Hydrological processes modeling using GIS ARCGIS and module HEC-RAS

Abstract

Мета роботи полягає у визначенні площ затоплення земель згідно обраної гідрологічної моделі складної ділянки р. Дністер у місці переходу від передгірської частини до рівнини зі складним меандруванням та значними зміщеннями річки. Методи. Опрацьовано метод дослідження затоплених земель внаслідок підняття води до певного рівня. Він включає: знімання з БПЛА; геодезичні та гідрологічні роботи; створення ЦМР та аналіз її точності; гідрологічне моделювання з використанням програмного пакету HEC-RAS; визначення площ затоплення. Для отримання цифрової моделі рельєфу, яка є основою для гідрологічного моделювання, був використаний БПЛА Trimble UX5 з камерою Sony NEX-5R. Точність визначення планових координат за ЦМР становить 6 см; висотні позначки залежно від базису стереопари та підстильної поверхні становлять 0,21м. ЦМР створено за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення Pix4D. Результати. ЦМР створено за результатами знімання з БПЛА з середньою квадратичною похибкою 0,2 м. Методику гідрологічного моделювання реалізовано на частині річки Дністер зі складною конфігурацією русла. Визначено зони затоплення за різних рівнів підняття води. Наукова новизна полягає у розробці методики визначення затоплених територій на основі гідрологічного мделювання за допомогою модуля HEC-RAS для ділянки річки Дністер, яка характерна значною ерозією прибережних ґрунтів, складним меандруванням та переходом від передгірської частини до рівнинної. Такі умови вимагають точного визначення параметрів моделювання. Для отримання вхідних даних для моделювання затоплень виконано знімання з БПЛА з попереднім обґрунтуванням параметрів точності. Практичне значення. Гідрологічне моделювання виконують з метою передбачення наслідків матеріальних втрат внаслідок повеневих явищ, які трапляються в Прикарпатському регіоні. Своєчасне отримання інформації про ці процеси, стеження на гідрологічних постах за рівнем води, яка наповнює русла і заплаву, дозволяють через відповідні адміністративні структури здійснити оповіщення населення і прийняти заходи для зменшення втрат, які виникають внаслідок цих руйнівних явищ. Запропоноване дослідження спрямоване на отримання інформації про площі затоплення внаслідок різних рівнів підняття води в річці Дністер.

Aim of this research is to determine the area of land flooding according to a reasonably chosen hydrological model for a complex section of the Dniester River at the place of transition from the foothill to the plain with complex meandering and significant shifts of the river. Methods. The method of investigation of flooded areas as a result of water rise to a certain level has been processed. It includes: survey of the area with UAVs; the implementation of geodetic and hydrological activities in the field of research; creation of DEM based on survey results and analysis of its accuracy; hydrological modeling using the HEC-RAS software package; and determination of flood areas. In order to obtain the digital elevation model, which is the basis for hydrological modeling, a Trimble UX5 UAV with a Sony NEX-5R camera was used. To accurately determine DEM coordinates, a standard error for horizontal coordinates of 6 cm was established; elevation coordinates depending on the basis of images and the underlying surface equals 0,21m. The DEM was created using the specialized software Pix4D. GPS data was given as input to the hydrological modeling. Results. The DEM was created according to the results obtained from the UAV to the average quadratic error of 0.2 m. The technique of hydrological modeling implemented on the part of the Dniester River with a complex configuration of the channel was processed. Areas have been designated including the area of flooding at different water levels of. Scientific novelty is the development of a methodology for determining flooded areas based on the hydrological modeling using the HEC-RAS module for the Dniester River section, which is characterized by significant erosion of coastal soils, complicated meandering and transition from foothill to plain topography. Such conditions require precise determination of modeling parameters. In order to obtain input data for flood modeling, the UAV survey was carried out with a preliminary justification of the accuracy characteristics. The practical significance. Hydrological modeling is performed in order to predict the consequences of material losses due to flood events occurring in the Pre-Carpathian region. The timely receipt of information about these processes; and the monitoring of hydrological posts on the water level, which fills the beds and floodplains, allow through appropriate administrative structures to notify the population and take measures to reduce the losses resulting from these devastating phenomena. The proposed study is aimed at obtaining information on flood areas due to different levels of water uplift in the Dniester River.