Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών για Διαχείριση Υδρολογικής Πληροφορίας

Geographical Information Systems for Hydrological Information Management (english)

  1. MSc thesis
  2. Σπαθή, Περσεφόνη
  3. Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός Έργων Υποδομής (ΠΣΕ)
  4. 24 September 2018 [2018-09-24]
  5. Ελληνικά
  6. 159
  7. Σκουληκάρης , Χαράλαμπος
  8. Λαγγούσης, Ανδρέας | Ζέρβας, Ευθύμιος
  9. Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα | ArcGIS | ωρική Κατανομή Περιβαλλοντικής Πληροφορίας | Μέθοδοι Παλινδρόμησης | Υδρολογική Πληροφορία
  10. 5
  11. 42
  12. Κατάλογος Εικόνων / Σχημάτων Εικόνα 1 - Κύκλος του Νερού - https://water.usgs.gov/edu/watercycle.html ................... 22 Εικόνα 2 - Κατηγοριοποίηση Περιοχών ρύπανσης - Celestino et al., 2018 ...................... 27 Εικόνα 3 - Ροή από καρστικούς και ενδοκοκκώδεις υδροφόρους ορίζοντες - Vižintin et al. , (2017) ........................................................................................................................... 28 Εικόνα 4 - Κατάταξη περιοχών με βάση την ευπάθεια - Vižintin et al. , (2017)............... 29 Εικόνα 5 - Περιοχή Bílý potok - (Doležal et al. , 2018) ................................................... 30 Εικόνα 6 - Αλλαγή σχήματος δεξαμενής με βάση την υδρολογική ανάλυση - (Doležal et al. , 2018). ...................................................................................................................... 31 Εικόνα 7 - Χωρική κατανομή συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων στην πόλη Ardakan- Fallahzadeh et al., (2017) ................................................................................................ 32 Εικόνα 8 - Πιθανή περιοχή επίδρασης λίμνης - (Cao et al., 2017). .................................. 33 Εικόνα 9 - Υδρολογικές Διαδικασίες εύρους χαρακτηριστικών χωρικών και χρονικών κλιμάκων (Bloschl & Sivapalan, 1995) ........................................................................... 44 Εικόνα 10 - Ανομοιογένεια απορροών και υδρολογικών διαδικασιών σε διάφορα εύρη χωρικών και χρονικών κλιμάκων (Bloschl & Sivapalan, 1995)- ...................................... 45 Εικόνα 11 - Ιστότοπος Geodata.gov.gr............................................................................ 49 Εικόνα 12 - Ιστότοπος wfdgis.ypeka.gr........................................................................... 51 Εικόνα 13 - Ιστότοπος EarthExplorer – USGS ................................................................ 51 Εικόνα 14 - Ιστότοπος INSPIRE ..................................................................................... 52 Εικόνα 15 - Ιστότοπος Υδροσκόπιο ................................................................................ 56 Εικόνα 16 - Ιστότοπος Εθνικού Δικτύου Παρακολούθησης Υδάτων ............................... 57 Εικόνα 17 - Υδρογνώμων (http://www.itia.ntua.gr)......................................................... 58 Εικόνα 18 - Πρόγραμμα Excel ........................................................................................ 59 Εικόνα 19 - SPSS ( www.ibm.com) ................................................................................ 59 Εικόνα 20 - R-Studio (rprogramming.net) ....................................................................... 60 Εικόνα 21 - Μέσος και Διάμεσος σε κανονική κατανομή................................................ 61 Εικόνα 22 - Μέσος και Διάμεσος σε μη κανονική κατανομή........................................... 62 Εικόνα 23 - DEM File (LIDAR Data 5 Applications and Uses) http://myspatial.com.my/wordpress/wp-content/uploads/2017/06/elevation.jpg .............. 64 Εικόνα 24 - Ποταμός Νέστος – Google maps ................................................................. 66Εικόνα 25 - Διάλογος Εφαρμογής ArcGIS - Μέθοδος IDW ............................................ 69 Εικόνα 26 – Παράδειγμα Χωρικής κατανομής με Inverse Distance Weighted (IDW) ..... 69 Εικόνα 27 – Spline ......................................................................................................... 70 Εικόνα 28 - Μέθοδος Spline – Διάλογος Εφαρμογής ...................................................... 70 Εικόνα 29 - Ημι-μεταβλητότητα σε σχέση με την απόσταση........................................... 72 Εικόνα 30 - Τύποι Semivariogram .................................................................................. 73 Εικόνα 31 - Οι διάφοροι τύποι ημιμεταβλητότητας ......................................................... 73 Εικόνα 32 - Semivariogram ArcGIS ............................................................................... 74 Εικόνα 33 - Διάλογος εφαρμογής μεθόδου Kriging......................................................... 75 Εικόνα 34 – Kriging ....................................................................................................... 75 Εικόνα 35 - Μέθοδος Natural Neighbor .......................................................................... 76 Εικόνα 36 - Διάλογος Εφαρμογής ArcGIS – Natural Neighbor ....................................... 76 Εικόνα 37 - Natural Neighbor ......................................................................................... 77 Εικόνα 38 - Επιφάνεια επίπεδης τάσης ........................................................................... 78 Εικόνα 39 - Επιφάνεια καμπύλης τάσης .......................................................................... 78 Εικόνα 40 - Διάλογος Εφαρμογής ArcGIS – Trend ......................................................... 78 Εικόνα 41 - Trend ........................................................................................................... 79 Εικόνα 42 - Διάλογος Εφαρμογής ArcGIS – Topo To Raster .......................................... 80 Εικόνα 43 - Κατασκευή Διαγράμματος Voronoi ............................................................. 82 Εικόνα 44 - Διάλογος Εφαρμογής ArcGIS – Πολύγωνα Thiessen ................................... 82 Εικόνα 45 - Μέρος του αρχείου csv ................................................................................ 83 Εικόνα 46 - Εντολή Add Data ......................................................................................... 84 Εικόνα 47 - Εντολή Display XY Data ............................................................................. 84 Εικόνα 48 - Απεικόνιση σημείων .................................................................................... 85 Εικόνα 49 - Μέθοδος IDW ............................................................................................. 85 Εικόνα 50 - Μέθοδος Spline ........................................................................................... 86 Εικόνα 51 - Μέθοδος Kriging ......................................................................................... 86 Εικόνα 52 - Μέθοδος Nearest Neighbor .......................................................................... 87 Εικόνα 53 - Μέθοδος Trend ............................................................................................ 87 Εικόνα 54 - Μέθοδος TopoToRaster ............................................................................... 88 Εικόνα 55 - Πολύγωνα Thiessen - Διάγραμμα Voronoi................................................... 88 Εικόνα 56 - Υπολεκάνες Βόρειου τμήματος Νέστου ....................................................... 91Εικόνα 57 - Αρχική Οθόνη HEC DSS Vue ..................................................................... 93 Εικόνα 58 - Διάγραμμα Βροχόπτωσης από την εφαρμογή HEC DSS Vue ...................... 94 Εικόνα 59 - Αρχείο Μετρήσεων σε Excel ....................................................................... 95 Εικόνα 60 - Διάγραμμα βροχόπτωσης τετραετίας ........................................................... 96 Εικόνα 61 - Διάγραμμα μέσου όρου βροχόπτωσης ανά μήνα για την τετραετία .............. 97 Εικόνα 62- Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Bansko ............................................... 98 Εικόνα 63 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Jakorouda ......................................... 99 Εικόνα 64 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Kourtovo .......................................... 99 Εικόνα 65 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Ljoutovo ......................................... 100 Εικόνα 66 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Mussala .......................................... 100 Εικόνα 67 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Osenovo ......................................... 101 Εικόνα 68 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Predel ............................................. 101 Εικόνα 69 - Διάγραμμα Συχνοτήτων του σταθμού Semkovo ......................................... 102 Εικόνα 70 - Προσθήκη Υποβάθρου .............................................................................. 103 Εικόνα 71 - Κεντρική Οθόνη ArcMap .......................................................................... 103 Εικόνα 72 - Σύστημα Αναφοράς WGS84 ...................................................................... 104 Εικόνα 73 - Σύστημα Αναφοράς ΕΓΣΑ 87 ................................................................... 105 Εικόνα 74 - Μετασχηματισμός Χάρτη .......................................................................... 105 Εικόνα 75 - Περιοχή Μελέτης ..................................................................................... 106 Εικόνα 76 - Προσθήκη Ορίων Νομών .......................................................................... 107 Εικόνα 77 - Επιλογές Πολυγραμμών............................................................................. 107 Εικόνα 78 - Όρια Νομών με Υπόβαβρο ........................................................................ 108 Εικόνα 79 - Ιδιότητες Ετικετών Λεκανών ..................................................................... 109 Εικόνα 80 - Ρύθμιση Εμφάνισης Ετικετών .................................................................... 109 Εικόνα 81 - Όρια Λεκανών με Υπόβαθρο ..................................................................... 110 Εικόνα 82 - Όριο Υπολεκανών με Υπόβαθρο ............................................................... 111 Εικόνα 83 - Επιλογές Χρώματος Σημείων Σταθμών...................................................... 111 Εικόνα 84 - Τελικός Χάρτης ......................................................................................... 112 Εικόνα 85 - Πίνακας attributes ...................................................................................... 113 Εικόνα 86 - Προσθήκη Πεδίου ..................................................................................... 113 Εικόνα 87 - Πίνακας attributes με τα πεδία βροχόπτωσης ............................................. 114 Εικόνα 88 - Διάλογος Εκκίνησης Διόρθωσης ................................................................ 114Εικόνα 89 - Πίνακας attributes με εισηγμένες τιμές βροχόπτωσης ............................... 115 Εικόνα 90 - Χάρτης υπολεκανών .................................................................................. 116 Εικόνα 91 - Διάλογος μεθόδου IDW ............................................................................. 117 Εικόνα 92 - Χάρτης IDW ............................................................................................. 118 Εικόνα 93 - Εξαγωγή τμήματος χάρτη με βάση περίγραμμα υπολεκάνης ...................... 119 Εικόνα 94 - Χάρτης υπολεκάνης Cherno Mesta για την μέθοδο IDW ........................... 120 Εικόνα 95 - Διάλογος εργαλείου Raster Calculator ....................................................... 121 Εικόνα 96 - Διάλογος εντολης Int ................................................................................. 121 Εικόνα 97 - Διάλογος Raster To Polygon ...................................................................... 122 Εικόνα 98 - Χάρτης υπολεκάνης Cherno Mesta χωρισμένος σε πολύγωνα .................... 122 Εικόνα 99 - Πίνακας attributes ...................................................................................... 123 Εικόνα 100 - Πίνακας Στατιστικών attributes ............................................................... 123 Εικόνα 101 - Μοντέλο πρόγνωσης Kriging ................................................................... 125 Εικόνα 102 – Ενδεικτική Λίστα Layers των διαφόρων μεθόδων ................................... 125 Εικόνα 103 - Πίνακας Attribute από διάγραμμα Thiessen ............................................. 126 Εικόνα 104 - Χάρτης Thiessen με τα αντίστοιχα attributes............................................ 128 Εικόνα 105 - Πίνακας βροχόπτωσης για την μέθοδο IDW ............................................ 132 Εικόνα 106 - Διάλογος Εισαγωγής αρχείου Excel ......................................................... 133 Εικόνα 107 - Διάλογος Εισαγωγής Στοιχείων Υπολεκάνης ........................................... 134 Εικόνα 108 - Πρόγραμμα HEC-HMS ........................................................................... 135 Εικόνα 109 - Διάλογος επιλογής Project HMS .............................................................. 136 Εικόνα 110 - Μοντέλο λεκάνης .................................................................................... 136 Εικόνα 111 - Εισαγωγή περιόδου μελέτης .................................................................... 137 Εικόνα 112 - Επιλογή δεδομένων βροχόπτωσης ........................................................... 137 Εικόνα 113 - Simulation Βήμα 1 ................................................................................... 138 Εικόνα 114 - Simulation Βήμα 2 ................................................................................... 138 Εικόνα 115 - Simulation Βήμα 3 .................................................................................. 139 Εικόνα 116 - Simulation Βήμα 4 ................................................................................... 139 Εικόνα 117 - Simulation Runs ...................................................................................... 139 Εικόνα 118 – Αποτελέσματα ........................................................................................ 140 Εικόνα 119 - Συγκριτικό Διάγραμμα μεθόδων για την υπολεκάνη Cherno Mesta ......... 141 Εικόνα 120 - Συγκριτικό Διάγραμμα μεθόδων για την υπολεκάνη Belinski .................. 141Εικόνα 121 - Συγκριτικό Διάγραμμα μεθόδων για την υπολεκάνη Razlog .................... 142 Εικόνα 122 - Συγκριτικό Διάγραμμα μεθόδων για την υπολεκάνη Zlataritsa ................. 142 Εικόνα 123 - Συγκριτικό Διάγραμμα μεθόδων για την υπολεκάνη Iztoski ..................... 143 Εικόνα 124 - Συγκριτικό Διάγραμμα μεθόδων για την υπολεκάνη Gospodintzi ............ 143 Εικόνα 125 - Μέθοδος IDW ......................................................................................... 144 Εικόνα 126 - Μέθοδος Kriging ..................................................................................... 144 Εικόνα 127 - Μέθοδος Thiessen Polygons .................................................................... 144 Εικόνα 128 - Global Summary - IDW ........................................................................... 147 Εικόνα 129 - Γράφημα IDW ......................................................................................... 148 Εικόνα 130 - Global Summary - Kriging ...................................................................... 149 Εικόνα 131 - Γράφημα Kriging ..................................................................................... 150 Εικόνα 132 - Global Summary Thiessen ....................................................................... 151 Εικόνα 133 - Γράφημα Thiessen .................................................................................. 152Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1- Κατανομή Υδάτων (Gleick, 1996) ............................................................. 24 Πίνακας 2 - Ι.2.2. Σύμβολα - Μονάδες .......................................................................... 38 Πίνακας 3 - Ι.2.2. Σύμβολα - Μονάδες (Συνέχεια) ........................................................ 39 Πίνακας 4 - Ι.2.2. Σύμβολα - Μονάδες (Συνέχεια) ........................................................ 40 Πίνακας 5 - Ι.2.2. Σύμβολα - Μονάδες (Συνέχεια) - Πίνακας Ι.2.3 ................................ 41 Πίνακας 6 - Ι.2.4. Ενδεικνυόμενες Μονάδες όπως φαίνονται στον πίνακα Ι.2.2 ............ 42 Πίνακας 7 - Mέσοι όροι μηνιαίων τιμών βροχόπτωσης ................................................... 96 Πίνακας 8 - Μέσοι Όροι Τιμών ...................................................................................... 97 Πίνακας 9 - Πίνακας Συχνοτήτων ................................................................................... 98 Πίνακας 10 - Ενδεικτικός υπολογισμός Thiessen από Excel ......................................... 127 Πίνακας 11 - Αποτελέσματα μεθόδου IDW Μέση μηνιαία τιμή .................................... 129 Πίνακας 12 - Αποτελέσματα μεθόδου IDW - Μέση ημερήσια τιμή............................... 129 Πίνακας 13 - Αποτελέσματα μεθόδου Kriging - Μέση μηνιαία τιμή ............................ 130 Πίνακας 14 - Αποτελέσματα μεθόδου Kriging - Μέση ημερήσια τιμή ......................... 130 Πίνακας 15 - Αποτελέσματα μεθόδου Thiessen - Μέση μηνιαία τιμή .......................... 131 Πίνακας 16 - Αποτελέσματα μεθόδου Thiessen - Μέση ημερήσια τιμή ........................ 131 Πίνακας 17 - Αποτέλεσμα Παροχών Εξόδου ................................................................ 145 Πίνακας 18 - Τυπικές αποκλίσεις μηνιαίων τιμών ανά μέθοδο ...................................... 145Κατάλογος Εξισώσεων Εξίσωση 1 – Μέσος ........................................................................................................ 61 Εξίσωση 2 - Μέθοδος IDW ............................................................................................ 68 Εξίσωση 3 – Γενική εξίσωση Kriging ............................................................................. 72 Εξίσωση 4 – Εξίσωση semivariogram ............................................................................. 73
    • Η παρούσα διπλωματική εργασία με θέμα «Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών για Διαχείριση Υδρολογικής Πληροφορίας» έχει ως σκοπό τη χρήση πληροφοριακών συστημάτων τα οποία ενσωματώνουν χωρική πληροφορία για διαχείριση περιβαλλοντικής πληροφορίας και ειδικότερα πληροφορίας που σχετίζεται με τους υδατικούς πόρους. Ειδικότερα η εργασία εστιάζει στη χρήση διαφόρων μεθόδων χωρικής παλινδρόμησης, σε περιβάλλον εργασίας Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π), για την επεξεργασία μετεωρολογικής πληροφορίας και την αξιολόγηση των μεθόδων παλινδρόμησης στην απόκριση υδρολογικού μοντέλου. Ως προς τη δομή της εργασίας, αρχικά δίνονται γενικές πληροφορίες για τα Γ.Σ.Π. και τους τομείς εφαρμογής τους. Στη συνέχεια αναλύεται η χρήση των Γ.Σ.Π. στους Υδατικούς Πόρους καθώς επίσης και οι ιστότοποι όπου μπορεί κανείς να αναζητήσει Υδρολογική Πληροφορία. Τα παραπάνω, σε συνδυασμό με μεθόδους χωρικής παλινδρόμησης σε περιβάλλον Γ.Σ.Π., οι οποίες αναλύονται στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκαν σε συγκεκριμένη λεκάνη απορροής ποταμού προκειμένου να μελετηθεί η ευαισθησία ενός υδρολογικού μοντέλου στην χωρική κατανομή της βροχόπτωσης μέσω διαφόρων μεθόδων παλινδρόμησης. Το εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της μεθοδολογίας που εφαρμόζεται στην παρούσα εργασία είναι το ArcGIS. Η περιοχή που επιλέχθηκε για μελέτη είναι το βόρειο τμήμα του ποταμού Νέστου που βρίσκεται στην Βουλγαρία, όπου υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα για την χρονική περίοδο 1990-1993. Στα δεδομένα εφαρμόστηκαν στατιστικές μέθοδοι καθώς και μέθοδοι χωρικής κατανομής, ώστε να εκτιμηθεί η μέση ημερήσια βροχόπτωση ανά υπολεκάνη. Στη συνέχεια η πληροφορία ανά μέθοδο μετατράπηκε σε συμβατό τύπο αρχείων και εισήχθη στο υδρολογικό μοντέλο HEC-HMS όπου προσομοιώθηκε η παροχή στην έξοδο των υπολεκανών μελέτης. Τέλος εξήχθησαν αποτελέσματα και συμπεράσματα για τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν και τις διαφορές τους.
    • Τhis diploma thesis, entitled "Geographical Information Systems for Hydrological Information Management", aims at the use of information systems that incorporate spatial information for management of environmental information and in particular information related to water resources. In particular, the thesis focuses on the use of various spatial regression methods in a Geographical Information Systems (GIS) work environment for the processing of meteorological information and the assessment of the regression methods in the hydrological model response. Regarding the structure of the work, initially general information on the GIS and the areas of its application is given. The use of GIS is then analyzed regarding Water Resources as well as the web sites where one can search for Hydrological Information. The above, in conjunction with spatial regression methods in the GIS environment, analyzed in this paper were used in a specific river basin to study the sensitivity of a hydrological model to the spatial distribution of rainfall through various regression methods. The tool used to implement the methodology presented in this work is ArcGIS. The area selected for study is the northern part of the Nestos river in Bulgaria, where data were available for the period 1990-1993. Statistical methods and spatial allocation methods were applied to the data to estimate the average daily rainfall per sub-basin. Then the information for each method was converted into a compatible file type and introduced into the hydrological model HEC-HMS where the output of the sub-basins was simulated. Finally, results and conclusions were drawn on the methods used and their differences.
  14. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.