MSc. T. MIŠIČ, T. MIĆIĆ - 108 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJE VODA a MSc. Timotej MIŠIČ * Tijana MIĆIĆ* UPORABA MODELOV GEOPROCESIRANJA V GIS-u PRI IZDELAVI KART POPLAVNE NEVARNOSTI IN RAZREDOV POPLAVNE NEVARNOSTI UVOD S sprejetjem Pravilnika o metodologiji za določanje območij, ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja (Ur.l. RS, št. 60/2007) - v nadaljevanju Pravilnik in Uredbe o pogojih in omejitvah za izvajanje dejavnosti in posegov v prostor na območjih ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja (Ur.l. RS, št.89/2008) - v nadaljevanju Uredba, ter z razvojem in dostopnostjo računalniške strojne in programske opreme postaja uporaba 2D hidravličnih modelov za določanje poplavnih območij večjih vodotokov že skoraj stalnica. Čeprav ne Pravilnik in ne Uredba v svoji vsebini eksplicitno ne navajata vrste matematičnega modela, ki se naj uporabi za izdelavo kart poplavne nevarnosti in kart razredov poplavne nevarnosti, pogosto 1D modeli ne zadostujejo za natančen opis poplavnih dogodkov. Na čas izdelave in računski čas 2D modela vpliva več faktorjev, in sicer: vrsta programske opreme, velikost obravnavnega območja, natančnosti vhodnih in izhodnih podatkov itd. Z razvojem uporabniško prijaznih matematičnih modelov je sama vzpostavitev matematičnega modela razmeroma enostavna in hitra, medtem ko je lahko priprava vhodnih podatkov in obdelava rezultatov do končnih kart poplavne nevarnosti in razredov poplavne nevarnosti lahko še vedno zelo zamudna. Za kvalitetne rezultate 2D modelov so ključni vhodni podatki modela, med katerimi je najpomembnejši natančen geodetski posnetek celotnega obravnavanega območja z veliko gostoto posnetih točk (Lidar). Čeprav nove verzije programske opreme (npr. AutoCAD Civil, MIKE,…) sledijo trendom in ponujajo aplikacije za delo z oblakom točk, je njihova uporaba še vedno omejena na določeno gostoto točk in ko je le-ta presežena marsikatera programska oprema pogosto odpove. V predmetnem članku bomo podrobneje predstavili eno od možnosti izdelave računske mreže na podlagi velike vhodne datoteke točk v programskem okolju GIS, ki se je izkazalo kot zelo uporabno, ko so ostali programi odpovedali. Računska mreža s poljubno gostoto celic služi kot vhodni podatek v 2D model. Drugi del članka pa opisuje uporabo modelov geoprocesiranja za hitrejšo in avtomatizirano izdelavo kart poplavne nevarnosti in razredov poplavne nevarnosti Meže v občinah Prevalje in Ravne na Koroškem. OPIS PROBLEMA Vsebina članka opisuje pristop k reševanju dveh problemov, ki se spremljata izdelavo 2D modelov večjih območij, in sicer a) pripravo vhodnih podatkov geometrije 2D poplavnih območij iz oblaka točk in b) obdelavo rezultatov 2D modela do končnih kart poplavne in razredov poplavne nevarnosti po Pravilniku. Za izdelavo kart poplavne nevarnosti in razredov poplavne nevarnosti Meže v občinah Prevalje in Ravne na Koroškem smo izdelali 2D model s programom MIKE11 in MIKEFLOOD iz družine programske opreme DHI. Obravnavano območje obsega vodotok Meže z njenimi inundacijskimi površinami od vtoka Šentanelske reke (km 14+950) do občinske meje med občinama Ravne na Koroškem in Dravograd (km 3+130). * Timotej MIŠIČ, MSc (GIS), Vodnogospodarski biro Maribor d.o.o., Glavni trg 19c, 2000 Maribor, *Tijana MIĆIĆ, univ. dipl. inž. vod in kom. inž., Vodnogospodarski biro Maribor d.o.o., Glavni trg 19c, 2000 Maribor MIŠIČEV VODARSKI DAN 2010 MSc. T. MIŠIČ T. MIĆIĆ - 109 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJE VODA a) priprava vhodnih podatkov geometrije 2D modela iz oblaka točk Geodetska podlaga za modeliranje poplavnih območij so služili podatki, pridobljeni z LIDAR snemanjem, ki smo jih prejeli od Ministrstva za okolje in prostor. LIDAR snemanje je bilo izvedeno za ca 1000ha veliko območje, od tega je območje obdelave znašalo 650 ha. Podatki so nam bili posredovani v obliki datotek *.xyz (ASCII). Gostota točk je znašala 20 točk/m2, kar pri območju 650ha pomeni ca 130*106točk. Ker AutoCAD Civil 3D (generacije do 2010) in program Mike takšne količine točk ne zmoreta obdelovati, smo računsko mrežo z gostoto celic 3x3m izdelali na podlagi rasterizacije LIDAR posnetka z uporabo modula znotraj programskega okolja GIS. b) obdelava rezultatov 2D modela Večina 2D modelov običajno prikaže rezultate simulacije razlivanja in globin visokih vod, vendar pa ne omogoča nadaljnje obdelave rezultatov ter izdelavo kart razredov poplavne nevarnosti pod pogoji kot jih določa Pravilnik ali Uredba. V ta namen program ponuja možnost izvoza v obliki *.dwg (AutoCAD) ali *.shp (GIS), kjer lahko rezultate nadaljnje obdelujemo do kvalitete kart poplavne nevarnosti in razredov poplavne nevarnosti. Zaradi različnih pogojev, ki jih je potrebno upoštevati ob izdelavi kart poplavne nevarnosti in razredov poplavne nevarnosti (hitrost poplavne vode, globina, določitev razredov nevarnosti) je obdelava posameznih kart znotraj AutoCAD Civil-a zelo dolgotrajna. V želji po hitrejši in predvsem avtomatizirani obdelavi izhodnih podatkov 2D modelov, smo s pomočjo orodij za geoprocesiranje izdelali model v okolju ModelBuilder v programskem paketu ArcGIS. METODOLOGIJA a/ Priprava vhodnih podatkov za hidrodinamini 2D model MIKE Geometrija 2D, na podlagi katere MIKE računa poplavna območja, je sestavljena iz mreže celic z določeno velikostjo v x in y smeri. Mreža se izdela na podlagi posnetka LIDAR in sicer na podlagi klasificiranih talnih tok oblaka točk. Zaradi zgoraj navedenih problemov smo podatke v obliki datotek *.xyz uvozili v Geodatabase, ki je ESRI-jeva oblika zapisa podatkov. Geodatabase omogoča uvoz in obdelavo ogromne količine točk (v območju milijard). To omogoča način zapisa v obliki t.i mnogoterih točk (angl. multipoint), kjer je lahko več tisoč točk shranjeno kot en sam objekt. Ker pa točke same po sebi ne dajo bistvenih vizualnih informacij, je bil izdelan tudi t.i. »teren« (angl. terrain dataset). »Teren« uporablja podatke, shranjene v Geodatabase-u in jih pod določenimi pogoji prikazuje uporabniku v obliki TIN (nepravilna trikotniška mreža). V svojem bistvu je to skupek pravil dostopa do podatkov in načina prikaza le teh. »Teren« omogoča prikaz točk v mnogoterih resolucijah (angl. multiresolution), ki jih doseže z določitvijo t.i. »piramid«. V različnih merilih prikazovanja se tako TIN vizualizira v različni resoluciji oz. s triangulacijo različnega števila točk, kar zelo pospeši prikazovanje. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2010 MSc. T. MIŠIČ, T. MIĆIĆ - 110 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJE VODA a Na podlagi uvoženih točk je bila z rasterizacijo izdelana 2D geometrija za MIKE z velikostjo celice 3x3m, pri čemer je bila uporabljena linearna interpolacijska tehnika. b/ Obdelava rezultatov 2D modela Pri obdelavi rezultatov hidrodinamičnega modela smo želeli v čim večji možni meri avtomatizirati celoten proces izdelave poplavnih kart, pri tem pa smo se poslužili rastrske analize. Rastrska analiza je logična izbira metode geoprocesiranja z ozirom na dejstvo, da poteka hidrodinamično modeliranje 2D na podlagi diskretnih celic in da je takšen tudi končni rezultat 2D modela. Poznamo več vrst rastrske analize, tukaj smo uporabili lokalno in območno (conalna) rastrsko analizo. Da bi proces izdelave poplavnih kart na podlagi rezultatov 2D modela pospešili in do neke mere avtomatizirali, smo celoten proces izdelave kart sestavili v grafičnem okolju ModelBuilder v ArgGIS-u. To okolje omogoča relativno enostavno reševanje kompleksnega zaporedja geoprocesnih nalog. Osnovni gradnik modela je proces (npr. enačba, reševanje pogojnih stavkov, itd), ki prebere enega ali več vhodnih podatkov, v naslednjem koraku pa poda rezultat. Rezultat je lahko en ali več slojev izhodnih podatkov, ki so lahko spet vhodni podatki za naslednji proces. Vhodni podatki modela so bili naslednji: • globina poplavnih vod Q10 (obstoječe in predvideno stanje), • globina poplavnih vod Q100 (obstoječe in predvideno stanje), • globina poplavnih vod Q500 (obstoječe in predvideno stanje), • specifični pretoki pri Q100 (obstoječe in predvideno stanje), • hitrosti poplavnih vod pri Q100 (obstoječe in predvideno stanje). MIŠIČEV VODARSKI DAN 2010 MSc. T. MIŠIČ T. MIĆIĆ - 111 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJE VODA Vhodni podatki modela so rezultati modeliranja z MIKE-om in pripravljeni z vmesnikom Aquaterra tako, da prikazujejo maksimalne vrednosti v posamezni celici v celotni časovni seriji. Rezultat modela so sloji, pripravljeni že s predpisano simbologijo po Pravilniku: • karta poplavne nevarnosti (obstoječe in predvideno stanje), • karta razredov poplavne nevarnosti (obstoječe in predvideno stanje), • karta poplavne nevarnosti za območja, kjer je hitrost večja od 1 m/s (obstoječe in predvideno stanje), Računski postopek modela traja nekaj minut in zelo pospeši izdelavo poplavnih kart. ZAKLJUČEK Predstavljena priprava podatkov za vnos v 2D model MIKE omogoča uvoz več sto milijonov točk, ki se lahko zaradi uporabe naprednih tehnologij tudi relativno hitro vizualizirajo v vseh merilih. Prednosti avtomatizirane obdelave rezultatov hidrodinamičnega modela MIKE v okolju ModelBuilder so: • čas izdelave potrebnih slojev kart poplavne nevarnosti in razredov poplavne nevarnosti se skrajša na nekaj minut, • računski proces je zaradi modelnega okolja pregleden in transparenten, • model je prenosljiv. LITERATURA Medmrežje: http://webhelp.esri.com (10. 11. 2010) MIŠIČEV VODARSKI DAN 2010