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Erforschung der Geheimnisse der Topographie: Was ist die traditionelle Methode zur manuellen Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten?
Bei der Einzugsgebietsabgrenzung werden die Grenzen eines Einzugsgebiets bestimmt, das auch als Rückhaltegebiet, Einzugsgebiet oder Flussbecken bezeichnet wird. In mehreren Bereichen, darunter Umweltwissenschaften, Ingenieurwesen und Management, ist es ein wichtiger Schritt bei der Untersuchung von Problemen wie Überschwemmungen, aquatischen Lebensräumen oder Wasserverschmutzung. Diese Tätigkeit wird in der Regel von Geographen, Wissenschaftlern und Ingenieuren ausgeübt.
In der Vergangenheit basierte die Abgrenzung von Einzugsgebieten hauptsächlich auf manueller Arbeit an topografischen Papierkarten, ergänzt durch Feldvermessungen. In den 1980er Jahren, mit der Entwicklung von Computern und elektronischen Daten, tauchten automatisierte Methoden zur Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten auf und fanden breite Anwendung.
Computergestützte Methoden zur Abgrenzung von Einzugsgebieten nutzen digitale Höhenmodelle (DEMs), bei denen es sich um Datensätze handelt, die die Höhe der Erdoberfläche darstellen.
Heutzutage erfolgt die Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten normalerweise mithilfe spezieller hydrologischer Modellierungssoftware wie WMS, geografischer Informationssystemsoftware (wie ArcGIS oder QGIS) oder mithilfe von Programmiersprachen wie Python oder R. Als grundlegende geografische Einheit der Hydrologie umfasst ein Einzugsgebiet die Bewegung, Verteilung und Bewirtschaftung von Wasser auf der Erde.
Manuelle Abgrenzung von Einzugsgebieten
Die traditionelle Methode zur Berechnung von Einzugsgebietsgrenzen besteht darin, sie manuell auf topografischen Papierkarten zu zeichnen, manchmal unterstützt durch die Verwendung transparenter Folien. Sie können dann einen Entfernungsmesser verwenden, um eine Flächenschätzung vorzunehmen, oder die Ergebnisse können digitalisiert werden, um sie mit Kartensoftware zu verwenden. Selbst im elektronischen Zeitalter ist die Fähigkeit der manuellen Einzugsgebietsabgrenzung immer noch sehr nützlich, da sie die Korrektheit von mithilfe von Software generierten Einzugsgebieten überprüfen kann.
Nach Angaben des U.S. Geological Survey umfassen die Schritte zur manuellen Abgrenzung eines Wassereinzugsgebiets Folgendes: Identifizieren von Wassereinzugsgebietsaustrittspunkten auf einer Karte, Vorstellung oder Zeichnung von Oberflächenwasserlinien, die in tiefer gelegene Gebiete fließen, Markieren der Standorte von Hochreliefpunkten, Identifizieren von Fließpunkten zu Wassereinzugsgebieten und die Verbindung dieser Punkte zur Abgrenzung von Einzugsgebieten.
Einige Grundregeln für die Abgrenzung von Grenzen umfassen: Einzugsgebietsgrenzen sollten beim Überqueren dieser Höhenlinien senkrecht stehen und Flüsse oder Bäche nur an deren Austritt überqueren. Die Grenzen der Einzugsgebiete sollten den Höhenlinien folgen und Hochpunkte verbinden.
Der Nachteil der manuellen Abgrenzung besteht darin, dass sie der persönlichen Beurteilung unterliegt und eine gewisse Fehlerquote besteht. Die Illinois Environmental Protection Agency erklärt: „Die Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten ist eine ungenaue Wissenschaft. Selbst zwei Experten können bei kleineren Wassereinzugsgebieten zu leicht unterschiedlichen Grenzen kommen, insbesondere wenn genaue Ergebnisse von entscheidender Bedeutung sind, können Exkursionen erforderlich sein, um Merkmale zu entdecken, die nicht angezeigt werden.“ Karte.
Automatisierte Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten
Der Einsatz von Computersoftware zur Abgrenzung von Wendepunkten ist oft schneller und konsistenter als manuelle Methoden, da dadurch die Subjektivität des Analysten ausgeschaltet wird. Automatisierte Methoden zur Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten erfreuen sich seit den 1980er Jahren großer Beliebtheit und werden in Wissenschaft und Technik häufig eingesetzt.
Forscher nutzen sogar Computermethoden, um Wassereinzugsgebiete auf dem Mars abzugrenzen.
Automatisierte Methoden zur Einzugsgebietsabgrenzung nutzen digitale Höhenmodelle (DEMs), wobei zur Berechnung der Fließrichtung typischerweise der Ansatz der „steilsten Steigung“ verwendet wird. Dieser Prozess wird normalerweise auf einem rechteckigen Gitter durchgeführt, wie es bei den meisten modernen Algorithmen der Fall ist. Um genauere Ergebnisse zu erhalten, müssen die Daten verarbeitet und „konditioniert“ werden, damit realistische hydrologische Ergebnisse erstellt werden können.
Bei der Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten auf der Grundlage von DEMs berücksichtigt der Algorithmus tiefliegende Gebiete im Gelände, Fließwege und andere Faktoren und bestimmt dann die Richtung des Wasserflusses, wofür verschiedene Berechnungsmethoden erforderlich sind . Der häufiger verwendete D8-Algorithmus hat Einschränkungen in acht Richtungen, was zu unrealistischen Strömungsmustern führen kann.
Software zur Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten
Einige der ersten Programme zur Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten wurden in FORTRAN geschrieben, beispielsweise CATCH und DEDNM. Heutzutage enthalten viele Softwarepakete für geografische Informationssysteme (GIS), wie ArcGIS, QGIS und GRASS GIS, Tools zur Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten. Darüber hinaus sind auch eigenständige Anwendungen zur Einzugsgebietsabgrenzung wie TauDEM verfügbar.
Einige Software kann zur hydrologischen Simulation verwendet werden und hat die Funktion, Wassereinzugsgebiete abzugrenzen. Dazu gehören WMS (hydrologische Software), SWAT-Modell und BASINS usw.
Andere verfügbare Datensätze und Ressourcen
Es gibt viele Vektordatensätze, die Wassereinzugsgebiete darstellen und mit GIS oder anderer Software angezeigt und analysiert werden können. Diese Datensätze unterteilen die gesamte Landoberfläche in „Teileinzugsgebiete“ oder „Einzugsgebiete“. Einzelne Einzugsgebietseinheiten können zu größeren Einzugsgebieten kombiniert werden, und Fließwege und Verbindungen können durch Netzwerkanalysen bestimmt werden.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie entwickeln sich die Technologie und Methoden zur Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten immer noch weiter. Diese präziseren Daten und neuen Algorithmen könnten die Abgrenzungsgenauigkeit weiter verbessern. Wie wirkt sich die Abgrenzung von Wassereinzugsgebieten auf unser Leben und unsere Ökologie aus, wenn wir die Auswirkungen von Umweltveränderungen und menschlichen Aktivitäten berücksichtigen?
