VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ ALEŠ DRÁB HYDROINFORMATIKA I MODUL M05 VYUŽITÍ GIS PI EŠENÍ 1D ÚLOH PROUDNÍ VODY

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

© Aleš Dráb, Brno 2005

- 2 (29) -

Obsah

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

- 3 (29) -

Úvod

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 hloubek vody). Na vypo tených datech je t eba asto aplikovat metody plošné a prostorové analýzy. Zpracovatel tedy krom programového vybavení pro hydrodynamické modelování pot ebuje ú inný nástroj pro práci s geografickými daty, kterým je asto geografický informa ní systém (GIS). Sou asné programové 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 architekturou, která umož uje tvorbu uživatelských nástroj a aplikací dle pot eb uživatele.

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 vyhodnocení 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 – HECGeoRas [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 rného proud ní.

•

Export výsledk výpo t z HEC-RAS do ArcGIS + GeoRAS a vytvoení 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 hydrologickými 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.

- 5 (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 spolupráce mezi organizacemi Hydrologic Engineering Center (HEC) a Enviromental Systém Research Institute, Inc. (ESRI). K tomu, abyste mohli tuto nadstavbu 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 .

- 6 (29) -

Vyhodn

2

P íprava vstupních dat (pre-processing)

Cílem této kapitoly je vytvo it vstupní data, která budou importována do HECRAS. 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 ipravených 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 dokument 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(Add Data) vložíte soubor DMT. ítko

Obr. 2.1 ArcMap s vloženým DMT ve formátu TIN

- 7 (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 zakreslit 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

- 8 (29) -

Vyhodn

Obr. 2.4 – Zapnutí edita ního režimu v ArcMap

My však zvolíme jinou možnost, a to využití zakreslené osy toku v samostatném 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 jednotlivé 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 nakopírujeme 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 atributový údaj o názvu úseku (Reach) a názvu toku (River). Pokud otev eme atributovou tabulku vrstvy Osa_toku, m žeme se p esv d it, že sloupce River a Reach jsou prázdné (viz obrázek 2.6).

- 9 (29) -


Obr. 2.6– Atributová tabulka vrstvy Osa_toku

P i azení t chto chyb jících údaj provedeme s panelem nástroj HECGeoRas, 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 íslušné názvy nap . dle tabulky 2.1.

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

- 10 (29) -

Vyhodn 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 vytvo ená nadstavbou GeoRas.

- 11 (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 ítkem Ras Geometry | Create RAS Layers | Bank Lines. Rovn ž zadáme název 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 ehových 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 nejprve 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 podklad a nemusíme je tedy vždy “ru n ” digitalizovat. Trasu b ehových ar odhadneme tak, jak je zachyceno na obrázku 2.8. Dodate né korekce je možné provést i v programu HEC-RAS.

- 12 (29) -

Vyhodn

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 ezích. 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 kliknutím 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 ibyla vrstva s osami protékaných oblastí.

- 13 (29) -


Nyní je t eba pokra ovat zakreslením os protékaných oblastí na pravém a levém b ehu. Stejn jako v p ípad zakreslování b ehových linií je t eba dodržovat 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 ibližn 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 kliknutí na tla ítko je t eba pomocí kurzoru vybrat jednotlivé osy protékaných oblastí a p i adit jim p íslušný údaj v rozbalovací nabídce, jak je patrné z obrázku 2.11.

- 14 (29) -

Vyhodn

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 zakreslení pomocí p ímé nebo lomené áry. Pro danou akci je však nutné mít k dispozici odpovídající DMT. Základní pravidla pro zakreslení p í ných profil 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 toku 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 . Profily). - 15 (29) -


Zakreslení p í ných profil provedete op t v edita ním režimu, p i emž neopome 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 neexistovaly.

•

Vyhn te se umíst ní profil v místech, kde je z DMT patrné nap . p emost ní toku. V t chto místech totiž DMT neobsahuje údaje o výškových kótách dna koryta, ale nap . mostovky. P íklad je vid t na obrázku 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).

- 16 (29) -

Vyhodn

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

- 17 (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 uživatelský manuál GeoRas.

2.5

,

. Využijte nápov du, pop ípad

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 íklad p í ným profil m chybí d ležitý údaj o ´výškových kótách dna koryta a inunda ního území. Údaje o výškopisu zájmového území však máme k dispozici ve formátu TIN (v podob digitálního modelu terénu) ve vrstv DMT. Zbývá tedy pouze p i adit údaje o výškopisu z vrstvy DMT zbývajícím, prozatím 2D vrstvám. Princip této operace je dob e patrný na p íklad p í ného profilu 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 provedení 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.

- 18 (29) -

Vyhodn

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.

- 19 (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 . B hem následujících operací, kontrolujte, zda dochází ke vkládání údaj do prázdných sloupc atributových tabulek a zjist te co tyto údaje znamenají. Nyní budeme postupn dopl ovat chyb jící údaje do atributových tabulek jednotlivých vrstev. Všechna tato data jsou nezbytná pro budoucí úsp šné vytvoení importního souboru do HEC-RAS. Z panelu nástroj GeoRas postupn zvolíme Ras Geometry | Stream Centerline Atributes | Topology, Ras Geometry | Stream Centerline Atributes | Lengths/Stations a Ras Geometry | Stream Centerline Atributes | Elevations. Posledn zmi ovaná volba vyvolá dialog (viz obrázek 2.19), který vyžaduje zadání stávající 2D osy toku, zdroje výškopisu (DMT) a název nové vrstvy 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.

- 20 (29) -

Vyhodn

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. Zvolíme 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 .

- 21 (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 hydrologických dat.

•

Dopln ní chyb jících vstupních parametr modelu a kontrola dat p ipravených 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..

- 22 (29) -

Vyhodnocení výsledk (post-processing)

4


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 provedeme základní nastavení v Ras Mapping | Layer Setup, jak je vid t na obrázku 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 vygenerovali 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 dosáhnout stavu, který je na obrázku 4.3.

- 23 (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 provedení 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 !

- 24 (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.

- 25 (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.

- 26 (29) -


Obr. 4.8– Prezentace výsledk v ArcScene.

- 27 (29) -

Záv r

5

Záv r

5.1

Shrnutí

Práv jste úsp šn dokon ili poslední z modul u ebního textu p edm tu Hydroinformatika 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]

5.2.2

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

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

- 29 (29) -

VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ ALEŠ DRÁB HYDROINFORMATIKA I MODUL M05 VYUŽITÍ GIS PI EŠENÍ 1D ÚLOH PROUDNÍ VODY

Recommend Documents