SIG en milieux aquatiques

Présentation au sujet: "SIG en milieux aquatiques"— Transcription de la présentation:

1 SIG en milieux aquatiques
IMACOF – mars 2010

2 Objectifs Jour1 AM : Prise en main d’ARCVIEW9
Jour1 PM : Prise en main de SPATIAL ANALYST - les Modèles Numériques de Terrain Jour2 AM : Prise en main de ARCHYDROTOOLS les Modèles hydrologiques et hydrauliques Jour2 AM : Suite matinée – les modèles morphologiques Jours SUIVANTS : Trois grands axes : Variables morphologiques tracé du réseau théorique, bassin-versant, écoulement zone inondable potentielle Buffer by rise Zone d'érosion potentielle

3 Projets Acquisition des données Vulnérabilité à l'inondation
Vulnérabilité à l'érosion Production de pollution Potentialité paysagère (?) Prise en main d'ARCGIS (Spatial Analyst, ArcHydroTools) Constitution des bases de données SIG

4 Acquisition des données
Digitalisation Occupation des sols, Pédologie, Géologie, Hydrographie, route, pont Intégration des données MNT, INSEE, Corine, Création des donnés Pente, hydrographie

5 SIG en milieux aquatiques
Rappel

6

7

8 Architecture ARCGIS

9 ArcGIS Extensions classiques

10 ArcGIS Extensions classiques

11 Échelles et objets géographiques
Taxinomie des entités emboîtées 3 thèmes majeurs les structures physiques naturelles, les structures ou «réponses» biologiques, les modifications ou «pressions» anthropiques. 3 échelles principales : l’échelle macro ou «bassin versant» l’échelle locale ou «tronçon» l’échelle ponctuelle ou «habitat» 3 objets géographiques d’intégration le bassin versant, unité surfacique ; le tronçon, unité linéaire. l’habitat, unité ponctuelle

12 Échelles et objets géographiques
Zone d'étude 1.4 km!

13 Echelles et objets géographiques
50cm OrthoPhoto

14 Tronçon Longueur de rivière considérée comme une et une seule entité hydrologique Exemple: une longueur de rivière entre deux confluences Representé par une polyline dans un "shapefile" ou "couche“ vectorielle

15 Lacs un volume d’eau ayant une surface plane.
Largeur significative comparée par rapport à la longueur. Exemples: Lac, étangs, reservoires, estuaires, baies. Representé par un polygone dans un "shapefile" ou "couche“ vectorielle.

16 Réseau hydrographique
Réseau de drainage Representé par une “couche “ vectorielle, comprenant spécifiquement des polylines pour chaque objet. Les tables attributaires donnent les informations cconcernant les liens amont-aval de chaque arc.

17 Bassin versant Ligne de crêtes. Exutoire
Contour fermé topographiquement Representé par une couche vectorielle de polygone Associé à un exutoire

18 Sous bassin versant Différence scalaire
Un bassin versant à l’intérieur d’un autre Associé à un exutoire.

19 Bassin versant unitaire

20 Zones hydrographiques

21 Modèle de données Système Drainage Réseau Hydro Series Chrono
Flux, Débit Temps Series Chrono Système Vallée Caractéristiques Hydro

22 Modèle de données

23 Spatial Analyst et raster

24 Données MNT / BD Alti (50m*50m) BD Carthage BD Hydro
Cartes géologiques Orthophoto-aériennes Images satellites

25 SIG - Raster Structure des objets Résolution Nombre de lignes
Nombre de Colomnes (X,Y) Résolution NODATA pixel

26 Modèle Numérique de Terrain (MNT) Digital Elevation Model (DEM)
67 56 49 46 50 12 11 53 44 37 38 48 58 55 22 31 24 61 47 21 16 19 34

27 Cellule, Pixel, Grid, Grille, Résolution
Taille pixel 50 67 56 49 46 50 12 11 53 44 37 38 48 58 55 22 31 24 61 47 21 16 19 34 (valeur pixel) pixel

28 SIG - Raster Format, Importation, exportation Pentes des versants
Contour Aspect Orientation Relief Visibilité Autres méthodes

29 Standard Slope Function
b c d e f g h i

30

31 ARCHYDROTOOLS et TauDEM

32 ARCHYDROTOOLS et TauDEM
ARCHYDROTOOLS Pr MAIDMENT TauDEM Pr TARBOTON

33

34 Logiciels et extensions
ArcHydroTools

35 Modèle de données Graphic courtesy of Maidment et al., ArcHydro team

36 Modèle de données Graphic courtesy of Maidment et al., ArcHydro team

37 Fonctions Enfoncement, Burning Fill Flow Direction Flow Accumulation
Basin / Drainage / Watershed / Outlet Stream / Network

38 Enfoncement Burning ou recoditionning + =

39 Fill

40 La pente (slope) - hydrologique
Méthode de la ligne de la plus grande pente 30 30 67 56 49 52 48 37 58 55 22 67 56 49 52 48 37 58 55 22 Pente:

41 (ii) The 8 direction pour point model

42 Sens d'écoulement

43 FlowDirection Sens d'écoulement (Dhuit vs. Dinf.) 32 16 8 64 4 128 1 2
5 6 3 7 2 1 8 ESRI encodage Band/GRASS/TARDEM encodage

44 (ii) The 8 direction pour point model

45 FlowDirection Flow Direction Grid 2 4 8 1 16 128
Sens d'écoulement (infini)

46 The D Algorithm  Tarboton, D. G., (1997), "A New Method for the Determination of Flow Directions and Contributing Areas in Grid Digital Elevation Models," Water Resources Research, 33(2): ) (

47 (iii) The D method This does not fit in the triangle so the angle chosen is along the diagonal with slope same as D8, i.e.

48 Constitution du réseau

49 FlowAccumulation Surface Drainage > 5 pixels
Détermination des cellules amont 1 4 3 12 2 16 25 6 1 4 3 12 2 16 6 25 Surface Drainage > 5 pixels

50 100 grid cell constant support area threshold stream delineation

51 200 grid cell constant support area based stream delineation

52 Stream Segmentation 1 3 2 4 5 6 5 5

53 Delineation of Channel Networks and Subwatersheds
500 cell theshold 1000 cell theshold

54 Quelques variables Morphologiques
Largeur fond de vallée, Trace du fond de vallée Pente du cours d’eau, pente de la vallée Sinuosité du cours d’eau, de la vallée Hydrologiques Indice topographique Flow path (max) Zones humides Indice de Kirkby (Wetness Index) Fill Inverse

55 Zone d'inondation potentielle
Elévation du cours d'eau au dessus du fond de vallée

56 3) Altitude rivière ; si (riv exist,MNT,0)
4) Allocation euclidienne du 3 (cf diapo suivant) 5) MNT du 2 – Allocation du 4 6) Sélection des pixels < au seuil ex:2

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58 Logiciels et extensions

59 Logiciels et extensions
CRWR PREPRO V.2 ArcView-based preprocessor for HEC-Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) HMS Basin File Digital Elevation Model Stream Map Control point locations Soil and Land Use Maps

60 Flow Direction

61 FlowAccumulation Surface Drainage > 5 pixels
Détermination des cellules amont 1 4 3 12 2 16 25 6 1 4 3 12 2 16 6 25 Surface Drainage > 5 pixels

62 ARCVIEW et morphologie

63 Méthodes - Variables Les variables calculées
1. Largeur du fond de vallée 2. Altitudes (amont-aval de chaque tronçon) 3. Distance à la source (PK amont-aval, PK aval-amont) 4. Pente des cours d’eau 5. Pente vallée 6 Sinuosité 7. Rang de cours d’eau (3 méthodes : Strahler, Schreeve, Scheiddegger) 8. Taille du bassin versant

64 Méthodes - Variables Les variables dérivées 9. Largeur cours d’eau
10. Rapport Largeur du fond de vallée par Largeur cours d’eau 11. Q2- Q2 spécifique (débit de fréquence de retour de 2 ans) 12. Puissance - puissance spécifique

65 Méthodes – Outils & calculs
Utilisation des programmes SIG spécifiques Basé sur ArcView et Spatial Analyst

66 Résultats – Typologie 1 Niveau I : largeur fond de vallée

67 Résultats – Typologie 1 Niveau I : largeur fond de vallée

68 Résultats – Typologie 1 Niveau I : largeur fond de vallée
5 Classes de largeur FdV: 0-500 m m m > 5000m

69 Résultats – Typologie 1 Niveau I : largeur fond de vallée

70 Résultats – Typologie 1 Niveau I : largeur fond de vallée Marne :
515 km 170 tronçons 3 km de moyenne Tronçon i Tronçon i+1 Niveau I : SECTORISATION (Unités Spatiales d’Intégration)

71 Résultats – Typologie 2 Sinuosité Longueur développée du cours d’eau
= Longueur développée de la vallée Sinuosité

72 Résultats – Typologie 2 Sinuosité

73 Résultats – Typologie 3 Pente de la vallée

74 Résultats – Typologie 2 Rang des cours d’eau
Strahler Schreeve Scheiddegger Notion de taille de cours d’eau

75 Résultats – Typologie 2 Rang des cours d’eau Strahler Schreeve

76 Résultats – Typologie 2 Taille des bassins versants MNT R2 = 0.86
Largeur estimée du plein bord Lpb = Tbv^0.9827 R2 = 0.86

77 Résultats – Typologie 2 Taille des bassins versants – Largeur estimée
?

78 Résultats – Typologie 2 Largeur estimée 5 Classes de largeur : 0-10 m

79 Résultats – Typologie 2 Amplitude de divagation
3 Classes d’amplitude : < 5*largeur 5-12*largeur >12*largeur

80 Résultats – Typologie 2 R2 = 0.96 Q2 = 0.6227 Tbv^0.698
Taille des bassins versants Débit du plein bord # Q2 Q2 = Tbv^0.698 R2 = 0.96

81 Résultats – Typologie 2 Débit de plein bord

82 Résultats – Mobilité 1 Puissance spécifique (W. m-2) = φ*g*Q2*Pente / Larg φ est la masse volumique de l’eau (1000 kg.m-3), g l’accélération de la gravité (9.8 m.s-2), Puissance moyenne Forte > 35 W/m2 Faible < 35w/m2 Caractéristique du tronçon Capacité du chenal à éroder ses berges* Incapacité du chenal à éroder ses berges Score 5 1 Code couleur

83 Résultats – Mobilité 1 Amplitude de divagation : Fond de vallée / Largeur Amplitude de divagation > 20 >10 <10 Caractéristique du tronçon Très large plaine alluviale Large plaine alluviale Plaine alluviale restreinte Score 5 3 1 Code couleur

84 Résultats – Mobilité 1 Pente de la vallée Pente moyenne de vallée
> 0.5°% < 0.5°% Caractéristique du tronçon Possède une énergie suffisante pour mobiliser les sédiments Ne possède pas une énergie suffisante pour mobiliser les sédiments Score 5 1 Code couleur

85 Résultats – Mobilité 1 Sinuosité Indice de sinuosité X < 1.05
Caractéristique du tronçon Chenal rectiligne à berges peu cohésives Chenal sinueux à berge semi-cohésives Score 5 3 1 Code couleur

86 Résultats – Mobilité 1 Activité potentielle du tronçon Actif
Moyennement actif Non actif Caractéristique du tronçon Fort intérêt à instaurer le concept d'espace de liberté Intérêt à instaurer le concept d'espace de liberté Peu d'intérêt à instaurer le concept d'espace de liberté Score > 15 15 > X > 10 < 10 Code couleur

87 Résultats – Mobilité 1 Intérêt à instaurer le concept d'espace de liberté Peu d'intérêt à instaurer le concept d'espace de liberté Fort intérêt à instaurer le concept d'espace de liberté

88 Morpho-écologie Couplage Pente * Largeur * T° Eau Zonation Huet (etc.)
Altitude Distance à la source Température de l’air

89 Perspectives Granulométrie Berges Fonds

90 Perspectives