QGIS ile Hidrolojik Analizler

Hidrolojik analizler, CBS uygulamaları arasında önemli bir yere sahiptir. Günümüzde akarsuların ve su kütlelerinin yeryüzü üzerindeki dağılımı, fiziksel özelliklerinin tespit edilmesinde kullanılmaktadır. Bunun yanında su kaynaklarının yönetiminde de CBS vazgeçilmez bir unsur olarak karşımıza çıkmaktadır. Hidrolojik analizlerin gerçekleştirilmesinde ticari yazılımların yanı sıra ücretsiz ve açık kaynaklı CBS yazılımları mevcuttur. Bu yazıda açık kaynaklı bir CBS yazılımı olan QGIS 2 ortamında SYM (sayısal yükseklik modeli – DEM)  kullanarak akarsu ağının oluşturulması ve su toplama havzalarının belirlenmesine yönelik örnek uygulamalara değineceğim. Normal şartlarda QGIS herhangi bir analiz aracına sahip olmadığından bu işlemlerinde gerçekleştirilmesinde Processing (eski Sextante) modülünden yararlanacağız. Bu konu hakkında detaylı bilgiyi QGIS Sextante Eklentisine Bir Bakış başlıklı yazımda bulabilirisiniz.

Kurulum

Uygulama kapsamında QGIS ile hidrolojik analizleri gerçekleştirirken SAGA GIS (System for Automated Geoscientific Analyses) analiz kütüphanesinden yararlanacağız. SAGA GIS; jeomorfolojik analizler, hidrolojik simülasyonlar, yangın modelleme gibi pek çok alanda oldukça güçlü ve zengin analiz araçlarına sahip ücretsiz masaüstü CBS yazılımıdır. Standart QGIS kurulumunda SAGA analiz araçları sistemde olmadığından bunlara erişmemiz mümkünde değildir. Bu nedenle SAGA GIS ‘i kurmamız gerekmektedir. Aşağıdaki adresten güncel sürümü indirip sisteminize yükleyin.

http://sourceforge.net/projects/saga-gis/files/latest/download?source=files

Kurulum işleminin ardından SAGA kütüphanesini QGIS ‘e tanıtmanız gerekiyor. Bunun için Processing menüsünden Options and configuration seçeneğine tıklayın.

Karşınıza gelen pencerede Providers bölümünden SAGA seçeneği genişletin. Burada “Activate” seçeneği etkinleştirin ve “SAGA folder” değişkenine SAGA ‘nın kurulu olduğu klasör yolunu girin. Artık QGIS üzerinden SAGA analiz araçlarını kullanabilirsiniz.

Verilerin İndirilmesi

Ortalama 30m çözünürlüğe sahip olan ASTER GLOBAL DEM (Aster GDEM) verilerine http://earthexplorer.usgs.gov/ adresindeki kısa bir üyelik işleminin ardından ücretsiz olarak erişebilirsiniz. Uygulama alanı olarak İstanbul Çatalca İlçesi ‘ni belirledim. Dolayısıyla İstanbul Avrupa yakasını kapsayan N41E028 kodu ile biten veri setini kullanabilirisiniz. Kolaylık olması açısından bölgeye ait SYM ve ilçesi sınırlarını kapsayan Shapefile içeren zip arşiv hazırladım. Dosyayı buradan indirebilirsiniz.

Verilerin Düzenlenmesi

1- Analiz Alanının Çıkartılması

Her şeyden önce ilk yapmamız gereken SYM ‘den çalışma alanın çıkartılmasıdır. Bunun için QGIS ‘i açarak SYM ve Shapefile ekleyin. Ardından Raster menüsünde Extraction > Clipper aracını açın. Girdi olarak SYM ‘ni seçin Clipping Mode bölümünde ise Mask Layer seçeneğini işaretleyerek Çatalça sınırlarını temsil eden poligonu seçin. Aşağıda bu araca ait ekran görüntüsü verilmiştir.

2- Projeksiyon Sisteminin Tanımlanması

Jeomorfolojik analizlerde sıklıkla karşılaşılan sorunlardan biri kullanılan verinin uygun koordinat sisteminde tanımlı olmamasıdır. Bu uygulamada ise kullandığımız SYM coğrafi koordinat sistemindedir ve yatay birim derece iken piksel değerleri de metredir. Dolayısıyla analiz aşamasında ciddi bir sorun teşkil etmektedir. Bu problemi aşmak için SYM ‘yi yatay birimi metre olan bir projeksiyon sisteminde tekrar tanımlamamız gerekir. Ben bu örnekte EPSG kodu 3395 olan WGS 84 / World Mercator koordinat referans sistemini tercih ettim.

Elimizde bulunan SYM ‘ye projeksiyon sistemi tanımlamak için Raster menüsünden Projecions > Warp (Reproject) aracı açılır. “Girdi ve çıktı dosyalar” belirlendikten sonra “Hedef KRS “seçeneği etkinleştirilir ve istenilen referans sistemi seçilir. Ayrıca “Veri Değeri Yok” seçeneği etkinleştirilir ve 0 değeri girilir. Tüm bu işlemlerin ardında araç çalıştırılır. Aşağıda araca ait ekran görüntüsü verilmiştir.

Araçta dikkatimiz çeken nokta Mask Layer seçeneğidir. Önceki adımda gerçekleştirdiğimiz SYM den çalışma alanını çıkarma işlemi doğrudan bu araç ile de gerçekleşebilir.

3- Hatalı Bölgelerin Düzeltilmesi

Çoğu analiz işleminde olduğu gibi hidrolojik analizlerde de öncelikle elimizdeki verilerin uygun hale getirilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde hatalı sonuçların oluşması kaçınılmazdır. Topografyayı temsil eden SYM ‘leri hidrolojik analizlerin temel girdisini oluşturur ve üretimleri esnasında çeşitli nedenlerden su akışının olmadığı (sink) bozuk alanlar oluşur. Bunlar suyun toplandığı ve hareket edemediği alanlardır. Dolayısıyla bozuk alanların temizlenmemesi halinde anlamlı bir akarsu ağı oluşturamazsınız. Aşağıda su kaçağına (sink) sebep olan pikseller ve düzeltilmiş hali gösterilmektedir.

İndirdiğimiz SYM üzerindeki hatalı alanların düzeltilmesi için Porcessing Toolbox içerindeki SAGA > Terrain Analysis – Hydrology > Fill Sinks analiz aracını kullanacağız. Analizde girdi katmanı olarak SYM ‘yi seçin. Aşağıda ilgili analiz aracına ait ekran görüntüsü verilmiştir.

Akarsu Ağının Oluşturulması

Verinin düzenlemesinden sonra analiz işlemlerine geçebiliriz. İlk olarak bölgeye ait akarsu ağının oluşturulmasından başlayacağız. Bunun için Processing Toolbox ‘ta SAGA analiz araçları içersinden Terrain Analysis > Catchmenth Area (parallel) analiz aracını açın. Diğer analiz araçları (flow tracing, recursive vs.) ise aynı işlemi farklı algoritmalar ile gerçekleştirmenizi sağlar.

Analiz aracında çıktı olarak sadece Catchment Area seçeneği yeterli gelmektedir. Üretilen sonuç, suyun arazi üzerinde akımını temsil etmektedir. Yüksek olan piksel değerleri suyun yoğun olarak toplandığı bölgelere karşılık gelmektedir.

Üretilen raster veri (Catchment Area) tamamen siyah olarak gözükmektedir. Bunun nedeni doğru bir sembolojiye sahip olmamasıdır. Minimum ve maksimum değerleri uygun olarak atandığında daha net bir görüntü elde edilebilir.

Akarsu ağını oluşturmak için Processing Toolbox içerisindeki SAGA > Terrain Analysis – Channels > Channel network analiz aracını kullanacağız. Bu araçta girdi verisi olarak SYM (hataları giderilmiş) ve yüzey akım verisi (Catchment area) gerekmektedir. Çıktı olarak akarsu ağı (hem raster hem vektör) ve akım yönü (channel direction) verisi üretilmektedir. Analiz aracına ait görüntü aşağıda verilmiştir.

Analiz aracında Initiation Threshold parametresi akarsu yoğunluğunun oluşturulmasında en önemli parametredir. Arttıkça daha az akarsu ağı elde edersiniz. Bu uygulama için 20000000 (yirmi milyon) değeri uygundur. Farklı değerleri deneyerek kendiniz için en uygun sonucu üretebilirisiniz. Analiz sonucunda üretilen akarsu ağı aşağıda gösterilmiştir.

Su Toplama Havzalarının Üretilmesi

Su toplama havzalarını üretmek için Processing Toolbox içerisindeki SAGA > Terrain Analysis – Channels > Watershed basins analiz aracını kullanacağız. Girdi verisi olarak SYM (hataları giderilmiş)  ve önceki adımda oluşturduğumuz akarsu ağı (raster) yeterlidir. Aşağıda analiz aracına ait ekran görüntüsü verilmiştir.

Analiz sonucunda üretilen su toplama havzaları aşağıda gösterilmiştir. Küçük havzaları oluşturulmasını Min. Size parametresi ile belirleyebilirsiniz. 

Son olarak raster formatındaki havzaların vektör formata dönüştürülmesi kaldı. Bu işlemi gerçekleştirmek için Processing Toolbox  içeresinde Grass > Raster > r.to.vect analiz aracını kullanabilirsiniz. Oluşacak havzalar alan geometrisinde olduğundan dolayı “Feature type” parametesi “area” olmalıdır. Analiz aracına ait ekran görüntüsü aşağıda verilmiştir.

İşlem sonucunda üretilen su toplama havzaları ve akarsu ağı aşağıda gösterilmektedir.

Bu uygulamada QGIS 2 ortamında sayısal yükseklik modeli kullanarak akarsu ağı ve su toplama havzalarını üretmiş olduk. Bu işlemlerin gerçekleştirilmesinde açık kaynak kodlu GDAL, SAGA GIS ve GRASS GIS yazılımlarına ait kütüphanelerden yararlandık. Kullanmış olduğumuz analiz araçlarına alternatif olarak pek çok aracı yine Processing Toolbox içersinde bulabilirsiniz.

 

Yayınlamış olduğum yazıları kaynak belirtmek kaydıyla paylaşabilirsiniz.

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s