Una delle chiavi per derivare le caratteristiche idrologiche di una superficie è la capacità di determinare la direzione del flusso da ciascuna cella nel raster. Ciò è fatto con lo strumento Direzione flusso.
Questo strumento prende una superficie come input e restituisce un raster che mostra la direzione del flusso in uscita da ogni cella. Se è scelta l'opzione Raster drop di output, un raster di output è creato mostrando un rapporto della variazione massima in elevazione da ogni cella lungo la direzione di flusso alla lunghezza del percorso tra il centro delle celle ed è espresso in percentuale. Se è scelta l'opzione Forza tutti i bordi cella a fluire all'esterno, tutte le celle ai bordi del raster di superficie fluiranno all'esterno dal raster di superficie.
Vi sono otto direzioni di output valide relative alle otto celle adiacenti in cui il flusso potrebbe viaggiare. Questo approccio è comunemente indicato come un modello di flusso a otto direzioni (D8) e segue un approccio presentato in Jenson e Domingue (1988).
Calcola la direzione di flusso usando il metodo D8
Nel metodo D8, la direzione di flusso è determinata dalla direzione della discesa più ripida, o caduta massima, da ciascuna cella (Jenson e Domingue, 1988). Ciò viene calcolato come segue:
maximum_drop = change_in_z-value/distanceLa distanza è calcolata tra i centri delle cellule. Ad esempio, se la dimensione cella è 1, la distanza tra due celle ortogonali è 1 e la distanza tra due celle diagonali è la radice quadrata di 2. Se la discesa massima a più celle è la stessa, l'intorno viene allargato fino a trovare la discesa più ripida.
Quando viene trovata una direzione di discesa più ripida, la cella di output viene codificata con il valore che rappresenta quella direzione.
Se tutti i vicini sono più alti della cella di elaborazione, sarà considerato rumore, sarà riempito al valore più basso dei suoi vicini e avrà una direzione di flusso verso questa cella. Tuttavia, se un sink a una cella si trova vicino al bordo fisico del raster o ha almeno una cella NoData come adiacente, non viene riempito a causa di informazioni insufficienti sui vicini. Per essere considerato un vero sink a una cella, devono essere presenti tutte le informazioni sui vicini.
Se due celle fluiscono l'una verso l'altra, sono sink e hanno una direzione di flusso indefinita. Questo metodo di derivazione della direzione di flusso da un modello di elevazione digitale (DEM) è presentato in Jenson e Domingue (1988).
Le celle che sono sink possono essere identificate usando lo strumento Sink. Per ottenere una rappresentazione accurata della direzione di flusso attraverso una superficie, riempire i sink prima di usare lo strumento Direzione di flusso.
Calcola la direzione di flusso usando il metodo MFD
Nel metodo MFD, il flusso è partizionato tra tutti i vicini a valle (Qin et al., 2007). La quantità di flusso che ogni vicino a valle riceve è stimata in funzione della massima pendenza del pendio, che tiene conto delle condizioni locali del terreno. L'espressione per stimare l'MFD è la seguente:
Dove:
- di = Porzione di flusso da ciascuna cella che scorre nella cella i
- f (e) = Esponente che si adatta alle condizioni locali del terreno ed è dato da
- β = Angolo di discesa (in radianti)
- n = numero di celle che confluiscono nella cella i
- Li, Lj = Fattore aggiustato per tenere conto della distanza tra la cella di elaborazione e le celle ortogonali e diagonali
- κ = Caduta massima attraverso le celle che scorrono nella cella i
Riferimenti
Jenson, S. K., and Domingue, J. O. 1988. "Extracting Topographic Structure from Digital Elevation Data for Geographic Information System Analysis." Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 54 (11): 1593–1600.
Qin, C., Zhu, A. X., Pei, T., Li, B., Zhou, C., & Yang, L. 2007. "An adaptive approach to selecting a flow partition exponent for a multiple flow direction algorithm." International Journal of Geographical Information Science 21(4): 443-458.