How to 7 : การวิเคราะห์แบบจำลองทางอุทกศาสตร์ Hydrological model analysis

การเติมเต็มพื้นที่ (Fill)

เปิดชั้นข้อมูล IDW ขึ้นมา (ชั้นข้อมูลเดิมที่ทำไว้ใน How to 5 : การประมาณค่าช่วง Interpolation)

เปิดคำสั่ง Fill ที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Fill

หน้าต่างของ Fill ช่องที่ 1 Input surface raster ทำการนำเข้าชั้้นข้อมูลที่ต้องการเติมเต็ม ในตัวอย่างเลือกเป็น idw2
ช่องที่ 2 Output surface raster เลือกพื้นที่ที่ต้องการจัดเก็บ ในตัวอย่างเลือกเป็น idw_fill2 จากนั้นคลิกที่ OK

ข้อมูลเดิมที่เราต้องการจะถูกเติมเติมพื้นที่

ทิศทางการไหล (Flow direction)

เป็นการคำนวนการไหลของน้ำ จากเซลล์หนึ่ง ไปยังอีกเซลล์หนึ่งในข้อมูลแรสเตอร์ ทิศทางจะถูกคำนวนจาก DEM (อาจผ่านการเติมเต็มพื้นที่แล้ว) ทิศทางการไหลมี 8 ทิศ คือ

สีเขียวอ่อน (1)  =  ไหลไปทางทิศตะวันออก

สีเขียวเข้ม (2)   =  ไหลไปทางทิศตะวันออกเชียงใต้

สีฟ้า (4)         =  ไหลไปทางทิศใต้

สีฟ้าเข้ม (8)     =  ไหลไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้

สีน้ำเงิน (16)    =  ไหลไปทางทิศตะวันตก

สีม่วง (32)      =   ไหลไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ

สีส้ม (64)       =   ไหลไปทางทิศเหนือ

สีเหลือง (128)  =   ไหลไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ

ใช้ชั้นข้อมูลเดิม และเปิดคำสั่ง Flow Direction จาก AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrologu > Flow Direction

หน้าต่างของ Flow Direction ช่องที่ 1 Input surface raster ทำการนำเข้าชั้้นข้อมูลที่ต้องการทำทิศทางการไหล ในตัวอย่างเลือกเป็น idw_fill2 (คือพื้นที่ที่ทำการเติมเต็มแล้ว)
ช่องที่ 2 Output surface raster เลือกพื้นที่ที่ต้องการจัดเก็บ ในตัวอย่างเลือกเป็น fill_flow จากนั้นคลิกที่ OK

จะปรากฏผลลัพธ์ของการทำ ทิศทางการไหล (Flow Direction)

ทำการตรวจสอบค่าของข้อมูล ทำการ Zoom In จากการนั้นคลิอกที่เครื่องมือ Identify จากนั้นนำเมาส์ไปคลิกในพื้นที่ที่ต้องการตรวจสอบ จะสังเกตุได้ว่าข้อมูลพิกเซลตรงกัน

การไหลสะสม (Flow accumulation)

เป็นการคำนวนการไหลของข้อมูลทุกๆเซลล์ ไปยังเซลล์ที่มีความชันต่ำกว่าจุดออกของน้ำ หากกำหนดให้ 1 เซลล์มีค่าเท่ากับ 1 ผลลัพธ์ ที่ได้จะเป็นค่าของจำนวนเซลล์ ที่ไหลผ่านไปแต่ละเซลล์

เปิดคำสั่ง Flow Accumulation ที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Flow Accumulation

หน้าต่างของ Flow Accumulation ช่องที่ 1 คือ Input flow direction raster ให้เราใส่ค่าข้อมูลที่ต้องการทำการสะสมการไหล ในตัวอย่างใช้ข้อมูล fill_flow
ช่องที่ 2 คือ Output accumulation raster ให้เราเลือกว่าจะจัดเก็บที่ไหน
แล้วช่องที่ 3 คือ Output data type คือเลือกประเภทของของมูลในตัวอย่างเลือก INTEGER (จำนวนนับ) จากนั้นคลิกที่ OK

จะได้ผลลัพธ์ในการทำ Flow Accumulation

วิธีการตรวจสอบ ให้ทำการ Zoom In เข้าไปบริเวณเส้น เส้นสเข้มคือเส้นที่มี พื้นที่ต่ำ ส่วนเส้นสีอ่อนคือเส้นที่มีพื้นที่สูง

ลำดับของลำน้ำ (Stream order)

เป็นการกำหนดลำดับให้กับโครงข่ายลำน้ำในลุ่มน้ำด้วยหมายเลข โดยใช้หลักการจำแนกและจัดกลุ่มประเภทของลำน้ำ

ลำน้ำลำดับที่ 1 จะถูกควบคุมโดยน้ำที่ไหลบนพื้นผิว เนื่องจากลำน้ำลำดับที่ 1 นี้จะไม่มีต้นน้ำเป็นตัวควบคุม

บริเวณส่วนนี้จึงไวต่อการปนเปื้อนของมลพิซ ในขณะเดียวกันก็สามารถใช้ประโยชน์จากบริเวณนี้ได้มากกว่าลุ่มน้ำอื่น การจำกัดลักษณะของลำน้ำมี 2 ลักษณะ คือ 

- Strahler เป็นการจำแนกน้ำออกเป็นลำดับโดยกำหนดลำน้ำสายเล็กที่ไหลมาจากสันปันน้ำเป็นลำดับที่ 1 ถ้าลำน้ำที่ 1 ไหลมารวมกันสองสายจะเกิดเป็นลำน้ำที่ 2 และถ้าลำน้ำที่ 2 สองสายไหลมารวมกันก็จะเกิดเป็นลำน้ำที่ 3  ลำน้ำลำดับเดียวกันไหลมารวมกันจะเกิดเป็นลำน้ำในลำดับสูงกว่า

- Shreve เป็นการจำแนกลำน้ำออกเป็นลำดับ โดยกำหนดลำน้ำสายเล็กที่ไหลมาจากสันปันน้ำเป็นลำดับที่ 1 ถ้าลำน้ำลำดับที่ 1 สองสายมารวมกันจะเกิดเป็นลำน้ำลำดับที่ 2 และถ้าลำน้ำลำดับที่ 2 รวมกับลำดับที่ 1 จะเป็นลำดับที่ี 3 และถ้าลำน้ำที่ 3 รวมกับลำน้ำที่ 1 จะเป็นลำน้ำที่ 4 

เปิดคำสั่ง Steram Order ที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Steram Order

หน้าต่างของ Stream Order ช่องที่ 1 คือ Input stream raster ให้เราใส่ค่าข้อมูลที่ต้องการทำลำดับลำน้ำ ในตัวอย่างใช้เป็นข้อมูล flow_acc
ช่องที่ 2 คือ Input flow direction raster.ให้ใส่ชั้นข้อมูลทิศทางการไหล ในตัวอย่รางใช้เป็น fill_flow
ช่องที่ 3 คือ Output raster เลือกที่จัดเก็บข้อมูล
ช่องที่ 4 คือ Method of stream ordering เลือกประเภทเป็น STRAHLER 

ผลลัพธ์ของการทำ Stream Order แบบ Strahler

ส่วนแบบ Shreve ทำตามขั้นตอนดังนี้
หน้าต่างของ Stream Order ช่องที่ 1 คือ Input stream raster ให้เราใส่ค่าข้อมูลที่ต้องการทำลำดับลำน้ำ ในตัวอย่างใช้เป็นข้อมูล flow_acc
ช่องที่ 2 คือ Input flow direction raster.ให้ใส่ชั้นข้อมูลทิศทางการไหล ในตัวอย่รางใช้เป็น fill_flow
ช่องที่ 3 คือ Output raster เลือกที่จัดเก็บข้อมูล
ช่องที่ 4 คือ Method of stream ordering เลือกประเภทเป็น SHREVE 

ผลลัพธ์ของการทำ Shreve

การแปลง (Stream to feature)

เปิดคำสั่ง Stream to feature ที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Stream to feature

หน้าต่างของ Stream to Feature ช่องที่ 1 คือ Input stream raster ให้ใส่ข้อมูลที่ต้องการแปลในตัวอย่างใช้เป็น st

ช่องที่ 2 คือ Input flow direction raster ใช้ข้อมูล fill_flow
แล้วช่องที่ 3 คือ Output polygon features ใส่ที่จัดเก็บ จากนั้นคลิก OK

จากนั้นจะได้ข้อมูลการทำ Stream to Feature 

ทำการ Zoom In ใกล้ๆจะเห็นลายเส้นชัดเจน

ทำการตรวจสอบชั้นข้อมูล คลิกขวาที่ชั้นข้อมูล เลือกที่ Open Attribute table

ช่อง GRID_CODE คือช่องเส้นทางน้ำหลัก

เราจะทำการหาเส้นทางน้ำหลักตั้งแต่ 5 ชั้นขึ้นไป โดยเริ่มจาก
- เลือกที่ Table Options > Select By Attibute...

- พิมพ์ "GRID_CODE" >=5 ลงไปเพื่อต้องการหาเส้นทางน้ำ มากกว่าหรือเท่ากับ 5 จากนั้นคลิก OK 

- คลิกที่ Show selected recorde เพื่อต้องการแสดงผลที่เราหาไป

การทำ Export Data คลิกขวาที่ Layer ข้อมูลจากนั้นเลือก Data > Export Data

ช่อง Output feature class เลือกที่จัดเก็บ จากนั้นคลิก OK

ในแถบ Table of Contents ให้คลิกเอาเครื่องหมายออกทุก Layer ยกเว้นชั้นข้อมูลของ Export Data ที่ทำไว้ ก็จะปรากฏมาดังภาพ

ลุ่มน้ำ (Basin)

เป็นการวิเคราะห์หาพื้นที่ลุ่มน้ำว่าอยู่ในบริเวณใดบ้าง โดยใช้ Flow direction เป็นข้อมูลหลักสำหรับการวิเคราะห์ Flow direction จะถูกวิเคราะห์โดยการจัดกลุ่มของเซลล์ที่อยู่ติดกัน เพื่อกำหนดให้เป็นลุ่มน้ำเดียวกัน 

เปิดคำสั่ง Basin ที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Basin 

หน้าต่างของ Basin ช่องที่ 1 คือ Input flow direction raster เลือกข้อมูลที่ต้องการทำลุ้มน้ำ ช่องที่ 2 Output raster เลือกว่าจะจัดเก็บที่ไหน จากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ของการทำ Basin

พื้นที่รับน้ำ (Watershed)

 เปิดชั้นข้อมูล เลือก 1 พิกเซลล์มาเซลล์เดียวที่มีค่าสูง

ทำการ Zoom In จากนั้นคลิกที่ Identify นำเมาส์ไปคลิกบริเวณพิกเซลที่ต้องการจะปรากฏค่าความสูงของพิกเซล

จากนั้นเลือกคำสั่ง Create Feature Class ที่อยู่ใน ArcToolbox > Data Management Tools > Feature Class > Create Feature Class

 หน้าต่างของ Create Feature Class ช่องที่ 1 Feature Class Location เลือกแฟ้มที่จัดเก็บ ให้เราเลือกแฟ้ม และคลิก Add เพื่อเลือกแฟ้ม
ช่องที่ 2 Feature Class Name ตั้งชื่อชั้นข้อมูล
ช่องที่ 3 Geometry Type เลือกประเภท  จากนั้นคลิกที่ OK

จากนั้นทำการดิจิไทซ์ เลือกที่คำสั่ง Editor > Start Editing   

เลือกข้อมูลที่ต้องการทำการดิจิไทซ์ จากนั้นคลิก OK

ทำการจุดในบริเวณพิกเซลที่ต้องการจากนั้นทำการ Save และ Stop Edit ตามลำดับ

จากนั้นให้เลือกคำสั่ง Snap Pour Point ที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Snap Pour Point

หน้าต่างของ Snap Pour Point ช่องที่ 1 Input raster or feature pour point data เลือกชั้นข้อมูลแรสเตอร์หรือข้อมูลจุดที่ต้องการ
ช่องที่ 2 Input accumulation raster เลือกชั้นข้อมูลที่เป็น ข้อมูล accumulation
ช่องที่ 3 Output raster เลือกว่าต้องการจัดเก็บที่ไหน จากนั้นคลิก OK

จากนั้นเลือกคำสั่ง Watershed ในแถบคำสั่งที่อยู่ใน AcrToolbox > Spatial Analyst Tool > Hydrology > Watershed

ในหน้าต่างของ Watershed ช่องที่ 1 Input flow direction raster ให้เลือกข้องมูลที่เป็นการไหล
ช่องที่ 2 Input raster or feature pour point data ให้เลือกข้อมูลที่ทำการ  Snap Pour Point 
ช่องที่ 3 Output raster เลือกที่จัดเก็บ จากนั้นคลิก OK

ทำการเลือกคำสั่ง Raster to Polygon ที่อยู่ใน ArcToolbox > Conversion Tools > From Raster > Raster to Polygon

หน้าต่างของ Raster to Polygon ช่องที่ 1 Input raster ให้เลือกข้อมูล Watershed
ช่องที่ 2 Output polygon features เลือกว่าจะจัดเก็บที่ไหน จากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำ จะแสดงภาพของพื้นที่ในรูปแบบ Polygon

Video How to 7 : การวิเคราะห์แบบจำลองทางอุทกศาสตร์ Hydrological model analysis

http://www.youtube.com/watch?v=-oMPpDvGBms&feature=youtu.be

อ้างอิง : สื่อการสอน อาจารย์ ดร.ณรงค์  พลีรักษ์ คณะภูมิสารสนเทศศาสตร์  มหาวิทยาลัยบูรพา