Spatial Analyst/Hydology: Gewässernetz/Siedlungsbereiche

Hallo Geo,

die ArcHydro Tools (Erweiterung von Prof. Maidment, UNI Texas) enthalten bei den Terrain Preprocessing / DEM Manipulation Tools "Build Walls". Da gibt es sowohl "Outer Walls" für die Außengrenze des Gebietes als auch "Inner Walls", was bestimmte Gebiete innerhalb des Bearbeitungsraumes von der Berechnung ausschließt.
Insgesamt finde ich die Nutzung der ArcHydro Tools ohnehin praktikabler als die ArcGIS „Standard" Hydrology Tools. Die Erweiterung an sich ist kostenlos, setzt auf den Spatial Analyst auf.

Eine Frage noch zu deinem „Kochrezept-Arbeitsablauf": flowdir, sink, flowaccumulation – war das nur zufällig so hingeschrieben, oder ist das deine Reihenfolge? Eigentlich sollte doch die Behandlung der sinks vor flowdirection kommen...

Eine andere Frage wäre: was meinst du mit „die Siedlungsbereiche stören die Berechnung"? Da in Siedlungen die Gewässer oft unterirdisch (verrohrt) verlaufen, können sie im DGM nicht als Abflusswege gefunden werden. Dagegen kann man aber ein Gewässernetz (Linienshape) „einbrennen" (Methode „AGREE" von Hellweger 1997, auch mit den ArcHydro Tools), damit die Abflusswege korrekt gefunden werden.

Die verschiedenen Rechenwege sind natürlich an den Zweck der Berechnung anzupassen und abzuwägen:
Das Gewässernetz in den Siedlungsbereichen kann eigentlich nicht losgelöst von den Abflusslinien im Freiland betrachtet werden, weil sonst ja wichtige Abflusswege fehlen (und die meisten Siedlungen liegen an Gewässern...). Deshalb ist die Inner walls-Methode ggf. fragwürdig.
Wenn Suche nach Abflusslinien der Zweck der Berechnung sein soll, ist es natürlich Quatsch, zuerst Gewässerlinien einzubrennen.
Also zunächst die Überlegung: was ist Ziel und Zweck der Berechnung?

Grüße
Rena

Hallo Geo,
tja, wenns einfach wäre, wärs ja langweilig!

Die Abflussmodellierung auf einem Höhenmodell geht von der Annahme aus, dass sich die Gewässer im "Taltiefsten" befinden. Das stimmt so eigentlich nur in vom Menschen kaum beeinflussten Gelände (das es in Europa kaum noch gibt...).
Selbst ein qualitativ hochwertiges und höhengenaues DGM kann im besten Fall nur ein Abbild der Erdoberfläche erschaffen, was hydrologisch gesehen nicht automatisch korrekt ist. Beispiel: ein hoher Bahndamm in flachem Gelände schneidet scheinbar Abflusswege ab. Die Durchlässe für die Gewässer sind im DGM nicht enthalten.

Auch die Qualität eines DGM kann schwanken: wie wurden die Höhen ermittelt (Digitalisierung von Höhenlinien, Laserscanning, Vermessung?), wie wurde das DGM aus den (Punkt)Messungen interpoliert (über TIN, per Interpolation wie Kriging, Spline, IDW, ...?), wie ist die Auflösung der Quelldaten im Verhältnis zur Rasterauflösung des DGM-Grid?

In dichten Siedlungsbereichen ist das noch komplizierter: Gebäude werden ja für ein DGM rausgerechnet (beim DOM sind sie noch drin...), die Grundflächen (manchmal) mit Punkten zur „Bodenplatte" aufgefüllt. Gewässer sind abschnittweise verrohrt und fast immer von ihrem natürlichen Verlauf verlegt worden.
Das alles kann in der reinen Berechnung nach Geländegefälle zu Fehlinterpretationen führen. Deshalb gibt es (auch in den ArcHydro Tools) so viele Werkzeuge fürs „Preprocessing": die Vorbereitung des DGM für die Berechnung, quasi die Herstellung eines HYDROLOGISCH korrekten DGM.
Insgesamt ist die Modellierung von Oberflächenabfluss nichts, was sich wirklich per „Knopfdruck" erledigen liesse.
Man muss das Ziel der Berechnung immer mit den „Nebenwirkungen" der eingesetzten Methoden / Werkzeuge abgleichen.

Wenn du Lust auf vertiefende Recherche hast, such doch im Internet nach der Dissertation von Colson: (2006): Stream Network Delineation from High Resolution Digital Elevation Models. Dept. of Forestry and Environmental Resources, North Carolina State University, Raleigh.

Von Callow gibt's einen Artikel über die vorbereitende Manipulation von DGM zum Zwecke hydrologischer Berechnungen (2007): How does modifying a DEM to reflect known hydrology affect subsequent terrain analysis? Journal of Hydrology 332, 30-39.
Adam Mouton hat an der University of Washington eine Master Thesis abgeliefert: Generating stream maps using LIDAR derived Digital Elevation Models and 10-m USGS DEM.

Aktuellere Literatur kenn ich nicht, da meine MT im Jahr 2008 fertig wurde. Aber im Netz findet sich sicher noch was.

Grüße
Rena

PS: Überflutungsbereiche sind in GIS nochmal ein anderes Thema ...
Oben genanntes bezieht sich auf die Berechnung von Abflusslinien (nicht dasselbe wie "Gewässer") und Einzugsgebiete...