Hydrologiseen mallinnukseen

Tällä harjoituskerralla olin valitettavasti kipeänä, ja jouduin tekemään kaiken ilman ohjeistusta ja apua. Kuitenkin ymmärsin asiat ja sain kaiken tehtyä. Lähtöaineistoina tällä kertaa toimivat:

1. Korkeusmalli KevoDEM.tif (Digital Elevation Model)
2. Kevon alueen maastokartta Maastokartta.tif
3. Georeferoitu mustavalkoinen ilmakuva
vuodelta 2003 kevo_orto_2003.tif

Tarkastelin ensin Kevo DEM dataa ja aineiston tietoja. Korkeusmallin projisoitu koordinaattijärjestelmä on EUREF FIN TM35FIN, 3067, Transverse Mercator. Korkeusmallin vaakasuunnan, eli latitude, yksikkö on metri (1,0). Korkeussuunnassa, eli angular unit, se on aste (0,0174532925199433). Spatiaalinen resoluutio kerrotaan metreissä ja tässä aineistossa se on 2×2 metriä. Aineisto on myös 32 bittinen ja koko on 34,33 MB. Spatiaalinen resoluutio ilmaisee rasterikuvatiedoston sisältämän informaation määrän pikselien lukumääränä mittayksikköä kohti.  (Museovirasto, Digitoinnnin laadunhallinta). Alue on iso ja sen koko maastossa: 6km*6km = 36km*2.

Aineiston korkeimmat kohdat ovat korkeimmillaan 422 metrissä ja ne löytyy aineiston ulkoreunoilta pohjoisesta, idästä ja lännestä. Matalimmat kohdat taas löytyvät korkeita selänteitä halkovasta jokilaaksosta, jonka alin kohta on 145 metriä.

Pohjustusta

Sitten tehtiin rinnevalovarjostus. Käytin ensin oletusarvoja, joissa valo paistaa 45 asteen kulmassa luoteesta. Kuitenkin hyvänä huomiona oli, että oikeasti alueella aurinko paistaisi esimerkiksi etelästä 35 asteen kulmassa, joten kokeilin näinkin (azimuth  180, altitude 35).

Contourissa tuotettiin korkeuskäyrät 10 metrin välein, mikä oli mielestäni hyvä väli (olisi voinut olla jopa 15 metriäkin, sillä jyrkissä kohdissa tulee zoomata aika lähelle halutessaan nähdä käyrät). Muutin käyrät tummanruskeiksi, jotta ne erottuvat, mutta ovat luonnollisten korkeuskäyrien näköiset.

Verraten Kevo_DEM korkeusmalliin, vinovalovarjoste ja korkeuskäyrät tuottavat omasta mielestäni tarkempaa tietoa. Niistä (varsinkin korkeuskäyristä) näkee selkeät rajat jyrkille kohdille, korkeimmille ja matalimmille kohdille. Rinnevalovarjosteesta näkee hyvin pienempienkin uomien ja uurteiden sijainnin ja käyristä niiden syvyyden, kun taas Kevo_DEM korkeusmallissa ne ovat epäselkeitä. Kuitenkin Kevo_DEM sopii laajempaan tarkasteluun ja siinä näkyy väreillä korkeusvaihtelut alueellisesti jopa selkeämmin ja nopeammin, kun rinnevalolla tai korkeuskäyrillä.

Tehtyäni Aspect tason kevo_DEM aineistolle, saatiin erittäin värikäs rinteiden suuntia kuvaava aineisto. Kartta on vaikeammin tulkittavissa, kuin esimerkiksi rinnevalo- ja korkeuskäyräkartat ja siinä on vaikeampi erottaa esimerkiksi syvyyksiä. Siitä näkee eri väreillä rinteiden suuntia esimerkiksi pohjoisrinteet ovat vaaleansinisellä ja etelän punaisella, länsi tummansininen ja itä kellertävä/vihreä.

Hydrologinen mallinnus

Hydrologista mallinnusta lähetään suorittamaan niin, että vertaillaan rasterimuotoisen korkeusmallin pikselien arvoja niiden naapureihin. Virtaussuunta on se naapuri, johon arvo pienenee eniten, koska se on jyrkin vaihtoehto. Tässä ja mutamassa muussa asiassa tehdään olettamusta, jotta mallinnus voidaan kätevästi suorittaa.

Mallinnus tehdään näillä vaiheilla:

1. Kuoppien (Sinks) täyttäminen
2. Virtaussuunnan (Flow direction) mallinnus
3. Potentiaalisten virtausreittien ja kumulatiivisten virtausmäärien (Flow accumulation) mallinnus
4. Vedenjakajien ja valuma-alueiden määrittäminen (Basins)

Kuoppien tuninstaminen tehdään sinks työkalulla ja ne visualisoidaan vektorimuotoisiksi pisteiksi. Tästä huomaa, että kuoppia on paljon matalimmilla kohdilla sekä korkeilla kohdilla, muttei niinkään rinteillä.

Sitten tehdään virtaussuunnan mallinnus, jossa värikoodatuilla pikseleillä esitetään veden virtaussuunnat.

Sitten valuma-alueiden tuonti kartalle. Ne luodaan virtaussuunta datan pohjalta, josta oli kuopat täytetty. Sen jälkeen muutetaan polygoneiksi ja visualisoin lopuksi vain oransseiksi ohuiksi viivoiksi.

Alueen valuma-alueet ovat reunoilla ja ne ovat osa todella pieniäkin esimerkiksi 0,2 km*2. Suurimman osan kartan alueella kattaa yksi isompi valuma-alue. Kaikki pienimmät valuma-alueet eivät ole realistisia, sillä ne kulkevat pikseleiden suuntien mukaisesti ja osa näyttää olevan yhden pikselin neliön kokoisia eli todella pieniä. En tiedä, mistä häiriö johtuu, mutta selkeästi valuma-alueet menevät lomittain ja päällekkäin, mikä voi johtaa tilanteeseen.

Sitten tutiin uomat kartalle Flow Accumulation työkalulla, jossa uomat näkyivät valkoisella ja muut alueet mustalla. Valkoisella olevat pikselit saavat suurimman arvon, koska niihin valuu eniten vettä (niissä valuu) muista pikseleistä.

Sitten otetaan tarkasteluun vain potentiaaliset uomat, joissa valunnan määrä on suurin. Näkyviin halutaan ne pikselit, joihin virtaa ensin 100 000 muusta pikselistä vettä, jolloin saatiin näkymään suurimmat uomat. Tämä luodaan vektorimuotoiseksi. Sitten tarkastelin niitä, joihin valuu 5000 muusta pikselistä ja uomia tuli enemmän näkyviin. Tarkastelin myös 2000 sekä 10 000. Omasta mielestäni paras ja kuvaavin oli se, jossa uomiin virtasi 5000-10 000 eri pikselistä vettä, koska esimerkiksi  rinnevarjosteella ne uomat näkyvät selkeimmin.

Päällekkäin tarkasteltuna uomien kohdat muuttuvat esimerkiksi 5000 ja 10 000 uomien kohdalla. Tarkasteltaessa esimerkiksi 5000 raja-arvon tulosta, voi huomata, että uomat menevät päällekkäin ja epäloogisesti muodostaen pienien neliöiden muotoisia alueita. Tämä pätee jokaisessa raja-arvossa, mutta eniten niitä on pienempien raja-arvojen uomissa. Lisäksi niitä on eniten selkeissä pääuomissa kartalla. Kartan alimmissa kohdissa, ja niissä, jotka näkyvät myös 100 000 raja-arvon uomissa, on eniten häikkää.

Lopputuotokseen laitoin pohjalle korkeusmallin, 80% rinnevalovarjosteen, 10k uomat.

Sofia Salonen, Geoinformatiikan menetelmät 2 – MAA-221, syksy 2023