ALEŠ DRÁB HYDROINFORMATIKA I -...

VYSOKÉ U�ENÍ TECHNICKÉ V BRN� FAKULTA STAVEBNÍ

ALEŠ DRÁB

HYDROINFORMATIKA I MODUL M05

VYUŽITÍ GIS P�I �EŠENÍ 1D ÚLOH PROUD�NÍ VODY

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Hydroinformatika I · Modul 5

- 2 (29) -

© Aleš Dráb, Brno 2005

Obsah

- 3 (29) -

OBSAH

1 Úvod ...............................................................................................................5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5 1.3 Doba pot�ebná ke studiu .......................................................................6 1.4 Klí�ová slova.........................................................................................6 1.5 Metodický návod na práci s textem (nepovinné) ..................................6

2 P�íprava vstupních dat (pre-processing)....................................................7 2.1 Definování osy toku ..............................................................................8 2.2 Definování b�ehových �ar ...................................................................12 2.3 Definice os protékaných oblastí ..........................................................13 2.4 Definice výpo�tových p�í�ných profil� ..............................................15 2.5 P�evod 2D k�ivek na 3D......................................................................18 2.6 Generování vstupního souboru pro HEC-RAS...................................21

3 Hydraulický výpo�et v HEC-RAS ............................................................22 4 Vyhodnocení výsledk� (post-processing) .................................................23 5 Záv�r ............................................................................................................29

5.1 Shrnutí .................................................................................................29 5.2 Studijní prameny .................................................................................29

5.2.1 Seznam použité literatury .....................................................29 5.2.2 Seznam dopl�kové studijní literatury ...................................29 5.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny ...........................29

Úvod

- 5 (29) -

1 Úvod

P�i �ešení jednorozm�rných (1D) úloh proud�ní vody je v inženýrské praxi využívána celá �ada, p�edevším geografických podklad�. Jedná se o mapová díla, geodetická m��ení, digitální modely terénu, ortofotomapy, hydrologická data atd.. Rovn�ž výsledky výpo�t� – hodnoty kót hladin v p�í�ných profilech – se zpravidla prezentují v podob� mapových podklad� (mapy rozliv� a hlou-bek vody). Na vypo�tených datech je t�eba �asto aplikovat metody plošné a prostorové analýzy. Zpracovatel tedy krom� programového vybavení pro hyd-rodynamické modelování pot�ebuje ú�inný nástroj pro práci s geografickými daty, kterým je �asto geografický informa�ní systém (GIS). Sou�asné progra-mové nástroje GIS jsou již schopny ve v�tšin� p�ípad� plnit bezezbytku úlohy spojené s �ešením 1D úloh. �ada z nich rovn�ž disponuje otev�enou architektu-rou, která umož�uje tvorbu uživatelských nástroj� a aplikací dle pot�eb uživa-tele.

1.1 Cíle

Cílem tohoto modulu je na p�íklad� �ešení 1D úlohy proud�ní vody prezentovat možnosti GIS p�i p�íprav� dat pro simula�ní modely (pre-processing) a vyhod-nocení výsledk� (post – processing).

Tento modul je úvodem do analýzy záplavových území s využitím výsledk� 1D matematického modelování proud�ní vody. K tomuto ú�elu existuje celá �ada r�zných metod a program�. Zde se seznámíte s výpo�tovým modelem HEC-RAS (HEC-River Analysis Systém) [7] a nádstavbou ArcGIS – HEC-GeoRas [7]. Sou�ásti modulu jsou následující �innosti:

• Pre-processing - získání geometrických dat koryta toku a záplavového území z digitálního modelu terénu ve formátu TIN s využitím ArcGIS + GeoRAS. Data budou sloužit jako vstup do výpo�tového 1D modelu HEC-RAS.

• Import dat do HEC-RAS a spušt�ní výpo�tu ustáleného nerovnom�r-ného proud�ní.

• Export výsledk� výpo�t� z HEC-RAS do ArcGIS + GeoRAS a vytvo-�ení map záplavových území a hloubek vody.

Zájmová oblast, která byla zvolena pro ú�ely výpo�tu byla p�evzata z [6].Vstupní data používaná pro projekt zahrnují soubory ve formátu shapefile, digitální model terénu ve formátu TIN a sešit aplikace MS Excel s hydrologic-kými údaji.

1.2 Požadované znalosti

K absolvování tohoto modulu jsou nezbytné základní znalosti práce s programovým vybavením ArcGIS v rozsahu zpracovaném v rámci modulu 4 (Vodohospodá�ský projekt GIS). Výhodou je rovn�ž orienta�ní znalost �ešení 1D úloh proud�ní vody.


- 6 (29) -

1.3 Doba pot�ebná ke studiu

Doba pot�ebná ke zvládnutí textu odpovídá 6 výukovým hodinám, tedy cca 6 x 50 min.

1.4 Klí�ová slova

geografický informa�ní systém (GIS), 1D matematické modelování, ArcGIS, HEC-RAS, HEC-GeoRAS.

1.5 Metodický návod na práci s textem (nepovinné)

Text modulu je t�eba procházet postupn� (nep�eskakovat mezi kapitolami) a pr�b�žn� zpracovávat uvedené p�íklady a úlohy. Spln�ním úlohy je mnohdy podmín�no pochopení dalšího textu, který navazuje na poznatky získané b�hem jejího �ešení.

K úsp�šnému absolvování obsahu modulu je t�eba mít k dispozici nadstavbu Hec-GeoRas (Verze 4.1 pro ArcGIS 9.1), která byla vytvo�ena na základ� spo-lupráce mezi organizacemi Hydrologic Engineering Center (HEC) a Enviro-mental Systém Research Institute, Inc. (ESRI). K tomu, abyste mohli tuto nad-stavbu využívat je t�eba mít nainstalovaný software ArcGIS 9.x s nadstavbami 3D Analyst a Spatial Analyst. Rovn�ž musíte mít nainstalovaný HEC-RAS verze 3.1.3 a vyšší.

Podrobn�jší informace o programech HEC-Ras a HEC-GeoRas je možné získat na internetových stránkách [7]. Zde je rovn�ž možné stáhnout uvedené programy, v�etn� manuál� a vzorových p�íklad�.

Vyhodn

- 7 (29) -

2 P�íprava vstupních dat (pre-processing)

Cílem této kapitoly je vytvo�it vstupní data, která budou importována do HEC-RAS. Jedná se o 3D osu toku a 3D p�í�né profily na toku. Postup provedeme ve t�ech krocích:

1. P�íprava 2D k�ivek vymezujících osu toku, p�í�né profily, b�ehy toku a sm�ry proud�ní vody.

2. Použití nástroj� z menu RAS Geometry aplikace GeoRas k vytvo�ení 3D dat na základ� DMT. Konkrétn� se bude jednat o úpravu k�ivek p�i-pravených v p�edcházejícím kroku.

3. Generování souboru s geometrií koryta pro import do HEC-RAS.

Otev�ete nový dokument v ArcMap a p�esv�d�te se zda máte zapnutý panel nástroj� HEC-GeoRas. P�ed zahájením práce je t�eba uložit váš nový doku-ment do vašeho pracovního adresá�e nap�. pod názvem georas_cv.mxd.

V této �ásti projektu bude vaším úkolem získat z digitálního modelu terénu (DMT) údaje o geometrii koryta a záplavového území. Tyto informace budou sloužit jako podklad pro výpo�et v programu HEC-RAS.

Nyní již m�žete do dokumentu p�idat DMT ve formátu TIN. Kliknutím na tla-�ítko (Add Data) vložíte soubor DMT.

Obr. 2.1 ArcMap s vloženým DMT ve formátu TIN


- 8 (29) -

Úkol 2.1

Soubor s DMT ve formátu TIN otev�ete v aplikaci ArcScene a vyzkoušejte si nástroje pro práci s prostorovými daty

2.1 Definování osy toku

Zakreslení k�ivek vymezujících osu toku, p�í�né profily, b�ehy toku a sm�ry proud�ní vody se provádí z menu RAS Geometry aplikace GeoRas. Jako první je t�eba zakreslit osu toku. Zvolíme menu Ras Geometry | Create RAS Layers | Stream Centerline (obrázek 2.2) a následn� zadáme do dialogového okna (obrázek 2.3) název vrstvy pro zakreslení osy toku (nap�. Osa_toku).

Obr. 2.2 – Vytvo�ení vrstvy s osou toku v GeoRas

Obr. 2.3– Zadání názvu vrstvy s osou toku v GeoRas

V tuto chvíli máme dv� možnosti, jak dále postupovat. Osu toku je možné za-kreslit ru�n�, nap�. na základ� mapových podklad�. Druhou, mén� pracnou možností, je p�evzít již vytvo�enou osu toku z jiného souboru. V našem p�ípad� p�ipadá v úvahu druhá možnost, nebo� máme k dispozici soubor osa.shp, který již zakreslené osy toku obsahuje.

Praktický postup zahájíme p�epnutím do edita�ního režimu volbou Editor | Start Editing na panelu nástroj� Editor. Následuje volba vrstvy pro editaci pomocí rozbalovací nabídky. tak, jak je vid�t na obrázku 2.4. Nyní bychom mohli zahájit “ru�ní” kreslení osy toku tla�ítkem .

Vyhodn

- 9 (29) -

Obr. 2.4 – Zapnutí edita�ního režimu v ArcMap

My však zvolíme jinou možnost, a to využití zakreslené osy toku v samostat-ném souboru osa.shp. Postup je velice jednoduchý, zapo�neme ho p�idáním vrstvy osa.shp do stávajícího dokumentu v ArcMap.

Z panelu nástroj� Editor zvolíme tla�ítko pro výb�r prvk� a vybereme jed-notlivé �ásti osy toku z vrstvy osa.shp (viz obrázek 2.5). Vícenásobný výb�r prvk� provedeme za sou�asného stisku klávesy SHIFT. Pokud máme vybrány všechny �ásti osy, tak jak je vid�t na obrázku 2.5, pokra�ujeme kopírováním vybraných prvk� z vrstvy osa do vrstvy Osa_toku. Stiskem CTRL + C nakopí-rujeme vybrané prvky z vrstvy osa do schránky a následným stiskem CTRL + V je vložíme do vrstvy Osa_toku.

Obr. 2.5– Výb�r �ástí osy toku z vrstvy osa.shp

V tuto chvíli již m�žeme ukon�it edita�ní režim pomocí Editor | Stop Editing. Definování osy toku však ješt� není u konce. K osám je nutno p�i�adit atributo-vý údaj o názvu úseku (Reach) a názvu toku (River). Pokud otev�eme atributo-vou tabulku vrstvy Osa_toku, m�žeme se p�esv�d�it, že sloupce River a Reach jsou prázdné (viz obrázek 2.6).


- 10 (29) -

Obr. 2.6– Atributová tabulka vrstvy Osa_toku

P�i�azení t�chto chyb�jících údaj� provedeme s panelem nástroj� HEC-GeoRas, tla�ítkem . Po jeho stisku se kurzor zm�ní do podoby k�íže, kterým postupn� vybereme jednotlivé úseky toku (obrázek 2.7) a p�i�adíme jim p�í-slušné názvy nap�. dle tabulky 2.1.

Obr. 2.7– P�i�azení údaj� River a Reach úsek�m osy toku

Vyhodn

- 11 (29) -

Tab. 2.1– Hodnoty údaj� River a Reach na jednotlivých úsecích osy toku

Lokalizace úseku River Reach

Severovýchod ��

Severozápad ��

Jih ��

Úkol 2.2

Po p�i�azení údaj� River a Reach se p�esv�d�te otev�ením atributové tabulky vrstvy Osa_toku, zda p�íslušné sloupce obsahují zadané údaje.

Poznámka

V p�ípad�, že se jeden tok (River) skládá z více úsek� (Reach) je t�eba dodržet pravidlo stejného názvu toku. Jednotlivé úseky stejného toku musí mít zadaný identický název toku (River).

Informace

Pokud se �í�ní sí� skládá z více úsek�, pak je t�eba dodržovat jistá topologická pravidla. P�edevším se jedná o místa, kde na sebe navazují jednotlivé úseky toku. Zde je t�eba striktn� dodržet, aby useky na sebe navazovaly p�esn� v jednom uzlu. Nesmí docházet ke k�ížení úsek�, nebo naopak k jejich nepropojení. V p�ípad� “ru�ního” kreslení úsek� toku (nap�. p�i digitalizaci z mapových podklad�) lze s výhodou využít tzv. uchopování (Snap), které lze nastavit v panelu nástroj� Editor. Pro stávající data (nap�. p�evzatá z geodetického m��ení, ZABAGED, HEIS, apod.) m�žeme provést kontrolu definování tzv. topologických pravidel.

Úkol 2.3

Vyzkoušejte prakticky možnosti uchopování (Snap) nastavením v panelu nástroj� Editor. Bližší informace k tomuto tématu naleznete nap�. v nápov�d� (Help).

Úkol 2.4

Pomocí aplikace ArcCatalog zjist�te, v jakém formátu se ukládají data vy-tvo�ená nadstavbou GeoRas.


- 12 (29) -

2.2 Definování b�ehových �ar

V tomto okamžiku máme definovány osy toku a m�žeme p�istoupit zakreslení b�ehových �ar, tvo�ících hranici mezi korytem toku a inunda�ním územím. Tento krok není povinný, protože linie b�eh� lze definovat i p�ímo v programu HEC-RAS v jednotlivých p�í�ných profilech toku.

Postup zadání b�ehových �ar zahájíme, obdobn� jako u osy toku, tla�ít-kem Ras Geometry | Create RAS Layers | Bank Lines. Rovn�ž zadáme ná-zev vrstvy do které se budou zakreslovat b�ehové �áry (nap�. Breh_cary). Zkontrolujeme zda se nám nová vrstva Breh_cary p�idala do seznamu vrstev v levé �ásti obrazovky a p�epneme se do edita�ního režimu volbou Editor | Start Editing na panelu nástroj� Editor. Samoz�ejm� zvolíme správnou vrstvu pro editaci pomocí rozbalovací nabídky. Nyní zahájíme “ru�ní” kreslení b�eho-vých �ar tla�ítkem .

Poznámka

P�i kreslení b�ehových �ar bychom m�li mít na pam�ti následující pravidla:

• K ose mohou být p�i�azeny pouze dva b�ehy (levý, pravý).

• B�ehové �áry mohou být p�erušené. Nemusíme tedy dodržovat p�ísná topologická pravidla jako u osy toku.

• P�i kreslení b�ehových �ar nezáleží na orientaci. Je lhostejné, zda nej-prve kreslíme levý �i pravý b�eh. Stejn� tak nezaleží, zda postupujeme proti �i po proudu toku.

• Jak již bylo zmín�no, vytvo�ení této vrstvy je volitelné.

K zakreslení b�ehových �ar použijeme v našem p�ípad� jako podklad DMT. V praxi lze rovn�ž využít nap�. mapové podklady, geodetická m��ení apod. Stejn� jako u osy toku i b�ehové �áry m�žeme p�evzít z již vytvo�ených pod-klad� a nemusíme je tedy vždy “ru�n�” digitalizovat.

Trasu b�ehových �ar odhadneme tak, jak je zachyceno na obrázku 2.8. Doda-te�né korekce je možné provést i v programu HEC-RAS.

Vyhodn

- 13 (29) -

Obr. 2.8– Zakreslení b�ehových �ar na podklad� DMT

2.3 Definice os protékaných oblastí

Dalším krokem je definice os protékaných oblastí (Flow Path Centerlines). Mezi protékané oblasti za�adíme koryto toku a inunda�ní území na obou b�e-zích. Pokud již existuje zakreslená osa toku, což je i náš p�ípad, je možné ji automaticky nakopírovat jako jednu os protékané oblasti (koryto toku). Nyní zvolte na panelu nástroj� Ras Geometry | Create RAS Layers | Bank Lines. Pokud již existuje osa toku, následuje dotaz, zda chceme provést její kopii mezi osy protékaných oblasti (obrázek 2.9). V našem p�ípad� m�žeme potvrdit klik-nutím na Yes. Dále jsme dotázáni na volbu vrstvy s osou toku (zde Osa_toku) a název pro novou vrstvu s osami protékaných oblastí (zvolíme nap�. Osa_prot_oblast).

Obr. 2.9– Dotaz na kopii osy toky mezi osy protékaných oblasti

Úkol 2.5

Ov��te použitím aplikace Arc Catalog, zda v geodatabázi projektu nov� p�i-byla vrstva s osami protékaných oblastí.


- 14 (29) -

Nyní je t�eba pokra�ovat zakreslením os protékaných oblastí na pravém a le-vém b�ehu. Stejn� jako v p�ípad� zakreslování b�ehových linií je t�eba dodržo-vat jisté zásady:

• Osy protékaných oblastí je t�eba zakreslovat ve sm�ru toku.

• Všechny osy protékaných oblastí se musí protínat s p�í�nými profily (vytvo�ení p�í�ných profil� bude vysv�tleno v dalším textu).

Osy protékaných oblastí zakreslete do p�íslušné vrstvy v edita�ním režimu p�i-bližn� tak, jak vidíte na obrázku 2.10. P�i kreslení nezapome�te na dodržování orientace postupu zadávání jednotlivých bod� osy ve sm�ru toku.

Obr. 2.10– Zakreslení os protékaných oblastí

Pokud již máte jednotlivé osy zakresleny, je t�eba jim p�i�adit atributový údaj o tom, zda se jedná o protékanou oblast v toku, na levém �i pravém b�ehu. Tato akce se provede pomocí tla�ítka na panelu nástroj� HEC-GeoRas. Po klik-nutí na tla�ítko je t�eba pomocí kurzoru vybrat jednotlivé osy protékaných ob-lastí a p�i�adit jim p�íslušný údaj v rozbalovací nabídce, jak je patrné z obrázku 2.11.

Vyhodn

- 15 (29) -

Obr. 2.11– P�i�azení atribut� osám protékaných oblastí

Úkol 2.6

Zjist�te, jak se v atributové tabulce vrstvy Osa_prot_oblast projevil práv� zadaný údaj o umíst�ní protékané oblasti.

2.4 Definice výpo�tových p�í�ných profil�

Dalším krokem p�ípravy dat je definování výpo�tových p�í�ných profil� na toku. Pro zakreslené p�í�né profily bude následn� aplikací GeoRas stanoveno stani�ení na toku. Jednotlivým bod�m p�í�ného profilu budou dále p�i�azeny údaje o výškových kótách na základ� DMT. Zde je podstatný p�ínos použití aplikace GeoRas, který spo�ívá v omezení “ru�ního zadávání profil�“ p�ímo v programu HEC-RAS. Definice p�í�ného profilu sestává pouze v jeho zakres-lení pomocí p�ímé nebo lomené �áry. Pro danou akci je však nutné mít k dispozici odpovídající DMT. Základní pravidla pro zakreslení p�í�ných profi-l� jsou následující:

• P�í�né profily musí být zakresleny ve sm�ru z levého b�ehu na pravý. Tedy, zakreslete všechny p�í�né profily z leva doprava tak, jako byste se dívali ve sm�ru proud�ní vody v toku.

• P�í�né profily musí protínat všechny t�i osy pr�to�ných oblastí, osu to-ku a ob� b�ehové linie (pokud jsou definovány).

• Linie vymezující trasu p�í�ného profilu by m�la mít sm�r normály ke sm�ru proud�ní. Toto pravidlo je obtížné v n�kterých p�ípadech striktn� dodržet, ale m�li byste ho mít vždy na pam�ti.

• P�í�né profily se nesmí vzájemn� protínat.

Kreslení p�í�ných profil� za�n�te klinutím na Ras Geometry | Create RAS Layers | XS Cut Lines a zadejte název vrstvy pro p�í�né profily (nap�. Profi-ly).


- 16 (29) -

Zakreslení p�í�ných profil� provedete op�t v edita�ním režimu, p�i�emž neo-pome�te dodržet zmi�ované pravidlo o sm�ru zadání bod� p�í�ného profilu. Dále berte v úvahu tato doporu�ení:

• V p�ípad� budov, které jsou sou�ásti DMT se chovejte, jako by neexis-tovaly.

• Vyhn�te se umíst�ní profil� v místech, kde je z DMT patrné nap�. p�e-most�ní toku. V t�chto místech totiž DMT neobsahuje údaje o výško-vých kótách dna koryta, ale nap�. mostovky. P�íklad je vid�t na obráz-ku 2.12.

• Umíst�te p�í�né profily v místech p�edpokládaného zadání okrajových podmínek pro výpo�et.

• Po�áte�ní a koncový bod p�í�ného profilu by se m�l nacházet mimo p�edpokládané hranice rozlivu vody v inunda�ním území. Je tedy lépe po�ítat s jistou rezervou a p�í�ný profil rad�ji zakreslit delší.

Pro ú�ely tohoto cvi�ení zakreslete na každý úsek toku cca 10 až 20 p�í�ných profil�, jak je vid�t na obrázku 2.13.

Obr. 2.12– Detail mostu v DMT – nevhodné pro umíst�ní p�í�ného profilu.

Informace

GeoRAS umož�uje i hromadné zakreslování p�í�ných profil�, nap�. ur�ením po�tu profil� na daném úseku toku. Bližší informace viz Nápov�da (Help).

Vyhodn

- 17 (29) -

Obr. 2.13 – P�íklad umíst�ní p�í�ných profil� na toku.

Úkol 2.7

Znovu p�ekontrolujte, zda vámi zakreslené p�í�né profily spl�ují požadavky uvedené v p�edchozím textu. Pro ov��ení správné orientace p�í�ných profil� zapn�te ve vlastnostech vrstvy Profil, šipky na konci linie (viz obrázek 2.14) .

Obr. 2.14 – Kontrola orientace p�í�ných profil� na toku.

Informace

V rámci p�edchozích odstavc� jsme vytvo�ili pouze základní nezbytné vrstvy pro import do HEC-RAS. Nádstavba GeoRas však umož�uje zadávat i množství dalších parametr�, jako je nap�. drsnost povrchu, ochranné hráze atd. Podrobn�jší informace o t�chto užite�ných funkcích lze nálézt bu� p�ímo


- 18 (29) -

v nápov�d� (Help) GeoRas nebo v uživatelském manuálu, který je k dispozici na internetu.

Úkol 2.8

Zjist�te funkci a otestujte tla�ítka , . Využijte nápov�du, pop�ípad� uživatelský manuál GeoRas.

2.5 P�evod 2D k�ivek na 3D

V tuto chvíli již máme p�ipraveny všechny nezbytné vrstvy po generování vstupních dat do programu HEC-RAS. Je t�eba si však uv�domit, že všechny námi dosud vytvo�ené vrstvy jsou prozatím pouze dvourozm�rné (2D). Nap�í-klad p�í�ným profil�m chybí d�ležitý údaj o v́ýškových kótách dna koryta a inunda�ního území. Údaje o výškopisu zájmového území však máme k dispo-zici ve formátu TIN (v podob� digitálního modelu terénu) ve vrstv� DMT. Zbývá tedy pouze p�i�adit údaje o výškopisu z vrstvy DMT zbývajícím, proza-tím 2D vrstvám. Princip této operace je dob�e patrný na p�íklad� p�í�ného pro-filu z obrázku 2.15.

Obr. 2.15 – P�i�azení výškových kót bod�m p�í�ného profilu.

Nejprve je t�eba sd�lit nadstavb� GeoRas, kde nalezne p�íslušné vrstvy k pro-vedení výše zmi�ovaných �inností. K tomu zvolíme z menu Ras Geometry | Layer Setup a ov��íme zda souhlasí nastavení s obrázky 2.16 až 2.18.

Vyhodn

- 19 (29) -

Obr. 2.16– Nastavení umíst�ní DMT.

Obr. 2.17– Nastavení umíst�ní povinných vrstev s osou toku a p�í�nými profily.

Obr. 2.18– Nastavení umíst�ní volitelných vrstev s b�ehovými liniemi a osami pr�to�ných

oblastí.


- 20 (29) -

Úkol 2.9

Otev�ete postupn� atributové tabulky námi vytvo�ených vrstev a pozna�te si, které sloupce jsou dosud nevypln�né, tj. obsahují hodnotu <Null>. B�hem následujících operací, kontrolujte, zda dochází ke vkládání údaj� do prázd-ných sloupc� atributových tabulek a zjist�te co tyto údaje znamenají.

Nyní budeme postupn� dopl�ovat chyb�jící údaje do atributových tabulek jed-notlivých vrstev. Všechna tato data jsou nezbytná pro budoucí úsp�šné vytvo-�ení importního souboru do HEC-RAS.

Z panelu nástroj� GeoRas postupn� zvolíme Ras Geometry | Stream Center-line Atributes | Topology, Ras Geometry | Stream Centerline Atributes | Lengths/Stations a Ras Geometry | Stream Centerline Atributes | Elevati-ons. Posledn� zmi�ovaná volba vyvolá dialog (viz obrázek 2.19), který vyža-duje zadání stávající 2D osy toku, zdroje výškopisu (DMT) a název nové vrst-vy do které se uloží 3D osa toku.

Obr. 2.19– Dialog konverze 2D na 3D osu toku.

Obdobným postupem jako u osy toku postupn� volíme Ras Geometry | XS Cut Line Atributes | River/Reach Atributes, Stationing, Bank Stations, Downstream Reach Lengths, Elevations.

Úkol 2.10

Objasn�te funkci jednotlivých p�íkaz� v menu Ras Geometry | XS Cut Line Atributes…

Úkol 2.11

Do aplikace ArcScene na�t�te všechny sou�asné vrstvy projektu. Pokuste se dosáhnout obdobného zobrazení, jako je na obrázku 2.20. Srovnejte rozdíl mezi 2D a 3D daty.

Vyhodn

- 21 (29) -

Obr. 2.20– Srovnání 2D na 3D datových vrstev projektu.

2.6 Generování vstupního souboru pro HEC-RAS

Nyní již máme vše p�ipraveno k poslednímu kroku a tím je vytvo�ení vstupního souboru pro HEC-RAS s údaji o geometrii toku.

Akci provedeme volbou Ras Geometry | Extract GIS Data. Následuje výzva k zadání názvu a umíst�ní souboru ur�eného pro import do HEC-RAS. Zvolí-me nap�. GIS2RAS. Výsledkem jsou soubory ve dvou r�zných formátech:

• textový soubor s koncovkou *.sdf ur�ený pro import do HEC-RAS;

• soubory ve formátu XML.

Úkol 2.12

Otev�ete textový soubor GIS2RAS.RASImport.sdf a pokuste se porozum�t jeho obsahu. Prove�te zb�žnou kontrolu, zda generování souboru prob�hlo úsp�šn�.


- 22 (29) -

3 Hydraulický výpo�et v HEC-RAS

V této �ásti �ešení projektu by následovalo sestavení výpo�tového modelu v programu HEC-RAS pro naši zájmovou oblast. Jako vstupní podklad by sloužila data o geometrii koryta p�ipravená s pomocí nadstavby GeoRas v rámci minulé kapitoly a dále hydrologická data v souboru *.xls. Celý postup by spo�íval v t�chto krocích:

• Založení nového projektu HEC-RAS, na�tení geometrie toku a hydro-logických dat.

• Dopln�ní chyb�jících vstupních parametr� modelu a kontrola dat p�i-pravených v GIS.

• Spušt�ní výpo�tu ustáleného nerovnom�rného proud�ní, kalibrace a p�ípadná úprava modelu.

• Export výsledk� ke zpracování v GeoRas.

Vzhledem k tomu, že cílem tohoto modulu není provád�ní výpo�t� v programu HEC-RAS, využijeme v další kapitole již p�ipravené výsledky výpo�t�.

Seznámení s programem HEC-RAS m�žete provést formou samostudia, pop�. v rámci jiných odborných p�edm�t�.

Obr. 3.1– Program HEC-RAS..

Vyhodnocení výsledk� (post-processing)

- 23 (29) -

4 Vyhodnocení výsledk� (post-processing)

Cílem této �ásti cvi�ení je na�tení výsledk� z HEC-RAS do GIS za ú�elem vytvo�ení hranic rozliv� a map hloubek vody.

Prvním krokem je konverze souboru s výsledky (*.sdf) do formátu XML, což provedeme tla�ítkem na panelu nástroj� GeoRas.

Veškeré další akce budou již probíhat v menu Ras Mapping. Nejd�íve prove-deme základní nastavení v Ras Mapping | Layer Setup, jak je vid�t na obráz-ku 4.1. Výsledkem je nový datový rámec (Data Frame), který se nám zobrazí v seznamu vrstev (viz obrázek 4.2).

Obr. 4.1– Nastavení parametr� v Ras Mapping.

Obr. 4.2– Nový datový rámec vytvo�ený v Ras Mapping | Layer Setup.

Dále budeme pokra�ovat na�tením souboru s výsledky, který jsem si vygene-rovali po výpo�tu v HEC-RAS (nyní má konverzi formát XML), a to volbou Ras Mapping | Read RAS GIS Export File. Po na�tení dat bychom m�li do-sáhnout stavu, který je na obrázku 4.3.


- 24 (29) -

Obr. 4.3– Na�tená data s výsledky z HEC-RAS.

Obr. 4.4– Výb�r sady výsledk� výpo�tu pro které bude vytvo�en TIN hladiny.

Po na�tení dat s výsledky z HEC-RAS budeme pokra�ovat jejich analýzou, tj. vytvo�ením hranic rozlivu (vektorová data – polygon) a výpo�tem hloubek v záplavovém území (rastrová data).

Nejprve vytvo�íme plochu hladiny ve formátu TIN, která je nezbytná k prove-dení výše uvedených analýz. Volíme Ras Mapping | Inundation Mapping | Water Surface Generation. Výsledek je patrný na obrázku 4.5. Je z�ejmé, že další analýza se bude provád�t pouze v oblasti ohrani�ené �ervenou �arou, tj. v oblasti vymezené p�í�nými profily. Mimo tyto hranice nelze hodnoty z TIN hladiny použít !


- 25 (29) -

Obr. 4.5– Vytvo�ený TIN plochy hladiny.

Nyní z vytvo�eného TIN hladiny a DMT vytvo�íme mapy hloubek. Z menu vybereme Ras Mapping | Inundation Mapping | Floodplain Delineation | Grid Intersection. Výsledkem jsou dv� nové vrstvy obsahující vektorová data s polygony ohrani�ujícími záplavové území (viz obrázek 4.6) a rastrová data s hodnotami hloubek vody v záplavovém území (viz obrázek 4.7).

Obr. 4.6– Vytvo�ené hranice rozlivu.


- 26 (29) -

Obr. 4.7– Vytvo�ené mapy hloubek vody.

Úkol 4.1

Zjist�te jaká je plocha záplavového území v zájmové oblasti. Lokalizujte místa s maximální hloubkou vody mimo koryto toku.

Data, která jsme práv� obdrželi jako výsledek analýz, nelze v žádném p�ípad� brát jako finální. Vždy je t�eba provést kontrolu a korekce zpracovatelem.

Úkol 4.2

V souvislosti s výše uvedenými informacemi prove�te kontrolu vámi vytvo�ených hranic rozlivu, ozna�te místa nutná ke korekci a prove�te diskuzi nad d�vody vzniku nedostatk� ve výsledcích.

Úkol 4.3

Prove�te prezentaci výsledk� s použitím aplikace ArcScene. Použijte vrstvy DMT a TIN plochy hladiny. M�li byste dosáhnout podobného výsledku, jako je uvedeno na obrázku 4.8.


- 27 (29) -

Obr. 4.8– Prezentace výsledk� v ArcScene.

Záv�r

- 29 (29) -

5 Záv�r

5.1 Shrnutí

Práv� jste úsp�šn� dokon�ili poslední z modul� u�ebního textu p�edm�tu Hyd-roinformatika I. Obsah tohoto modulu vám nazna�il sou�asný trend využití GIS ve spojení se simula�ními modely. Seznámili jste se s možnostmi využití DMT jako zdroje vstupních dat pro �ešení 1D úloh proud�ní vody. DMT jste rovn�ž využili p�i prostorové analýze ke stanovení hranic rozlivu a výpo�tu hloubek vody v záplavovém území.

5.2 Studijní prameny

5.2.1 Seznam použité literatury

[1] Ackerman, C.T. HEC-GeoRAS – An extension for suppor of HEC-RAS using ArcGIS. U.S. Army Corps of Engineers 2005.

5.2.2 Seznam dopl�kové studijní literatury

[2] Bratt, S., Booth, B. ArcGIS 9 - Using ArcGIS 3D Analyst. Esri Press 2002.

[3] McCoy, J. et.al. ArcGIS 9 - Using ArcGIS Spatial Analyst. Esri Press 2002.

5.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny

[4] ESRI - http://www.esri.com/

[5] Stránky zam��ené na virtuální výuku GIS - http://campus.esri.com/

[6] GIS Water Resources Consortium - http://www.crwr.utexas.edu/giswr/

[7] The Hydrologic Engineering Center (HEC) –

http://www.hec.usace.army.mil/software/software.html

ALEŠ DRÁB HYDROINFORMATIKA I -...

Documents

Transcript of ALEŠ DRÁB HYDROINFORMATIKA I -...