Caratterizzazione morfometrica del bacino idrografico in GRASS GIS

Margherita Di Leo, Massimo Di Stefano, Pierluigi Claps, Aurelia Sole

FOSS4G-IT Lugano 2010 11-12 FebbraioFree and Open Source Software for Geospatial

Meeting di lingua italiana

Il Bacino Idrografico

Per una fissata sezione trasversale di un corso d'acqua, si definisce bacino idrografico l'entità geografica costituita dalla proiezione su un piano orizzontale della superficie drenante sottesa alla suddetta sezione.

Il bacino idrografico è l'unità fisiografica che raccoglie i deflussi superficiali, originati dalle precipitazioni che si abbattono sul bacino stesso, che trovano recapito nel corso d'acqua naturale e nei suoi diversi affluenti.

La definizione del bacino idrografico in termini di estensione areale, conseguente alla sua delimitazione, è condizionata dall'individuazione della sezione di chiusura.

Morfometria

I modelli idrologici di tipo geomorfologico si fondano sulla possibilità di ricostruire la risposta idrologica di un bacino (formazione dei deflussi), a seguito di una precipitazione che si abbatte su di esso, sulla base del legame che intercorre tra la suddetta risposta e i caratteri geomorfologici del bacino.

Il reticolo idrografico rappresenta l'impronta lasciata sulla superficie terrestre da una successione discontinua di eventi di deflusso in condizioni di piena e di trasporto solido e pertanto, in un assegnato bacino, il meccanismo di formazione del deflusso può essere ricondotto alla struttura morfometrica del reticolo. (Abrahams & Parson, 1991)

INPUT :● Modello di elevazione del terreno●Coordinate della sezione di chiusura●Soglia (threshold)

Sintassi :r.basin.py  map=dem prefix=a easting=594635.001331 northing=4922013.00098 threshold=500

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

Mappe prodotte :

●Delimitazione del bacino idrografico●Estrazione del reticolo●Pendenza●Aspect●Direzioni di drenaggio●Matrice degli accumuli●Gerarchizzazione del reticolo secondo Strahler, Horton, Hack, Shreve●Matrice delle distanze dalla sezione di chiusura (Width function)●Matrice delle distanze dal reticolo (lunghezze dei versanti)●Asta principale e outlet

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

Mappe prodotte :

Delimitazione del bacino e estrazione del reticolo

Direzioni di drenaggio

Matrice degli accumuli

Mappa della pendenza

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

Mappe prodotte (dipendenza r.stream.*):

Gerarchizzazione di Horton

Gerarchizzazione di Strahler

Distanza dall'outletLunghezza dei

versanti

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

CREDITS and dependencies: r.stream.extract (M.Metz)

Input: DEM, Flow Accum (opt.), Weight map for acc (opt.),

threshold

Output: stream_raster

stream_vector

direction

CREDITS and dependencies: r.stream.order (Jarek Jasiewicz)

Input: stream mask, dir

Output: Strahler, Shreve,

Horton, Hack

Horton

Strahler

Hack

CREDITS and dependencies: r.stream.distance (Jarek Jasiewicz)

Input: stream (outlet) mask, dir, DEM

Output: distance and elevation to

streams and outlet

Distance to outlet Elevation above outlet

Distance to streams

CREDITS and dependencies: r.stream.stats (Jarek Jasiewicz)

Input: stream mask, dir, DEM

Output: Horton's or Strahler's or Hack's statistics

Grafici :Curva ipsografica : fornisce la distribuzione delle superfici nelle diverse fasce altimetriche. Ogni punto della curva ipsografica ha come ordinata un valore di quota e come ascissa la percentuale di superficie del bacino posta al di sopra della quota considerata.

Avendo a disposizione un DEM, la curva suddetta si ottiene semplicemente come vettore, ordinato in senso decrescente, delle quote dei pixel. Rappresentando tale vettore su un diagramma cartesiano, il n° ordinale è proporzionale all’area sovrastante la data quota e rappresenta l’ascissa.

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

Grafici :Curva ipsometrica

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

Caratterizzazione morfometricar.basin.py

Grafici :Width Function : numero di pixel avente egual distanza metrica dalla sezione di chiusura misurata seguendo le direzioni di drenaggio.

Principali parametri morfometrici:

-Rettangolo contenente il bacino (coordinate) : Sono le coordinate dei vertici N, W, E, S del rettangolo contenente il bacino nella sua interezza. Si ottengono individuando i pixel, appartenenti al bacino, caratterizzati dalla prima (seconda) coordinata più grande (più piccola).

-Baricentro del bacino : Sono restituite le coordinate del pixel più vicino al baricentro “matematico” della figura risultante dalla proiezione del bacino sul piano.

-Area : L’area del bacino viene calcolata semplicemente moltiplicando l’area di ogni cella per il numero di celle ricadenti nel bacino.

-Perimetro : E’ la lunghezza del contorno della figura risultante dalla proiezione del bacino sul piano.

-Quote caratteristiche: Sono la quota massima, la minima e la media del bacino. Per le prime due si individuano I pixel del DEM di quota più elevata e minore (in questo caso il pixel è quello corrispondente alla sezione di chiusura), per la terza si fa la media aritmetica delle quote di tutti i pixel appartenenti al bacino.Inoltre viene restituito il dislivello tra la quota massima e la minima.

-Pendenza media : Media dei valori di pendenza associati ad ogni pixel.

-Lunghezza dell'asta principale: intesa come la lunghezza della successione più lunga di segmenti che congiungono una sorgente alla sezione di chiusura del bacino.

Principali parametri morfometrici:

-Lunghezza del vettore di orientamento: vettore che congiunge il baricentro del bacino alla sezione di chiusura

-Orientamento prevalente: in gradi rispetto al nord, in senso antiorario

Principali parametri morfometrici:

-Pendenza media dell'asta principale : (in percentuale) e' calcolata con:

-Rapporto di circolarità: Rappresenta il rapporto tra l’area del bacino e l’area del cerchio avente lo stesso perimetro del bacino

-Rapporto di allungamento : rapporto tra il diametro del cerchio di eguale area del bacino e la lunghezza dell’asta principale

-Coefficiente di compattezza : rapporto tra il perimetro del bacino ed il diametro del cerchio avente la stessa area del bacino

dove gli N elementi della sommatoria sono i tratti in cui si può dividere l’asta principale (N e' il diametro topologico)

Principali parametri morfometrici:

Fattore di forma : Corrisponde al rapporto tra l’area del bacino e il quadrato della lunghezza dell’asta principale

-Numero di aste : numero complessivo di aste costituenti il reticolo

-Lunghezza complessiva del reticolo : data dalla somma delle lunghezze di tutte le aste

-Magnitudine : rappresenta il numero di sorgenti ovvero il numero di aste di ordine 1 secondo la gerarchizzazione di strahler

-Ordine massimo secondo la gerarchizzazione di Strahler : rappresenta l'ordine del reticolo

-Frequenza delle aste del primo ordine : e' data dalla magnitudine divisa per l'area del bacino

Principali parametri morfometrici:

-Densità di drenaggio : e' data dal rapporto tra la lunghezza totale della rete di drenaggio e l'area del bacino

-Diametro topologico : e' il numero di segmenti (link) che costituiscono l'asta principale. Indica anche il numero delle confluenze sull'asta principale.

-Lunghezza media dei versanti : e' la media delle distanze, misurate lungo la direzione di drenaggio, di tutti I pixel non appartenenti al reticolo, dal primo pixel del reticolo in cui drenano.

-Tempo di corrivazione (Giandotti, 1934)

-Rapporti di Horton (Horton, 1945; Strahler, 1957)

Principali parametri morfometrici:

Principali

parametri

morfometrici

Output

Principali

parametri

morfometrici

Output

(r.stream.stats)

Credits

Massimo Di Stefano

Jarek Jasiewicz, Markus

Metz

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2010, Margherita Di Leo, Italymargherita.dileo@unibas.it

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