Esercitazione GIS n.2

Ing. Livia ARENA Ing. Giovanna DE CHIARA Ing. Maria DELLA SALA

FISCIANO, 5/11/2013

Corso di Frane- Unisa (A.A. 2013-2014)

LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L'AMBIENTE ED IL TERRITORIO Prof. Michele CALVELLO

Obiettivi

Derivazione del DEM (Digital Elevation Model) da CTR (Carte Tecniche Regionali); Delimitazione di bacino idrografico; Caratterizzazione idrografica del bacino; Caratterizzazione morfometrica del bacino.

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Per rendere editabili i file vettoriali della carta tecnica regionale in ambiente GIS è necessario trasformare il file DXF in shapefile, ossia il formato vettoriale per sistemi informativi geografici. A tal proposito occorre dapprima aggiungere in ArcMap (Add data)il dxf Polyline, selezionare il layer (in Table of contents) e col tasto destro Selezionare DataExport Data.

Selezionando lo shape tasto destro Open Attribute Table, nella tabella degli attributi, dalla colonna Layer selezionare le curve di livello e quindi esportarle come shape.

Dalla barra di comando 3D Analyst Toolbar basta selezionare Create/Modify Tin create TIN from feature (Spuntare al lato le curve di livello; selezionare Elevation come Height source; scegliere soft line )

Il TIN (Triangular Irregular Network) è un modello vettoriale del terreno ottenuto attraverso la triangolazione di punti quotati della superficie. Tale modello è un'approssimazione della superficie del suolo ottenuta attraverso la giustapposizione di una serie di triangoli non sovrapposti.

Per ottenere un modello raster, ossia il DEM, bisognerà crearlo a partire dal TIN utilizzando il comando 3D Analyst convert TIN to RASTER:

Visto lo scopo dello studio è stata scelta una cella elementare di lato pari a 5 m.

Il primo step è riempire gli eventuali vuoti presenti nel dem dovuti ad errori di processamento e che potrebbero influenzare negativamente le successive analisi.

Spatial analyst ToolsHydrologyFill

Il secondo step consiste nell’elaborazione della carta delle direzioni di flusso che si basa sui valori d'altezza di ogni pixel con i pixel direttamente adiacenti. Il flusso dell'acqua si dirige da un pixel all'altro (per ogni pixel 8 possibilità di direzioni perché 8 pixel adiacenti) quando la differenza d'altezza é maggiore; a seconda della direzione il pixel prende un valore convenzionale di 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 o 128. Come input va chiaramente Fill_dem5x5 e in output otteniamo il raster del Flow Direction

Spatial analyst ToolsHydrologyFlow direction

http://istgeo.ist.supsi.ch/site/node/13

Il terzo step consiste nell’elaborazione della carta accumulazioni di flusso; questo sulla base dell'input "FlowDir_5x5" ovvero il raster del Flow Direction calcolato in precedenza. Come output otteniamo "FlowAcc_5x5". Nel Flow Accumulation sono ben visibili i percorsi preferenziali di scorrimento dell'acqua; laddove i valori dei pixel sono molto alti l'acqua converge in modo massiccio (in questi tracciati i valori sono tanto più alti quanto più si va verso valle). Da notare che nel Flow Accumulation non emerge la rete idrica effettiva, visto che questa non dipende unicamente dalle altezze topografiche (dem) bensì anche dalla tipologia del suolo (pedologia, substrato geologico, ecc.) e dalla gestione territoriale (creazione d'argini, deviazione del corso di fiumi e torrenti, canalizzazioni artificiali, ecc.).

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Per una migliore visualizzazione dei percorsi preferenziali dell'acqua ( Flow Accumulation) é necessario riclassificare il raster "FlowAcc_flow" utilizzando il comando Spatial Analyst --> Reclassify. È consigliata una riclassificazione in due classi. In questo caso si sono scelti due intervalli: 0-100; >100

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Utilizzando il comando Spatial Analyst --> Reclassify ed inserendo NoData alla classe 1

Dalla flow accumulation, utilizzando il comando Spatial Analyst --> Reclassify ed inserendo NoData alla classe 1 otteniamo un nuovo raster che può essere convertito in shape e che riporta il reticolo idrografico. Questo può essere convertito in shape con il comando Spatial analyst ToolsHydrologyStream to feature

Tale riclassificazione definisce una sovrastima delle aste riconoscibili ad una scala 1:5,000 (quella della CTR). Per tale motivo occorrerebbe ampliare i valori delle classi.

Reticolo idrografico riportato nella CTR di origine.

Se utilizzassimo limiti intervalli più elevati: 0-1200 e >1200 otterremmo un reticolo idrografico prossimo a quello riportato nella CTR.

In rosso il reticolo idrografico derivato dal FlowAccumulation. In blu il reticolo idrografico riportato nella CTR.

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Una volta definita la sezione di chiusura e controllato che tocchi l’asta fluviale, la delimitazione del bacino idrografico si ottiene col comando Watershed.

E’ possibile convertire il raster così ottenuto in shape file: Conversion Tools—> From RasterRaster to polygon

Le successive elaborazioni saranno effettuate esclusivamente sul bacino così individuato. Pertanto, é necessario settare i calcoli confinandolo unicamente all'interno del perimetro del bacino imbrifero "bacino" trovato con Watershed. Per fare ciò andare sotto Spatial Analyst --> Options... e scegliere directory di lavoro ed entità geografica all'interno della quale il calcolo va fatto (vedi immagine)

Se si desidera tagliare il DEM sulla base dei confini del bacino idrografico: Spatial Analyst ToolsExtractionExtract by mask (per il raster) Analysis Tool Extractclip (per shape)

Il reticolo idrografico può essere suddiviso in segmenti o aste fluviali ai quali viene attribuita una gerarchia. Con la gerarchizzazione di Strahler (1952) ogni segmento senza affluente, cioè alimentato soltanto dal bruscellamento diffuso e/o da sorgenti, costituisce un elemento di primo ordine. Dalla confluenza di due segmenti di 1° ordine si origina un'asta fluviale di 2° ordine; dalla confluenza di due segmenti di 2° ordine si ottiene un elemento di 3° ordine e così via.

Caratterizzazione idrografica del bacino

La gerarchizzazione del reticolo può essere convertito in shape con il comando Spatial analyst ToolsHydrologyStream to feature. Selezionando il layertasto destropropertiesSymbologyCategories si definisce la legenda.

Caratterizzazione idrografica del bacino

E’ possibile calcolare la lunghezza di ciascun tratto aggiungendo una nuova colonna alla tabella degli attributi, selezionare la colonna, tasto destro, calculate geometry, lenght

Caratterizzazione idrografica del bacino

E’ possibile calcolare il numero dei tratti aventi ciascun tratto aggiungendo una nuova colonna alla tabella degli attributi, attribuendo valore unitario con field calculator ,analysis tools, statistics, summary statistics. Tale risultato può essere ottenuto selezionando la colonna grid code dalla tabella degli attributi, tasto destro, statistics.

Caratterizzazione idrografica del bacino

Caratterizzazione idrografica del bacino – classe 1200

Se si desidera tagliare il DEM sulla base dei confini del bacino idrografico: Spatial Analyst ToolsExtractionExtract by mask (per il raster) Analysis Tool Extractclip (per shape)

Si nota che il dem possiede una quota max di 1125 m s.l.m.m e una quota minima pari a 315 m s.l.m.m.

Cliccando sul tasto identify riusciamo a definire la quota in un punto desiderato. In tal caso notiamo che la quota associata alla sezione di chiusura è pari a 315 m s.l.m.m.

Calcolo Area e Perimetro del bacino: Aggiungere una colonna “Area” nella tabella degli attributi allo shape bacino (option add field). Selezionare la colonna creatatasto destrocalculate geometryArea

Procedere analogamente per il calcolo del perimetro: Aggiungere una colonna “Perim” nella tabella degli attributi allo shape bacino. Selezionare la colonnatasto destrocalculate geometryin property scegliere perimeter

Per migliorare la visualizzazione di una superficie ci si serve della funzione “Hillshade”. Essa consente di ottenere una ipotetica illuminazione della superficie determinando un valore di luminosità per ogni cella del raster. Questa operazione è possibile settando la posizione di una ipotetica fonte di luce e calcolando il valore di illuminazione per ogni cella in funzione delle celle confinanti e dell’angolo di esposizione. Spatial AnalystSurface analysisHillshade

Al fine di derivare la mappa delle pendenze: Spatial AnalystSurface analysisSlope

Al fine di derivare l’esposizione del versante o del bacino rispetto al Nord si utilizza il comando Aspect. In particolare, indica per ogni cella la direzione di massima pendenza rispetto alle celle circostanti. Spatial AnalystSurface analysisAspect

Si può entrare nella pagina di lay-out cliccando il tasto in basso Layout View

Si inserisce la legenda, il nord, la scala e si Esporta con fileexport map (scegliendo il formato)

Grazie !!!

“I computer danno esattamente quello che gli è stato immesso; se futilità immettiamo, futilità otterremo” Richard Bandler, 1992