Fließrichtung
Die Analyse der Fließrichtung bestimmt die bergab gerichtete Fließrichtung des Wassers aus jeder Zelle eines digitalen Höhenmodells, wobei eine von acht möglichen Richtungen anhand des steilsten Gefälles zu den Nachbarzellen zugewiesen wird. Sie ist der grundlegende Schritt für jede geländebasierte hydrologische Analyse.
Überblick
Die Fließrichtung ist eine rasterbasierte hydrologische Analyse, die bestimmt, in welche Richtung Wasser aus jeder Zelle eines digitalen Höhenmodells (DEM) abfließen würde, ausgehend von dem Prinzip, dass Wasser dem Weg des steilsten Gefälles folgt. Die gebräuchlichste Methode, der D8-Algorithmus (deterministic eight-node), untersucht die acht Nachbarzellen und weist die Fließrichtung derjenigen Nachbarzelle zu, die das steilste Gefälle bergab aufweist, wobei das Ergebnis als Richtungswert kodiert wird.
Algorithmen
Der D8-Algorithmus, der einfachste und am weitesten verbreitete Ansatz, weist den gesamten Abfluss jeder Zelle einer einzigen Nachbarzelle zu und erzeugt dadurch diskrete Fließwege, die zu klar definierten Rinnen zusammenlaufen. Der D-Infinity-Algorithmus (D-inf), entwickelt von Tarboton, erlaubt es, den Abfluss proportional auf zwei bergab liegende Nachbarzellen aufzuteilen, basierend auf der tatsächlichen Hangneigungsrichtung, wodurch ein realistischeres, divergierendes Fließverhalten an Hängen entsteht. Algorithmen mit multipler Fließrichtung (MFD, multiple flow direction) verteilen den Abfluss gewichtet nach Gefälle auf alle bergab liegenden Nachbarzellen und bilden damit den flächenhaften Abfluss auf sanftem Gelände besser ab. Jede Methode bringt einen Kompromiss zwischen rechnerischer Einfachheit und hydrologischer Realitätsnähe mit sich.
Vorverarbeitung
Bevor die Fließrichtung berechnet wird, muss das DEM hydrologisch konditioniert werden, indem Senken gefüllt werden (fehlerhafte Vertiefungen, die durch Datenartefakte oder natürliche Gegebenheiten entstehen) und die den Abfluss aufhalten und daran hindern würden, das Entwässerungsnetz zu erreichen. Durchbruchsalgorithmen (breaching) bieten eine Alternative zum Füllen, indem sie Rinnen durch Barrieren schneiden.
Anwendungen
Die Fließrichtung wird als Eingabegröße für die Berechnung des Abflussvolumens (flow accumulationFlow AccumulationFlow accumulation counts the number of upslope cells that drain through each cell in a raster, creating a surface tha...), die Abgrenzung von Einzugsgebieten, die Verfolgung von Fließwegen und die Extraktion von Fließgewässernetzen benötigt. Sie bildet die Grundlage nahezu jeder GISGISGeographic Information Systems (GIS) enable users to analyze and visualize spatial data to uncover patterns, relation...-basierten hydrologischen Analyse, von der einfachen Kartierung von Einzugsgebieten bis hin zur komplexen verteilten Niederschlag-Abfluss-Modellierung.
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