集水区划分与初步结果.pptVIP

-*- -*- 專 題報告 授課指導：李源泉、胡子凌 學生：李連容 目　錄 壹、前言 貳、研究資訊軟體 參、集水區自動劃分理論 肆、集水區劃分軟體之應用 伍、集水區地文資訊 陸、研究材料與方法 柒、集水區劃分與初步結果 壹、前言(1) 由於台灣坡地過度開發，使得集水區生態環境受到嚴重破壞，造成崩塌、土石流、河川或水庫水質劣化與泥砂淤積。不明確之集水區劃分方式，將使集水區管理不易或評估不合理。因此，建立合理之集水區自劃劃分模式，為集水區治理之重要課題。不論是在水土保持規劃設計、環境生態保育、水利工程演算、坡地開發評估及非點源污染防治中，集水區之空間資訊如集水區及水系網分布、地文水文資訊等，皆為規劃設計時不可或缺之空間資料。 壹、前言(2) 回顧以往學者提出之理論，其分為下列各項，窪地處理包括窪地移除、窪地出口配置等；流向計算包括有無窪地計算、計算迴路等；水系網萃取包括谷系萃取及單一門檻值之水系網萃取等；集水區劃分包括門檻值或河川級序為準則之集水區劃分等。 貳、研究資訊軟體(1) 1.數值高程模型 在自然資源環境領域中以DEM 為主要研究方式，數值高程模型是指任何利用數位(Digital)或數值(Numerical)方式，表現出分布於地球表面上之資料模式。 貳、研究資訊軟體(2) 2 .地理資訊系統 整合型之科學，其核心結合地理數學、地圖測量學、電腦科技等，領域除了製作地圖外，幾乎包括所有地表上下可見之事物，如土地利用、資源環保、污染防治、地質探勘、交通運輸、管線布設、都市計劃等。 基本上GIS 為一資訊系統，並能有效地進行收集、彙整、存取、分析、模擬及展示空間等資訊，並能依特殊需求與其他相關資料連結，作更廣泛之使用。以往我們皆以傳統地圖或模型來儲存及展示資料，當資料更新維護及地圖相互套疊分析時，以人工方式處理相當之不便；如果能將其資料，包括空間資料(Spatial Data)、地理資料(Geographic Data)以及屬性資料(Attibute Data)轉化成電腦處理之數值資料，能更有效地資料更新維護，也能更快速、更複雜之分析處理，所以地理資訊系統可以說是用來將空間資料轉化為資訊之工具。綜合而言，地理資訊系統為針對空間及其屬性資訊建立資料庫，並以輸入、處理、分析及輸出四大功能，作為決策及管理支援。 參、集水區自動劃分理論(1) 集水區自動劃分理論係以DEM 資料為基礎，配合地表特徵、數學演算法及電腦計算進行自動劃分之工作，理論可分為窪地處理、流向分析、累積流量計算、水系網(谷線)及稜線萃取、集水區劃分等部分。為最早將DEM 中之資料應用於谷線及稜線萃取，利用一系列之平行處理器，藉以比較鄰近網格高程標示之地形凸點及凹點，作為谷線及稜線之可能位置。 參、集水區自動劃分理論(2) (一) 符號法(Symbolic Approach) 符號法以三角網TIN 為結構基礎之演算法，Palmer(1984)，考量TIN 是由不規則三角型之邊坡單元構成，每一邊坡單元具有相同坡向，逕流之流向可由各邊坡單元推算，依據水流之匯流形狀，進而偵測谷地及稜線之位置。符號法由不規則之邊坡組成，流向分布不易推算，所以利用符號表示相同性質之邊坡。 參、集水區自動劃分理論(3) (二) 地形剖面法(Profiling Approach) 地形剖面法應用之優點為演算簡易，運算快速，因3×3 之移動視窗只考慮局部，無法真實的反應地貌，局部凹凸點之相連並無水文上的意義，需要人工加以修正，而局部高程過於敏感，可能會導入更多之錯誤(Tarboton,1989)，又經平滑化及細線化之過程，亦會改變基本之高程資料。 肆、集水區劃分軟體之應用(1) 目前集水區自動劃分軟體甚多，本研究以常用之ArcView 之Hydro 模組系統進行理論說明介紹： (一) Hydro Hydro 為地理資訊系統ArcView 軟體中ㄧ模組，需要跟Spatial Analyst 程式下執行，為ESRI 所研發，而Hydro 為水文分析模式，分析之項目為集水區資訊分析，如流向分析、計算累積流向、水系網萃取等方式，集水區自動劃分理論為Jenson and Domingue(1988)為主而發展之分析系統。 肆、集水區劃分軟體之應用(2) (二) GeoHMS 架構於ArcView 軟體界面上使用，整合既有之空間分析模組（Spatial Analyst），具有資料管理、地形處理、集水區處理、HMS 模式支援等四項主要功能（USACE,2000）。配合DEM 資料，分析建立且計算出流域之水文系統及地文資料，如流域模型、子集水區劃分、最遠流路