation proportionnelle entre le différentiel d'élévation introduit et l'étendue des variations de direction d'écoulement.

Figure 8 - Réseau de cours d'eau Armand Bayou et délimitations des limites des bassins versants produites à l'aide des techniques d'intégration hydrographique (a) Fillburn.aml, (b) Expocurv.aml, (c) Agree.aml et (d) Tribburn.aml. Les limites délimitées sont noires. Les erreurs de distorsion des bassins versants observées sont indiquées en rouge. Une autre incohérence de délimitation est encerclée sur la figure 8c.

Il y a eu une légère amélioration de la précision des limites du bassin versant d'Armand Bayou (Figure 8b) avec l'utilisation de l'algorithme Expocurv.aml, mais la délimitation de Dickinson Bayou (Figure 9b) a montré une légère perte de la zone de drainage totale avec l'utilisation de cette procédure. Encore une fois, une valeur de décalage universelle de brûlage de cours d'eau a été appliquée à toutes les cellules de la grille dans le cours d'eau, mais la méthode de calcul du décalage, la comparaison des valeurs d'élévation du cours d'eau ajustées de manière exponentielle avec les valeurs d'élévation du DEM du voisinage les plus basses, a entraîné un décalage plus petit pour Armand Bayou et un décalage plus important pour Dickinson Bayou. Un avantage supplémentaire de l'utilisation de l'algorithme Expocurv.aml était une réduction du temps de traitement. C'était le résultat de moins d'éviers rencontrés pendant le processus de remplissage.

Figure 9 - Délimitations du réseau de cours d'eau Dickinson Bayou et des limites des bassins versants produites à l'aide des techniques d'intégration hydrographique (a) Fillburn.aml, (b) Expocurv.aml, (c) Agree.aml et (d) Tribburn.aml. Les limites délimitées sont noires. Les erreurs de distorsion des bassins versants observées sont indiquées en rouge.

L'algorithme Agree.aml était la plus efficace de toutes les techniques d'intégration appliquées et produisait généralement une bien meilleure conformité avec la limite de bassin versant attendue. Seules 3 erreurs de distorsion significatives ont été notées pour Armand Bayou (Figure 8c) et seules deux divergences en amont du bassin versant ont été observées pour Dickinson Bayou (Figure 9c). L'une des erreurs d'Armand Bayou s'est produite dans la bordure est du bassin versant où un affluent est à proximité immédiate de la limite du bassin versant. La méthodologie Agree.aml de lissage des élévations au sein d'une zone tampon de réseau hydrographique est à l'origine de cette erreur. La valeur de la zone tampon sélectionnée pour ces délimitations (150 mètres) a lissé toutes les altitudes dans les 5 mailles des mailles du réseau hydrographique. Comme cet affluent se trouve à moins de 5 cellules de la limite d'Armand Bayou, les cellules limites de cette zone ont été lissées et une petite parcelle de cellules de captage adjacentes a été incluse dans la zone de drainage.

Une quatrième erreur de distorsion de limite d'Armand, observée avec l'algorithme Agree.aml, s'est produite dans la zone sud du bassin versant et est le résultat de l'intégration infructueuse d'un affluent de canal construit à cet endroit. Le processus de remplissage d'intégration post-hydrographie effectué semble avoir rempli les cellules du cours d'eau jusqu'au niveau des cellules de la surface terrestre. Cette anomalie aurait été évitée grâce à l'utilisation de valeurs de décalage lisses et nettes plus élevées, bien que des valeurs de décalage plus élevées auraient introduit un plus grand potentiel de distorsion des limites du bassin versant.

Les résultats les plus précis des limites des bassins versants ont été obtenus avec l'algorithme Tribburn.aml (figures 8d et 9d). Cependant, le coût de traitement pour atteindre ces résultats était important. Alors que les trois autres techniques avaient des temps de traitement compris entre 13 et 21 minutes, Tribburn.aml a pris 6 heures et demie pour Dickinson Bayou et plus de 7 heures pour Armand Bayou. Les variations du temps de traitement dépendent de la densité de la couche hydrographique intégrée au paysage. Il convient également de noter que, bien que les résultats des limites des bassins versants aient été notablement améliorés par rapport aux trois autres techniques, quelques petites distorsions des limites des bassins versants se sont produites avec Tribburn.aml. Le tableau 1 présente les statistiques compilées pour chacune des techniques d'intégration hydrographique appliquées.

[une erreur se est produite lors du traitement de cette directive]

Tableau 1 - Résultats de diverses techniques d'intégration hydrographique réalisées pour la délimitation des cours d'eau et des bassins versants d'Armand Bayou et de Dickinson Bayou

Quatre méthodes d'intégration de l'hydrographie vectorielle des cours d'eau dans un jeu de données matricielles (DEM) ont été présentées et passées en revue. Chacun des procédés permet une réplication numérique précise d'un réseau de flux de réception. Cependant, il a été démontré que les délimitations ultérieures des bassins versants effectuées avec le MNA amélioré par hydrographie produisent des résultats allant de médiocres à excellents. Les algorithmes Fillburn.aml et Expocurv.aml, qui appliquent un facteur de décalage d'altitude universel à toutes les cellules de grille dans le cours d'eau, ont produit des limites de bassin versant inexactes. L'application de l'algorithme Agree.aml a donné lieu à une conformité générale avec les résultats attendus, bien que certaines distorsions des limites des bassins versants aient été observées. L'ampleur de ces erreurs de limites de bassin versant peut être contrôlée par l'utilisateur Agree.aml, grâce à une sélection discriminante des largeurs des zones tampons hydrographiques et des facteurs de décalage d'élévation lisses/forts. L'algorithme Agree.aml offre l'avantage supplémentaire d'éliminer les flux parallèles de la surface raster améliorée par l'hydrographie, bien que l'utilisation de données DEM à 1 arc seconde à échelle fine ait également permis d'atténuer le nombre de ces occurrences.

Des délimitations très précises des limites des bassins versants ont été produites à l'aide de l'algorithme Tribburn.aml. La méthode itérative de la procédure d'ajustement des valeurs d'élévation dans le cours d'eau par tronçon dans l'ensemble du réseau hydrographique a effectivement généré les emplacements prévus des limites des bassins versants tout en minimisant la valeur de décalage d'élévation appliquée à toutes les cellules de la grille dans le cours d'eau. L'algorithme Tribburn.aml est cependant la moins efficace de toutes les méthodologies examinées. Les délimitations des bassins versants des petits bassins versants Armand et Dickinson Bayou ont été effectuées 20 à 30 fois plus rapidement avec les trois autres méthodologies.

Les algorithmes Agree.aml et Tribburn.aml offrent des options acceptables pour les analyses de modélisation des ressources en eau qui nécessitent des entrées de données géospatiales pour les modèles de bassins versants et de réseaux de cours d'eau. Pour les analyses de type batch où plusieurs bassins versants peuvent devoir être évalués à partir d'un certain nombre d'emplacements ponctuels de manière dynamique (comme une évaluation de plusieurs droits d'eau dans un grand bassin), le processus efficace Agree.aml est l'option la plus appropriée. Pour les cas où une seule délimitation de bassin versant peut être utilisée pour plusieurs évaluations au sein du bassin versant (comme la détermination des distributions statistiques de ruissellement des précipitations ou des évaluations de charge de pollution diffuse), l'algorithme Tribburn.aml fournit la technique de délimitation la plus précise. Une enquête plus approfondie sur le développement d'un processus qui combine la précision et l'efficacité de traitement de ces deux algorithmes serait justifiée.

Le prétraitement de l'hydrographie vectorielle requis pour l'utilisation avec l'un ou l'autre de ces algorithmes représente un effort intensif. Le développement d'une technique automatisée pour ce traitement serait un effort digne d'être poursuivi.

Je tiens à remercier les personnes suivantes pour la consultation, l'examen et l'échange d'informations continus : Dr David Maidment, Dr Francisco Olivera et le groupe de recherche en hydrologie SIG au Centre de recherche sur les ressources en eau de l'Université du Texas Dr R. Srinivasan et Mauro DiLuzio au Blacklands Research Center, Temple, TX Dr Seann Reed au National Weather Service Hydrologic Research Laboratory Ferdinand Hellweger à HydroQual, Inc. Jennifer Benaman à Quantitative Environmental Analysis, Inc. et James Edmonds et Prescott Christian au Texas Natural Resource Commission de conservation.

Dewald, T.G. et K.S. Roth (1998), The National Hydrography Dataset - Integrating the USEPA Reach File and USGS DLG , In: Conference Proceedings: 1998 Esri User Conference , Environmental Systems Research Institute, Redlands, CA.

DiLuzio, M. (1999), Filling the Gaps Between USGS DEMs and the USEPA Reach File, In: Conference Proceedings: 1999 Esri User Conference, Environmental Systems Research Institute, Redlands, CA, à paraître.

Garbrecht, J. et L.W. Martz (1997), TOPAZ: An Automated Digital Landscape Analysis Tool for Topographic Evaluation, Drainage Identification, Watershed Segmentation and Subcatchment Parameterization TOPAZ Overview , US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Grazinglands Research Laboratory, El Reno, OK, USA, ARS Publication N° GRL 97-3.

Hutchinson, M.F. (1989), A New Procedure for Gridding Elevation and Stream Line Data with Automatic Removal of Spurious Pits, Journal of Hydrology 106, 211-232.

Hutchinson, M.F. (1996), A Locally Adaptive Approach to the Interpolation of Digital Elevation Models, In Proceedings: Third International Conference/Workshop on Integrating GIS and Environmental Modeling, National Center for Geographic Information and Analysis, Université de Californie, Santa Barbara.

Hutchinson, M.F. (1998), ANUDEM Version 4.6.2, http://cres.anu.edu.au/software/anudem.html en juillet 1999.

Jenson, S.K. et J.O. Domingue (1988), Extraction de la structure topographique à partir des données d'altitude numériques pour l'analyse du système d'information géographique, l'ingénierie photogrammétrique et la télédétection 54 (11).

Marks, D., J. Dozier et J. Frew (1984), Automated Basin Delineation from Digital Elevation Data, Geo-Processing 2, 299-311.

Mizgalewicz, P.J. et D.R. Maidment (1996), Modeling Agrichemical Transport in Midwest Rivers Using Geographic Information Systems , Rapport en ligne 96-6 du Centre de recherche sur les ressources en eau, Université du Texas, Austin, TX.

O'Callaghan, J.F. et D.M. Mark (1984), The Extraction of Drainage Networks from Digital Elevation Data, Computer Vision, Graphics and Image Processing 28, 323-344.

Olivera, F. (1996), Hydrologie spatiale du système fluvial de l'Urubamba au Pérou à l'aide de systèmes d'information géographique (SIG), Centre de recherche sur les ressources en eau, Université du Texas, Austin, TX.

Quenzer, A.M. et D.R. Maidment (1998), A GIS Assessment of the Total Loads and Water Quality in the Corpus Christi Bay System , Center for Research in Water Resources Online Report 98-1, Université du Texas, Austin, TX.

Reed, S. (1999), Laboratoire de recherche hydrologique du National Weather Service, communication personnelle.

Saunders, W.K. et D.R. Maidment (1995), Grid-Based Watershed and Stream Network Delineation for the San Antonio-Nueces Coastal Basin, In Proceedings: Texas Water '95: A Component Conference of the First International Conference of Water Resources Engineering, 16-17 août 1995, Société américaine des ingénieurs civils, San Antonio, TX.

Saunders, W.K. et D.R. Maidment (1996), A GIS Assessment of Nonpoint Source Pollution in the San Antonio-Nueces Coastal Basin, Center for Research in Water Resources Online Report 96-1, University of Texas, Austin, TX.

Strager, député, J.J. Fletcher, et C.B. Yuill (1998), Hydrologic Modeling for Acid Mine Drainage in West Virginia, In: Conference Proceedings: 1998 Esri User Conference, Environmental Systems Research Institute, Redlands, CA.

Texas Natural Resource Conservation Commission (1998), Technical Paper #3: Digital Elevation Modeling for the WAM and other TNRCC OWRM Projects , TNRCC, Austin, TX.

Texas Natural Resource Conservation Commission (1999), State of Texas 1999 Clean Water Act Section 303(d) List and Schedule of Development for Total Maximum Daily Loads , SFR-58/99, TNRCC, Austin, TX.


Syntaxe

La classe Topo spécifie les entités en entrée contenant les valeurs z à interpoler dans un raster de surface.

Classe d'entités ponctuelles représentant les élévations de surface.

Le champ stocke les altitudes des points.

Classe d'entités linéaires qui représente les courbes de niveau d'altitude.

Le champ stocke les élévations des courbes de niveau.

Une classe d'entités linéaires d'emplacements de cours d'eau. Tous les arcs doivent être orientés vers l'aval. La classe d'entités ne doit contenir que des flux d'arc uniques.

Classe d'entités ponctuelles qui représente des dépressions topographiques connues. Topo to Raster ne tentera pas de supprimer de l'analyse les points explicitement identifiés comme des puits.

Le champ utilisé doit être celui qui stocke l'altitude du puits légitime. Si AUCUN est sélectionné, seul l'emplacement du lavabo est utilisé.

Une limite est une classe d'entités contenant un seul polygone qui représente la limite extérieure du raster en sortie. Les cellules du raster en sortie en dehors de cette limite seront NoData. Cette option peut être utilisée pour découper les zones d'eau le long des côtes avant de créer le raster en sortie final.

Classe d'entités surfaciques qui spécifie l'emplacement des lacs. Toutes les cellules raster en sortie d'un lac seront affectées à la valeur d'altitude minimale de toutes les cellules le long du rivage.

Une classe d'entités linéaires des falaises. Les entités de la ligne de falaise doivent être orientées de manière à ce que le côté gauche de la ligne soit du côté bas de la falaise et le côté droit soit le côté haut de la falaise.

Une classe d'entités surfaciques des zones dans lesquelles les données en entrée doivent être ignorées. Ces polygones permettent de supprimer les données d'altitude du processus d'interpolation. Ceci est généralement utilisé pour supprimer les données d'altitude associées aux murs de barrage et aux ponts. Cela permet l'interpolation de la vallée sous-jacente avec la structure de drainage connectée.

Classe d'entités surfaciques contenant le contour d'une zone côtière. Les cellules du raster en sortie final situées à l'extérieur de ces polygones sont définies sur une valeur inférieure à la limite de hauteur minimale spécifiée par l'utilisateur.

Les types d'entrée d'entité PointElevation , Contour et Sink peuvent avoir un champ spécifié qui contient les valeurs z. Il n'y a pas d'option Champ pour les types d'entrée Boundary , Lake , Cliff , Coast , Exclusion ou Stream .

La taille de cellule à laquelle le raster en sortie sera créé.

Ce sera la valeur dans l'environnement si elle est explicitement définie autrement, c'est la plus courte de la largeur ou de la hauteur de l'étendue des entités ponctuelles en entrée, dans la référence spatiale en entrée, divisée par 250.

La classe Extent détermine l'étendue du jeu de données raster en sortie.

L'interpolation se produira jusqu'aux limites x et y, et les cellules en dehors de cette étendue seront NoData. Pour de meilleurs résultats d'interpolation le long des bords du raster en sortie, les limites x et y doivent être inférieures à l'étendue des données en entrée d'au moins 10 cellules de chaque côté.

    Etendue (XMin, YMin, XMax, YMax)

  • XMin : la valeur par défaut est la plus petite coordonnée x de toutes les entrées.
  • YMin : la valeur par défaut est la plus petite coordonnée y de toutes les entrées.
  • XMax : la valeur par défaut est la plus grande coordonnée x de toutes les entrées.
  • YMax : la valeur par défaut est la plus grande coordonnée y de toutes les entrées.

L'étendue par défaut est la plus grande de toutes les étendues des données d'entités en entrée.

Distance dans les cellules à interpoler au-delà de l'étendue et de la limite en sortie spécifiées.

La valeur doit être supérieure ou égale à 0 (zéro). La valeur par défaut est 20.

Si les jeux de classes d'entités Extent et TopoBoundary sont identiques à la limite des données d'entrée (valeur par défaut), les valeurs interpolées le long du bord du DEM ne correspondront pas bien aux données DEM adjacentes. Cela est dû au fait qu'ils ont été interpolés en utilisant deux fois moins de données que les points à l'intérieur du raster, qui sont entourés de tous côtés par des données d'entrée. L'option Marge permet aux données d'entrée au-delà de ces limites d'être utilisées dans l'interpolation.

La valeur z minimale à utiliser dans l'interpolation.

La valeur par défaut est de 20 % en dessous de la plus petite de toutes les valeurs d'entrée.

La valeur z maximale à utiliser dans l'interpolation.

La valeur par défaut est de 20 % au-dessus de la plus grande de toutes les valeurs d'entrée.

Le type d'application de drainage à appliquer.

L'option d'application de drainage peut être définie pour tenter de supprimer tous les puits ou dépressions afin de créer un MNT hydrologiquement correct. Si des points de chute ont été explicitement identifiés dans les données d'entités en entrée, ces dépressions ne seront pas remplies.

  • ENFORCE — L'algorithme tentera de supprimer tous les puits qu'il rencontre, qu'ils soient réels ou faux. C'est la valeur par défaut.
  • NO_ENFORCE — Aucun puits ne sera rempli.
  • ENFORCE_WITH_SINK — Les points identifiés comme des puits dans les données d'entités en entrée représentent des dépressions topographiques connues et ne seront pas modifiés. Tout puits non identifié dans les données d'entités en entrée est considéré comme faux et l'algorithme tentera de le remplir. Avoir plus de 8 000 puits parasites entraîne l'échec de l'outil.

Type de données d'altitude dominant des données d'entité en entrée.

  • CONTOUR — Le type dominant de données d'entrée sera les contours d'altitude. C'est la valeur par défaut.
  • SPOT — Le type d'entrée dominant sera le point.

La spécification de la sélection appropriée optimise la méthode de recherche utilisée lors de la génération des cours d'eau et des crêtes.

Le nombre maximal d'itérations d'interpolation.

Le nombre d'itérations doit être supérieur à zéro. Une valeur par défaut de 20 est normalement suffisante pour les données de contour et de ligne.

Une valeur de 30 effacera moins de puits. Rarement, des valeurs plus élevées (45-50) peuvent être utiles pour nettoyer plus de puits ou pour créer plus de crêtes et de cours d'eau. L'itération cesse pour chaque résolution de grille lorsque le nombre maximum d'itérations est atteint.

La dérivée seconde intégrée au carré comme mesure de la rugosité.

La pénalité de rugosité doit être égale ou supérieure à zéro. Si le type de données d'entrée principal est CONTOUR , la valeur par défaut est zéro. Si le type de données principal est SPOT , la valeur par défaut est 0.5. Des valeurs plus élevées ne sont normalement pas recommandées.

Le facteur d'erreur discret est utilisé pour ajuster la quantité de lissage lors de la conversion des données d'entrée en un raster.

La valeur doit être supérieure à zéro. La plage de réglage normale est de 0,25 à 4 et la valeur par défaut est 1. Une valeur plus petite entraîne un lissage moindre des données, une valeur plus élevée entraîne un lissage plus important.

La quantité d'erreur aléatoire dans les valeurs z des données d'entrée.

La valeur doit être égale ou supérieure à zéro. La valeur par défaut est zéro.

L'erreur standard verticale peut être définie sur une petite valeur positive si les données présentent des erreurs verticales aléatoires (non systématiques) significatives avec une variance uniforme. Dans ce cas, définissez l'erreur type verticale sur l'écart type de ces erreurs. Pour la plupart des jeux de données d'altitude, l'erreur verticale doit être définie sur zéro, mais elle peut être définie sur une petite valeur positive pour stabiliser la convergence lors de la rastérisation des données ponctuelles avec des données de ligne de courant.

Cette tolérance reflète la précision et la densité des points d'élévation par rapport au drainage de surface.

Pour les jeux de données de points, définissez la tolérance sur l'erreur standard des hauteurs de données. Pour les jeux de données de contour, utilisez la moitié de l'intervalle de contour moyen.

La valeur doit être égale ou supérieure à zéro. La valeur par défaut est 2,5 si le type de données est CONTOUR et zéro si le type de données est SPOT .

Cette tolérance empêche le dégagement de drainage à travers des barrières trop hautes.

La valeur doit être supérieure à zéro. La valeur par défaut est 100 si le type de données est CONTOUR et 200 si le type de données est SPOT .

Classe d'entités linéaires en sortie des entités polylinéaires de cours d'eau et des entités linéaires de crête.

Les entités linéaires sont créées au début du processus d'interpolation. Il fournit la morphologie générale de la surface pour l'interpolation. Il peut être utilisé pour vérifier le drainage et la morphologie corrects en comparant les données connues sur les cours d'eau et les crêtes.

Les entités polylignes sont codées comme suit :

1. La ligne de flux d'entrée n'est pas au-dessus de la falaise.

2. Ligne de cours d'eau d'entrée au-dessus de la falaise (cascade).

3. Application du drainage pour nettoyer un faux évier.

4. Ligne de cours d'eau déterminée à partir du coin du contour.

5. Ligne de crête déterminée à partir du coin du contour.

7. Conditions côté ligne de flux de données.

9. Ligne indiquant un grand dégagement de données d'altitude.

Classe d'entités ponctuelles en sortie des entités de points de chute restantes.

Il s'agit des cuvettes qui n'ont pas été spécifiées dans les données d'entités en entrée de la cuvette et qui n'ont pas été effacées lors de l'application du drainage. L'ajustement des valeurs des tolérances, tolérance_1 et tolérance_2 , peut réduire le nombre de puits restants. Les puits restants indiquent souvent des erreurs dans les données d'entrée que l'algorithme d'application de drainage n'a pas pu résoudre. Cela peut être un moyen efficace de détecter des erreurs d'élévation subtiles.

Le fichier de diagnostic de sortie répertoriant toutes les entrées et tous les paramètres utilisés et le nombre de puits effacés à chaque résolution et itération.

Le fichier de paramètres de sortie répertoriant toutes les entrées et paramètres utilisés, qui peut être utilisé avec Topo to Raster by File pour exécuter à nouveau l'interpolation.

La pénalité de rugosité de courbure de profil est une pénalité localement adaptative qui peut être utilisée pour remplacer en partie la courbure totale.

Il peut donner de bons résultats avec des données de contour de haute qualité, mais peut entraîner une instabilité de la convergence avec des données de mauvaise qualité. Défini sur 0,0 pour aucune courbure de profil (valeur par défaut), défini sur 0,5 pour une courbure de profil modérée et défini sur 0,8 pour une courbure de profil maximale. Les valeurs supérieures à 0,8 ne sont pas recommandées et ne doivent pas être utilisées.

La classe d'entités ponctuelles en sortie de tous les résidus d'altitude importants mis à l'échelle par l'erreur de discrétisation locale.

Tous les résidus mis à l'échelle supérieurs à 10 doivent être inspectés pour détecter d'éventuelles erreurs dans les données d'altitude et de cours d'eau d'entrée. Les résidus à grande échelle indiquent des conflits entre les données d'altitude d'entrée et les données de rationalisation. Ceux-ci peuvent également être associés à une mauvaise application du drainage automatique. Ces conflits peuvent être résolus en fournissant des données de ligne et/ou d'élévation de points supplémentaires après avoir d'abord vérifié et corrigé les erreurs dans les données d'entrée existantes. De grands résidus non mis à l'échelle indiquent généralement des erreurs d'élévation d'entrée.

La classe d'entités ponctuelles en sortie des emplacements où des erreurs possibles de cours d'eau et de falaise se produisent.

Les emplacements où les cours d'eau ont des boucles fermées, des défluents et des cours d'eau au-dessus des falaises peuvent être identifiés à partir de la classe d'entités ponctuelles. Les falaises avec des cellules voisines qui sont incompatibles avec les côtés haut et bas de la falaise sont également indiquées. Cela peut être un bon indicateur de falaises avec une direction incorrecte.

Les points sont codés comme suit :

1. Véritable circuit dans le réseau de rationalisation des données.

2. Circuit dans le réseau de flux tel qu'encodé sur la trame de sortie.

3. Circuit en réseau fluvial via des lacs de raccordement.

5. Ruisseau au-dessus d'une falaise (cascade).

6. Points indiquant les débits sortants multiples des lacs.

8. Points à côté des falaises avec des hauteurs incompatibles avec la direction de la falaise.

10. Circulaire de distribution supprimée.

11. Distributeur sans flux entrant.

12. Distribution rastérisée dans la cellule de sortie différente de l'endroit où se trouve la distribution de la ligne de flux de données.

13. Erreurs de traitement des conditions secondaires - un indicateur de données rationalisées très complexes.

La classe d'entités ponctuelles en sortie des erreurs possibles concernant les données de contour en entrée.

Les courbes de niveau dont la hauteur dépasse cinq fois l'écart type des valeurs de courbe de niveau telles que représentées sur le raster en sortie sont signalées à cette classe d'entités. Les isolignes qui joignent d'autres isolignes avec une altitude différente sont signalées dans cette classe d'entités par le code 1, c'est un signe certain d'une erreur d'étiquette d'isoligne.

Valeur de retour

Raster de surface interpolé en sortie.

Il s'agit toujours d'un raster à virgule flottante.


LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Zone couverte par les tampons
Tableau 2: Résumé des coefficients finaux du modèle de régression logistique, des erreurs types, de la signification des coefficients et des intervalles de confiance à 95 % pour l'exponentielle des coefficients
Tableau 3: Paramètres de flux identifiés et collectés sur le terrain
Tableau 4 : Valeurs associées à chaque type d'entité de flux
Tableau 5 : Relation entre les algorithmes D8 et DEMON à différentes résolutions
Tableau 6 : Erreur potentielle de la couche hydroélectrique du MRN
Tableau 7 : Sous-bassins utilisés dans l'identification des épis pérennes
Tableau 8 : Résumé du modèle de régression logistique final
Tableau 9 : Ruisseaux poissonneux prévus dans le site d'étude en utilisant différentes techniques.

Suppression de cellules déconnectées dans un raster de réseau de flux à l'aide d'ArcGIS - Geographic Information Systems

Bassins versants pour les sites d'échantillonnage du National Stream Quality Accounting Network (NASQAN) de l'U.S Geological Survey 1996-2000. 1.0 données numériques vectorielles

Des bassins versants numériques sont nécessaires pour analyser les influences naturelles et anthropiques sur la qualité de l'eau sur les sites d'échantillonnage.

Le format natif de ces données est une couverture ArcInfo qui contient 4 classes d'entités régionales. Ces classes d'entités permettent de résumer la qualité de l'eau ou les données auxiliaires, telles que l'utilisation des terres ou l'application de pesticides, pour chaque site d'échantillonnage NASQAN : (1) par l'ensemble du bassin versant, y compris les zones en dehors des États-Unis, (2) par la partie du bassin versant dans les États-Unis, (3) par les zones intermédiaires entre les sites d'échantillonnage, y compris les zones en dehors des États-Unis, ou (4) par les zones intermédiaires uniquement dans les fichiers US Shape créés à partir de ces caractéristiques de la région Arc Info incluent à la fois des bassins versants individuels au-dessus de chaque site d'échantillonnage et un fichier de forme unique (nas_sect.shp) de polygones représentant les zones de drainage intermédiaires entre tous les sites d'échantillonnage. Un ensemble de données d'accompagnement des sites d'échantillonnage (nas2000) en 43 points est disponible avec les limites. Les bassins versants sont inclus pour les sites d'échantillonnage suivants aux jauges USGS.Liste des sites : ID NAME MISSISSIPPI 03216600 Ohio River à Greenup Dam près de Greenup, KY 03303280 Ohio River à Cannelton Dam à Cannelton, IN 03378500 Wabash River à New Harmony, IN 03609750 Tennessee River à Highway 60 près de Paducah, KY 03612500 Ohio River à Dam 53 près de Grand Chain, IL 05330000 Rivière Minnesota près de Jordan, MN 05331580 Rivière Mississippi en aval de Lock and Dam 2 à Hastings, MN 05420500 Rivière Mississippi à Clinton, IA 05587455 Rivière Mississippi en aval de Grafton, IL 06185500 Rivière Missouri près de Culbertson MT 06329500 Rivière Yellowstone près de Sidney MT 06338490 Rivière Missouri à Garrison Dam, ND 06440000 Rivière Missouri à Pierre SD 06610000 Rivière Missouri à Omaha, NE 06805500 Rivière Platte à Louisville, NE 06934500 Rivière Missouri à Hermann, MO 07022000 Rivière Mississippi à Thèbes, IL 07263620 Arkansas R. à David D. Terry Lock et barrage en dessous de Little Rock, AR 07373420 Mississippi River près de St. Francisville, LA 07381495 Atchafalaya River à Melville, LA RIO GRANDE 08364000 Rio Grande à El Paso, TX 08374200 Rio Grande en dessous de Rio Conchos nr Presidio, TX 08377200 Rio Grande à Foster Ranch, près de Langtry, TX 08447410 Pecos River près de Langtry, TX 08450900 Rio Grande en dessous du réservoir Amistad près de Del Rio, TX 08459200 Rio Grande à Pipeline Crossing sous Laredo TX 08461300 Rio Grande sous Falcon Dam TX 08470400 Arroyo Colorado à Harlingen TX 08475000 Rio Grande près de Brownsville TX COLORADO 09180500 Colorado River près de Cisco UT 09315000 Green River à Green River UT 09379500 San Juan River à Bluff UT 09380000 Colorado River à Lees Ferry AZ 09404200 Rivière Colorado en amont de Diamond Creek près de Peach Springs AZ 09421500 Rivière Colorado en aval du barrage Hoover AZ-NV 09429490 Rivière Colorado en amont d'Imperial Dam CA-AZ 09522000 Rivière Colorado à la frontière nord-internationale (NIB), en amont du barrage de Morelos, près d'Andrade, CA COLUMBIA 12400520 Columbia Rivière à Northport WA 12472900 Columbia River à Vernita Bridge près de Priest Rapids Dam WA 13353200 Snake River à Burbank WA 14128910 Columbia R rivière à Warrendale OU 14211720 Rivière Willamette à Portland OU 14246900 Rivière Columbia à Beaver Army Terminal près de Quincy OU Ces bassins hydrographiques ne représentent que la zone contributive, c'est-à-dire que les HUC qui pourraient être considérés comme des bassins fermés sont exclus. Voir la section Qualité des données pour les procédures utilisées. Les zones de drainage (DA) calculées à partir de cet ensemble de données peuvent différer de la zone de drainage publiée pour la jauge dans la base de données USGS NWIS. Les informations du site pour certaines, mais pas toutes, les jauges USGS sont publiées sur le Web. Les sites suivants contiennent des informations sur le site, y compris les zones de drainage, à l'adresse https://waterdata.usgs.gov/ga/nwis/nwis (consulté le 1/7/3). La dernière colonne de ce tableau est la différence en pourcentage entre la zone de drainage contribuant au SIG et la zone de drainage publiée (ou la zone de drainage contribuant, le cas échéant). Il existe des différences significatives dans la superficie calculée des bassins versants pour seulement deux rivières : la Platte (gage 06805500) et la Pecos (gage 08447410). (La différence en pourcentage indiquée pour le Rio Grande (jauge 08549200) reflète l'effet de son affluent, la rivière Pecos.) -1 03303280 96 432 97 000 - -1 05330000 16 180 16 200 - 0 05331580 37 041 37 100 - 0 05420500 85 778 85 600 85 600 0 06185500 92 484 91 557 - 1 06329500 69 078 69 103 - 0 06338490 180 084 181 400 81 400 , 3, 2269540000 253 3 06805500 85 487 85 370 71 000 20 06934500 512 811 524 200 - -2 07022000 703 777 713 200 - -1 08447410 44 174 35 179 - 26 08459200 156 359 132 578 - 18 09180500 23 971 24 100 - -1 09315000 40 644 44 850 40 5 990 0 093800 - 09404200 145 602 149 316 44 660 1 09421500 166 917 171 700 - -3 09429490 181 535 188 500 84 500 -2 12400520 60 373 60 200 - 0 12472900 96 333 96 000 - 0 13353200 102 344 108 800 - 0 14128910 236 622 240 400 - 0 142 11720 11 196 11 100 - -1 14246900 253 193 256 900 - -1 Toute utilisation de noms commerciaux, de produits ou d'entreprises est uniquement à des fins descriptives et n'implique pas l'approbation du gouvernement des États-Unis. Bien que ce fichier de métadonnées conforme au Federal Geographic Data Committee soit destiné à documenter l'ensemble de données sous une forme non exclusive, ainsi qu'au format Arc/INFO, ce fichier de métadonnées peut inclure une terminologie spécifique à Arc/INFO. date de parution 2004

Aucun prévu -126.968527 -74.347544 54.743707 22.728494 Thésaurus de l'USGS la qualité d'eau bassins versants zone de vidange site d'échantillonnage de la qualité de l'eau grands fleuves eaux intérieures Catégorie de sujet ISO 19115 informations géoscientifiques eaux intérieures environnement

Système d'information sur les noms géographiques

États-Unis 1-888-275-8747 (770) 903-9199 [email protected] 9h00 - 17h00 ET

La précision horizontale a été initialement vérifiée par rapport aux ensembles de données RF1 à 1:500 000 et Hydrologie à 1:2 000 000. Il y a des cours d'eau occasionnels qui s'étendent au-delà des limites du bassin versant. Aucune modification n'a été apportée sur la base de ces informations car il n'est pas clair quelles données sont les plus précises. En général, les bassins versants et l'hydrologie fonctionnaient très bien ensemble. En juin 2002, les données hydrographiques nationales (1:100.000), les données numériques d'altitude (environ 1:24.000) et les données numériques matricielles (1:24.000 USGS "topo" quadrangles) sont toutes devenues disponibles. Certains ajustements aux bassins versants tels que l'inclusion ou l'exclusion de zones proches de la jauge ont été effectués à l'aide de ces données numériques et chaque bassin versant a été vérifié pour l'exactitude. Aucune modification n'a été apportée aux limites initiales des unités hydrologiques au 1/250 000, sauf pour les diviser au niveau des jauges. n'est pas applicable

Cartes des unités hydrologiques des États-Unis contigus 1 Series_Name Open-file

250000 fichier numérique 2000 date de publication HUC250 Fournir la base numérique pour la délimitation des bassins versants NASQAN Seaber, Paul Kapinos, F. Paul Knapp, George L.

Cartes des unités hydrologiques 2e impression de la carte de 1994 Papier d'approvisionnement en eau 2294

Bureau d'impression du gouvernement des États-Unis

500000 Water Supply Paper 1970&aposs date de publication HUM Autorité initiale pour l'inclusion des hucs à 8 chiffres dans le bassin versant. Sa Majesté la Reine du chef du Canada, Ressources naturelles Canada

L'atlas de l'Atlas national du Canada

2000000 CD-ROM 1989 1992 date de publication CA-cd Limites des bassins versants et rivières pour le Canada. CONABIO

Données numériques vectorielles des bassins versants mexicains

CONOBIO est apparemment un consortium d'agences mexicaines travaillant sur la biodiversité. Miguel Pavon du centre d'information Borderlands à Austin, TX a été particulièrement utile en fournissant ces données de CONABIO et une assistance générale. Il a également fourni l'hypsographie (courbes d'élévation), les lieux peuplés, les États, les rivières très limitées et certaines utilisations des terres. fichiers numériques date de publication inconnue MP Ces bassins versants sont la source numérique pour les régions du Mexique s'écoulant vers les États-Unis. Les codes et les noms sont en espagnol. Les codes ne semblent pas contenir d'informations sur les eaux réceptrices. Les noms sont des noms de fonction. Longsworth, Steve Hébert, Larry

Expertise du personnel du WRD Steve Longsworth du bureau de district de l'Arizona a fourni des connaissances locales sur le débit du Mexique dans les rivières Santa Cruz et San Pedro dans le bassin versant du Colorado. Larry Hebert du district de l'Utah a fourni des informations sur le débit des affluents de la rivière Green pour aider à déterminer le bassin versant au-dessus de la jauge 09315000 sur la Green. communication orale 2001 techniciens en condition du sol Aide à la délimitation des bassins versants Durall, Roger

Rivières à la frontière des États-Unis et du Mexique données numériques vectorielles Roger Durall a numérisé des cours d'eau à partir de cartes papier d'origine inconnue pour un projet local. 24000 fichiers numériques date de publication inconnue rad Ces rivières ont été utiles lorsqu'elles ont été utilisées avec l'ensemble de données fluviales très clairsemées du Mexique pour déterminer quels bassins versants se sont drainés vers les États-Unis et en particulier pour déterminer comment diviser les bassins versants mexicains aux jauges du Rio Grande. GUIA ROJI, S.A. de C.V.

GUIA ROJI POR LAS CARRETERAS DE MEXICO ISBN970-621-116-0 2e édition

document date de publication inconnue GUIA 1997 Aide à la détermination des bassins versants vers les États-Unis. Instituto Nacional de Estadistica

Mexique Noroeste Carta Turistica 1000000 papier date de publication inconnue MX NE Aide à la détermination des bassins versants vers les États-Unis. Ibarra, Solomon Huerta Dist. de Édic. Independencia Mayoreo y Menudeo

Série Tamaulipas Mapas de Mexico 27

Dist.de Edic. Independencia Mayoreo y Menudeo

1000000 papier date de publication inconnue Tam Aide à déterminer quels bassins versants se jettent dans le Rio Grande près de l'embouchure. DETENAL (direction general de estudios del territorio nacional)

Carte touristique du nord du Mexique 1000000 papier 1978 date de publication MX Nord Il s'agissait de la source de papier la plus utilisée pour déterminer les bassins versants s'écoulant du Mexique vers le Rio Grande. Cartographie DeLorme

Arizona Atlas and Gazatteer ISBN 0-89933-202-1 première édition, 3e papier d'impression date de publication inconnue Ariz Assistance pour déterminer quels bassins versants se sont drainés vers le fleuve Colorado aux États-Unis. Commission géologique des États-Unis

Hydrographie Caractéristiques des données numériques vectorielles américaines

https://water.usgs.gov/lookup/getspatial?erf1 500000 en ligne date de publication inconnue RF1 A aidé à vérifier l'inclusion des hucs dans un bassin versant par examen visuel à l'écran. Vérifiez également qu'aucune erreur grossière n'est présente dans les hucs individuels. Lanfear, K.J.

1:2 000 000 de fichiers de graphiques linéaires numériques de Streams

https://water.usgs.gov/lookup/getspatial?stream 2000000 en ligne date de publication inconnue stm2m A aidé à vérifier l'inclusion des hucs dans un bassin versant par examen visuel à l'écran. Vérifiez également qu'aucune erreur grossière n'est présente dans les hucs individuels. Commission géologique des États-Unis

Données numériques vectorielles du jeu de données hydrographiques nationales http://gisdata.usgs.net/ 100000 cartographie internet 2003 date de publication NHD La disponibilité récente de ces données a permis de comparer les bassins versants à la meilleure représentation actuelle des caractéristiques hydrographiques. Plusieurs bassins versants ont été ajustés aux jauges pour refléter cette nouvelle source de données. Commission géologique des États-Unis

Shaded Relief http://gisdata.usgs.net/ 24000 environ (cellules de 30 mètres) cartographie Internet 2003 date de publication DEM A aidé à vérifier l'exactitude finale des bassins versants et visualisé la direction de l'écoulement. Commission géologique des États-Unis

Digital Raster Graphics 24 000 CD-ROM date de publication inconnue Les limites des bassins versants DRG qui avaient été ajoutées pour diviser les hucs existants à chaque jauge ont été vérifiées à l'aide de la version numérique 1:24 000 des cartes USGS &apostopo&apos. les limites des bassins versants ont été modifiées si nécessaire. Il s'agissait d'une procédure délicate qui n'était pas réalisable si les nouvelles limites du bassin versant s'étendaient sur plusieurs 124 000 feuilles quadruples. Commission géologique des États-Unis

Données numériques tabulaires huc2m.trace Inclus avec la couverture, Nasqan2k, sous forme de fichier Info. 2000000 en ligne 1998 date de publication huc2m.trace Fichier numérique utilisé pour déterminer quels HUC ont été exclus d'un bassin versant parce que l'eau de surface n'a pas quitté la zone. Commission de la frontière internationale et de l'eau États-Unis et Mexique

Flow of the Rio Grande and Related Data from Elephant Butte Dam, New Mexico to the Gulf of Mexico 1985 Water Bulletin Number 55 10000000 paper 1985 publication date IBWC Il s'agit d'une carte papier de la taille d'une page d'une publication de 1985 qui montre les bassins versants et les bassins fermés pour le fleuve Rio Grande. Tous les bassins versants inclus dans l'ensemble de données final pour NASQAN ont été comparés à cette carte. La carte montre des bassins fermés, dont un grand dans le Rio Conchos, qui n'ont pas pu être corroborés par d'autres sources et n'ont pas été notés comme fermés dans ces données de bassin hydrographique NASQAN. Lu L. Tan

Ensembles de données topographiques pour le Texas par données numériques raster River Basin Open-File Report 97--354

Ceci est un CD_Rom. Il peut être disponible auprès du bureau du district du Texas de l'USGS. 8027 Exchange Drive Austin, TX 78754-4733 (512)927-3500 FAX (512)927-3590 250000 CD-ROM 1997 date de publication TX-dem Visualisation de l'ombrage fourni pour aider à déterminer les limites des bassins versants, y compris les bassins fermés possibles pour le Rio Grande

La tâche principale dans la création de limites de bassin versant pour les grandes rivières à partir d'un ensemble de données nationales d'unités hydrologiques est de développer un système pour sélectionner tous les hucs en amont d'un point donné. Norman Bliss et Bruce Worstell du USGS Eros Data Center (EDC) expérimentaient un programme pour marquer les hucs à 8 chiffres dans le bassin du Mississippi avec leurs relations en amont et en aval. Ils ont fourni une couverture non documentée de 1: 250 000 hucs dans laquelle certains des hucs avaient ce codage préliminaire. L'ensemble de données comprenait des régions pour chaque huc et ses hucs en amont. Leur travail devrait être considéré comme un processus préliminaire à la création des bassins versants NASQAN.

États-Unis 1-888-275-8747 [email protected]

La première étape du processus NASQAN consistait à créer une classe d'entités régionales des bassins versants pour les stations NASQAN à partir des hucs du continent américain. Les codes ajoutés aux données des unités hydrologiques par l'Eros Data Center (EDC) ont été utilisés pour faciliter ce processus. Des régions aux États-Unis ont ensuite été créées pour les jauges dans les systèmes fluviaux du Columbia, du Rio Grande et du Colorado. Les régions préliminaires fournies par EDC ont ensuite été supprimées pour réduire la taille des données. Les nouvelles régions ont été vérifiées en traçant avec 1:2 000 000 de flux. La publication, Hydrologic Unit Maps, était l'arbitre initial dont les hucs ont été inclus dans un bassin versant en tant que zones contributives. Ce travail était effectué avec un nouveau logiciel, y compris certaines versions bêta d'ArcGIS. Cette courbe d'apprentissage et certains bogues logiciels ont parfois entraîné la perte puis la recréation de données. Tous les ensembles de données intermédiaires n'existent pas encore.

Bassins hydrographiques au Canada ajoutés. Les données canadiennes ont été projetées de Lambert à Albers. Les bassins hydrographiques des réseaux du Missouri et du fleuve Columbia ont été identifiés et ajoutés à la classe d'entités surfaciques. Les polygones ont ensuite été ajoutés aux classes d'entités régionales region.gage_na et region.sect_na. Les éclats ont été nettoyés. L'élément huc250 dans la table attributaire de polygones a été défini sur 0.

Ajout de bassins versants au Mexique. Un fichier image d'une carte des bassins versants du Rio Grande a été créé par Cecelio Martinez, USGS, San Antonio, Texas à partir de la carte de 1985 de la Commission internationale des frontières et de l'eau. Cette carte a été rectifiée pour correspondre au mieux aux données numériques existantes et utilisée comme l'une des sources. Les données d'altitude numériques pour le Rio Grande sous forme d'ombrages ont été obtenues à partir des ensembles de données topographiques pour le Texas par River Basin. Les données sur les bassins versants du Mexique sont difficiles à trouver et la plupart des informations sont dans un espagnol mexicain technique que les hispanophones américains disponibles ne peuvent pas traduire. Les bassins versants fournis par le Borderlands Information Center à Austin, TX ont été projetés à partir de degrés décimaux et convertis du fichier de forme au format de couverture. Parce que les données hydrographiques numériques étaient si rares, on a fait un usage intensif des cartes papier commerciales de la région pour sélectionner des zones dans ce paysage très aride qui s'écoulent probablement vers le Colorado aux États-Unis et le Rio Grande à la frontière.

MP rad MX Nord GUIA 1997 MX NE Tam IBWC TX-dem

Trois nouvelles classes de région ajoutées. Region.gage_na incluait les zones au Canada et au Mexique pour les bassins hydrographiques complets et imbriqués pour chaque jauge. De nouvelles classes de régions, sect_usa et sect_na, ont été ajoutées pour les zones intermédiaires entre les jauges afin de faciliter l'analyse des changements de la qualité de l'eau entre les sites d'échantillonnage sur le même système fluvial et les processus naturels et anthropiques sur les terres intermédiaires. Les caractéristiques de la région ont été créées à partir des HUC à 8 chiffres à l'aide des données de point de jauge, des ruisseaux RF1, des ruisseaux 1:2 000 000 et de la région complète du bassin versant précédemment créée. ArcMap Editor a été utilisé pour agréger ces unités hydrologiques dans une nouvelle entité.

La division des polygones au niveau de la jauge a été effectuée pour affiner davantage le bassin versant à chaque jauge. Les nouvelles limites ont été tracées à l'écran en utilisant les ensembles de données fluviales disponibles comme guides. Ces nouveaux arcs sont probablement beaucoup moins précis que les données HUC qui fournissent la plupart des limites pour chaque bassin versant. La possibilité d'utiliser des graphiques matriciels numériques (DRG) en ligne a été étudiée mais n'était pas réalisable à l'époque.

techniciens http://water.usgs.gov/nasqan RF1

Les limites des bassins versants des sites d'échantillonnage de l'USGS NASQAN en amont jusqu'au HUC le plus proche ont été définies plus en détail à l'aide de données d'élévation de 30 mètres (DEMS). Étant donné que la structure de données de la région ArcInfo est instable lorsqu'elle est modifiée, une simple couverture de polygone sans les classes d'entités de la région a été modifiée dans ArcMap pour tirer parti de l'excellent affichage des données du programme. La couverture qui comprenait les entités de la région a été modifiée dans l'ancien programme ArcEdit en utilisant la simple couverture modifiée comme guide.

En juin 2002, les données hydrographiques nationales (1:100.000), les données numériques d'altitude (environ 1:24.000) et les données numériques matricielles (1:24.000 USGS "topo" quadrangles) sont toutes devenues disponibles. Certains ajustements aux bassins versants, tels que l'inclusion ou l'exclusion de zones proches de la jauge, ont été effectués à l'aide de ces données numériques et l'exactitude de chaque bassin versant a été vérifiée.

Les derniers ajustements ont été apportés aux entités régionales en ajoutant et en supprimant des polygones. La classe d'entités sect_na était corrompue. Les commandes Dropfeature et Get ont été utilisées pour remplacer sect_na par une classe d'entités d'une couverture plus ancienne. Les étiquettes en double résultant du processus Get ont été supprimées à l'aide de la programmation aml avec des curseurs. Tous les attributs ont été vérifiés pour l'exactitude et la cohérence. Métadonnées mises à jour.

Deux bassins versants échantillonnés par le programme USGS NAWQA ont été ajoutés à la couverture . Les sites de mesure USGS, 05330000 et 05331580, ont également été échantillonnés par NASQAN.


Impact de la précision et de la résolution du DEM sur les indices topographiques

La topographie est une caractéristique importante de la surface terrestre qui affecte la plupart des aspects du bilan hydrique d'un bassin versant, y compris la génération de ruissellement de surface et souterrain, les voies d'écoulement suivies par l'eau lorsqu'elle descend et traverse les pentes des collines et le taux de mouvement de l'eau. Tous les modèles hydrauliques et hydrologiques spatialement explicites entièrement distribués utilisent la topographie (représentée par le MNT de la zone modélisée) pour dériver la bathymétrie. Le DEM est également utilisé pour dériver d'autres informations clés essentielles dans les modèles hydrauliques et hydrologiques entièrement distribués.

Avec les DEM à haute résolution tels que LiDAR (Light Detection and Ranging) devenant plus facilement disponibles et aussi avec les progrès des installations informatiques qui peuvent gérer ces grands ensembles de données, il est nécessaire de quantifier l'impact de l'utilisation de DEM de résolution différente (par exemple 1 m contre 10 m ou 25 m) sur les variables hydrologiquement importantes et la perte de précision et de fiabilité des résultats lorsque l'on passe d'une résolution élevée à une résolution plus grossière.

Les résultats de l'analyse statistique effectuée pour comparer les élévations de l'enquête sur le terrain avec les élévations dérivées du LiDAR DEM, montrent qu'il existe de petites différences entre les deux ensembles de données, mais LiDAR DEM est une représentation raisonnablement bonne de la surface du sol réelle par rapport aux autres DEM couramment utilisés. dérivé des cartes de contour.

Les résultats de l'analyse montrent clairement que la précision et la résolution du MNT d'entrée ont de sérieuses implications sur les valeurs des indices spatiaux hydrologiquement importants dérivés du MNT.Le résultat indique également que la perte de détails en ré-échantillonnant le MNA de résolution plus élevée à une résolution plus grossière est bien moindre par rapport aux détails capturés dans le MNA de résolution grossière couramment disponible dérivé des cartes de contour. Les indices topographiques basés sur les MNT dérivés des contours doivent être utilisés avec prudence et, le cas échéant, le MNT à plus haute résolution doit être utilisé au lieu de celui à résolution grossière.


Reprendre

Des modèles de simulation hydrologique peuvent bénéficier largement des possibilités de système d'information géographique (SIG) pour les entrées/sorties et la manipulation des données spatiales. Des algorithmes de pré-traitement sur les SIG opérant sur des données d'altitude sont décrits dans cet article afin d'obtenir des cartes de flux de direction et de flux d'accumulation. A partir des cartes dérivées et autres données d'entrée physiques, des cartes de temps de parcours dynamique, des histogrammes temps-surface et des hydrographes d'écoulement partiel ou total sont produits dans un cadre de modélisation distribuée. Le modèle a été testé sur un petit bassin versant avec des résultats satisfaisants. Au stade actuel, le modèle proposé fonctionne bien dans des bassins versants à pentes raides non équipés d'appareils d'enregistrements. Une validation ultérieure pour des grands bassins versants nécessite dɺvantage de recherche. Certaines améliorations du modèle sont également recommandées.


Tous les auteurs ont contribué à la rédaction du texte principal du manuscrit, à la conception conceptuelle du package et à la spécification de l'algorithme qui prend en charge l'extraction du réseau. A.M.C. implémenté le package du côté r. S.C.D. a implémenté le moteur C++ pour l'extraction de réseau et a été le principal auteur de l'annexe S1. P.G. était le principal auteur des fonctionnalités d'analyse, de visualisation et de mise à l'échelle ainsi que des annexes S2 à S4.

Le package r qui fait l'objet de cet article est disponible sur CRAN à l'adresse https://CRAN.R-project.org/package=grainscape (Galpern, Doctolero, & Chubaty, 2019 ) et son dossier de données externes inclut le raster utilisé pour construire les exemples de la figure 1. Le manuel distribué avec le package r et le didacticiel détaillé de l'annexe S2 contiennent le code nécessaire pour reproduire les analyses illustrées à la figure 1.

Nom de fichier La description
mee313350-sup-0001-AnnexeS1.pdfDocument PDF, 475.2 Ko
mee313350-sup-0002-AppendixS2.pdfDocument PDF, 3,7 Mo
mee313350-sup-0003-AppendixS3.pdfDocument PDF, 382,7 Ko
mee313350-sup-0004-AppendixS4.pdfDocument PDF, 111,3 Ko

Remarque : L'éditeur n'est pas responsable du contenu ou de la fonctionnalité des informations fournies par les auteurs. Toute question (autre que le contenu manquant) doit être adressée à l'auteur correspondant pour l'article.


Abstrait

Le Land Transformation Model (LTM) est un modèle de changement d'occupation des sols (LUCC) qui a été développé à l'origine pour simuler les modèles LUCC à l'échelle locale. Le modèle utilise un programme SIG commercial basé sur Windows pour traiter et gérer les données spatiales et un programme de réseau neuronal artificiel (ANN) dans une série de routines par lots pour en savoir plus sur les modèles spatiaux dans les données. Dans cet article, nous donnons un aperçu d'un LTM repensé capable de fonctionner à des échelles continentales et à une résolution fine (30 m) en utilisant une nouvelle architecture qui utilise un cluster de calcul haute performance (HPC) basé sur Windows. Cet article donne un aperçu de la nouvelle architecture dont nous discutons dans le contexte de la modélisation LUCC qui nécessite : (1) l'utilisation d'un HPC pour exécuter une version modifiée de notre LTM (2) la gestion de grands ensembles de données en termes de taille et de quantité de fichiers ( 3) l'intégration d'outils exécutés à l'aide de différents langages de script et (4) un grand nombre d'étapes nécessitant plusieurs aspects de la gestion des tâches.


Voir la vidéo: ArcGis How to remove Nodata from Landsat using Raster Calculator (Octobre 2021).