Моделювання гідрологічних процесів з використанням ГІС ARCGIS та модуля HEC-RAS

https://doi.org/10.23939/istcgcap2020.91.028
Надіслано: Жовтень 28, 2019
1
Національний університет “Львівська політехніка”
2
Національний університет “Львівська політехніка”
3
Національний університет “Львівська політехніка”
  • Мета роботи полягає у визначенні площ затоплення земель згідно обраної гідрологічної моделі складної ділянки р. Дністер у місці переходу від передгірської частини до рівнини зі складним меандруванням та значними зміщеннями річки. Методи. Опрацьовано метод дослідження затоплених земель внаслідок підняття води до певного рівня. Він включає: знімання з БПЛА; геодезичні та гідрологічні роботи; створення ЦМР та аналіз її точності; гідрологічне моделювання з використанням програмного пакету HEC-RAS; визначення площ затоплення. Для отримання цифрової моделі рельєфу, яка є основою для гідрологічного моделювання, був використаний БПЛА Trimble UX5 з камерою Sony NEX-5R. Точність визначення планових координат за ЦМР становить 6 см; висотні позначки залежно від базису стереопари та підстильної поверхні становлять 0,21м. ЦМР створено за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення Pix4D. Результати. ЦМР створено за результатами знімання з БПЛА з середньою квадратичною похибкою 0,2 м. Методику гідрологічного моделювання реалізовано на частині річки Дністер зі складною конфігурацією русла. Визначено зони затоплення за різних рівнів підняття води. Наукова новизна полягає у розробці методики визначення затоплених територій на основі гідрологічного моделювання за допомогою модуля HEC-RAS для ділянки річки Дністер, яка характерна значною ерозією прибережних ґрунтів, складним меандруванням та переходом від передгірської частини до рівнинної. Такі умови вимагають точного визначення параметрів моделювання. Для отримання вхідних даних для моделювання затоплень виконано знімання з БПЛА з попереднім обґрунтуванням параметрів точності. Практичне значення. Гідрологічне моделювання виконують з метою передбачення наслідків матеріальних втрат внаслідок повеневих явищ, які трапляються в Прикарпатському регіоні. Своєчасне отримання інформації про ці процеси, стеження на гідрологічних постах за рівнем води, яка наповнює русла і заплаву, дозволяють через відповідні адміністративні структури здійснити оповіщення населення і прийняти заходи для зменшення втрат, які виникають внаслідок цих руйнівних явищ. Запропоноване дослідження спрямоване на отримання інформації про площі затоплення внаслідок різних рівнів підняття води в річці Дністер.
  1. Алабян А. М., Зеленцов В. А., Крыленко И. Н., Потрясаев С. А., Соколов Б. В., Юсупов Р. М. Оперативное прогнозирование наводнений на основе комплексного упреждающего моделирования и интеграции разнородных данных. Труды СПИИРАН. 2015. Вып. 41. C. 5–33.
  2. Карпець К. М. Застосування методів ГІС-аналізу для моделювання зони повені та витрат води під час паводка з метою запобігання виникнення надзвичайних ситуацій. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2014. Вип. 20. С. 82–86.
  3. Ковальчук І., Михнович А. Моделювання паводків у долині верхнього Дністра. Праці Наукового товариства ім. Шевченка. Львів. XXIII: Екологічний збірник. Дослідження біотичного й ландшафтного розмаїття та його збереження. 293312.
  4. Левашова И. А. Гидравлические сопротивления речных русел: автореферат дис.  кандидата географ. наук: 11.00.07. Рос. гос. гидрометеорол. ин-т. Санкт-Петербург, 1993, 16 с.
  5. Мельник Т. П. Застосування ГІС для потреби попередження стихійних гідрологічних явищ. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія: Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління. 2012. № 1037, вип. 20. С. 125-132.
  6. Стародуб Ю. П., Гаврись А. П. (2015). Використання допоміжного програмного забезпечення HEC-GeoRAS та HEC-RAS в проектах підвищення стану безпеки територій. Управління проектами та розвиток виробництва. 2015.  № 1. С. 30–35
  7. Burshtynska Kh., Babushka A., Tretyak S. & Halochkin M. Monitoring of the riverbed of river Dniester using remote sensing data and GIS technologies. 25th Anniversary Conference Geographic Information Systems Conference and Exhibition “GIS ODYSSEY 2018”. p. 64–73.
  8. Burshtynska Kh., Shevchuk V., Tretyak S. & Vekliuk V. Monitoring of the riverbeds of rivers Dniester and Tisza of the Carpathian region. XXIII ISPRS Congress, Commission VII (Vol. XLIB7) 12–19 July 2016, Prague, Czech Republic. p. 177–182, doi:10.5194/isprs-archives-XLI-B7-177- 2016.
  9. Chow, V. T. (1959). Open channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Company, Inc., 350p.
  10. Gharbi M., Soualmia A., Dartus D., Masbernat L. & J. Mater. Comparison of 1D and 2D Hydraulic Models for Floods Simulation on the Medjerda River in Tunisia. Journal of Materials and Environmental Science. №7 (8), 3017–3026.
  11. Khaleghi Somaiyeh, Mahmoodi Mehran & Karimzadeh Sorayya. Integrated application of HEC-RAS and GIS and RS for flood risk assessment in Lighvan Chai River. International Journal of Engineering Science Invention. Volume 4 Issue 4, 38–45.
  12. Kurczynski Z. Aerial and satellite imaging of the Earth. Part. 2. Oficina Wydawnicza Politechniki Warszawskiey. Warszawa. 2013. (Poland)
  13. Sandhyarekha & Shivapur A. V. Floodplain mapping of River Krishnana using HEC-RAS model at two streaches namely Kudachi and Ugar villages of Belagavi district, Karnataka. International Research Journal of Engineering and Technology. Volume: 04 Issue: 08, 1524–1529.
  14. Sharkey, Jennifer Kay. Investigating Instabilities with HEC-RAS Unsteady Flow Modeling for Regulated Rivers at Low Flow Stages. Master's Thesis, University of Tennessee, 2014.
  15. Silva F. V., Bonumá N. B. & Uda P. K. Flood mapping in urban area using HEC-RAS model supported by GIS. 6-th international conference on flood management, September 2014 – Sao Paulo – Brazil.