WSP

1
Modelowanie hydrologiczne z wykorzystaniem
technik teledetekcji
Tomasz Berezowski Jaroslaw Chormanski Katedra
Inzynierii Wodnej, Szkola Glówna Gospodarstwa
Wiejskiego w Warszawie Dept. of Hydrology and
Hydraulic Engineering, Vrije Universiteit Brussel
2
Plan prezentacji

• GIS i teledetekcja w hydrologii
• Cel prezentacji
• Model hydrologiczny
• Parametryzacja powierzchni nieprzepuszczalnych
  (PN)
• Wprowadzenie
• Teren badan
• Pozyskanie i opracowanie danych
• Wplyw na wyniki modelowania
• Parametryzacja pokrywy snieznej
• Wprowadzenie
• Teren badan
• Pozyskanie i opracowanie danych
• Wplyw na wyniki modelowania
• Podsumowanie

3
GIS i teledetekcja w hydrologii

• Modele hydrologiczne
• Parametry rozlozone (przestrzenne)
• Pokrycie / Uzytkowanie terenu, wysokosc, gleby
  etc.
• Czesto duze powierzchnie
• Aktualne i historyczne dane

• Teledetekcja
• Latwe i tanie pozyskanie aktualnych i
  historycznych danych
• GIS
• Zarzadzanie duza iloscia danych przestrzennych
• Przetwarzanie, analizy na danych teledetekcyjnych
• Gotowe narzedzia do dalszego modelowania

4
Cel prezentacji

• W jaki sposób dane przestrzenne z róznych zródel
  wplywaja na wyniki modelowania hydrologicznego
• Na przykladzie powierzchni nieprzepuszczalnych i
  pokrywy snieznej

5
Model hydrologicznyWetSpa Srodowisko ArcGIS 10
FORTRAN / PYTHON
6
Parametryzacja powierzchni nieprzepuszczalnych
Wprowadzenie 1/3

• Powierzchnie nieprzepuszczalne (PN)

• Negatywny wplyw
• Jakosc wody
• Rezim wód
• Ekosystemy wodne
• Powodzie lub susze
• Indykator jakosci wód/ekosystemów
• Dynamiczne zmiany
• Zwiazane ze wspólczynnikiem odplywu

7
Parametryzacja powierzchni nieprzepuszczalnych
Wprowadzenie 2/3 zlewnia rzeki Bialej
28 km Rzeka Biala 16 km Doplywy 231 km
Kanalizacja deszczowa 106 km2
Powierzchnia zlewni 115193 m n.p.m.
Miasto
Woda
Las
Rolnictwo
8
Parametryzacja powierzchni nieprzepuszczalnych
Wprowadzenie 3/3

• Powierzchnie nieprzepuszczalne (PN)-sposoby
  parametryzacji w modelach hydrologicznych
• Przyjecie sredniej wartosci dla calej zlewni
• Usrednienie wartosci w mapach uzytkowania terenu
• Przyporzadkowanie wartosci kazdej komórce
  obliczeniowej modelu

9
Sposoby parametryzacji PN1.Teledetekcja
Zdjecie satelitarne IKONOS (1m)

• Dokladna klasyfikacja powierzchni terenu
• Obliczenie PN dla kazdej komórki modelu
• Grupowanie, zmniejszenie rozdzielczosci 1 m
  30 m

10
Sposoby wyznaczania PN2. Teledetekcja Zdjecie
satelitarne Landsat 5 (30m)

• Regresja Ogólne Modele Liniowe, krzywa
  logistyczna
• Zaleznosc PN od reflektancji w 6 kanalach piksela

11
Sposoby wyznaczania PN3. Podejscie standardowe

• Procent powierzchni nieprzepuszczalnych
  przypisany do klasy uzytkowania terenu

Wsp. odplywu
12
Wplyw na wyniki modelowania
Mapa CLC Landsat IKONOS
NS - 0.57 0.74 0.72
r2 - 0.57 0.74 0.75
MAE m3/s 0.26 0.21 0.22
SE m3/s -0.05 0.00 0.03
13
Parametryzacja pokrywy snieznej Wprowadzenie 1/3

• Magazynownie wody w postaci sniegu
• Nagle roztopy
• Trudne w modelowaniu okresy nizówki-wezbreania

14
Teren badan zlewnia BiebrzyWprowadzenia 2/3

• 7000 km2
• Teren niezurbanizowany
• Jedna z zimniejszych czesci Polski
• 100 dni pokrywy snieznej
• 6oC Srednia roczna temp.

15
Parametryzacja pokrywy snieznejWprowadzenie 3/3

• Modele powierzchni ziemi
• opad temperatura lt 0 obj. sniegu
• temperatura kt opad ko roztopy
• Dane teledetekcyjne
• Optyczne zachmurzenie, wyzsza rozdzielczosc
• Radarowe bez chmur, nizsza rozdzielczosc

16
Pozyskanie i opracowanie danych o pokrywie
snieznej

• Interpolacja sniegu pod chmurami
• Zwiazek miedzy regionami w terenie analizy
• Zwiazek z wysokoscia pokrywy snieznej
• Zwiazek z formami terenowymi
• Narzedzia ArcObjects R

17
Wyniki modelowania

• Znaczna poprawa wyników modelowania z uzycie
  danych teledetekcyjnych
• NSteledetekcja0.913
• NSstandardowy0.750
• NSmax1

18
Podsumowanie

• Pozyskiwanie parametrów przestrzennych do modeli
  hydrologicznych z nowoczesnych zródel
  teledetekcji poprawia wyniki symulacji / prognoz
• Zaleca sie stosowanie danych teledetekcyjnych /
  GIS takze w innych dziedzinach modelowania
• Narzedzia do obróbki i analizy danych GIS
  (ArcObjects, R) pozwalaja znacznie skrócic prace
  i poszerzyc standardowe mozliwosci oprogramowania.

19
Dziekuje za uwage Tomasz Berezowski t.berezowski_at_
levis.sggw.pl SGGW w WarszawieVrije Universiteit
Brussel