L.P. 2 10.10.2013

Derivatele primare ale altitudinii

Altitudinea este variabila cantitativa primara a reliefului suprafetei terestre. Ea este continua si diferentiabila in orice punct al suprafetei terestre. Derivatele primare ale altitudinii sunt panta si expozitia (aspectul).

Din punct de vedere geometric, panta reprezinta unghiul sub care inclina suprafata topografica fata de un plan orizontal.

Panta terenului influenteza viteza de infiltratie a apei in sol, viteza si directia de scurgere a apei pe versanti, viteza si directia depunerii materialelor erodate, tip de vegetatie, tip de sol.

Expozitia unui versant reprezinta unghiul dintre directia nord si directia liniei de cea mai mare panta a versantului. Unghiul se masoara in sensul acelor de ceasornic.

Orientari: 8 (N, NE, E, SE, S, SV, V, NV)

360°/8 = 45° (ecart)

www.geospatial.org -> SRTM reproiectat in STEREO 70 (a 2-a) -> mozaic -> ESRI ASCII

LP 3 17.10.2013

Derivatele secundare ale altitudinii

a) Curbura terenului

1. Curbura totala reprezinta derivate a doua a suprafetei sau ca este panta pantei2. Curbura in plan sau curbura orizontala este curbura inregistrata in teren in plan

orizontal. Valorile positive ale acestui parametru caracterizeaza pixelii cu contururi convexe ceea ce implica o scurgere divergenta iar valorile negative, pixelii cu contururi concave.

3. Curbura in profil reprezinta curbura inregistrata de suprafata topografica pe direcitia liniei de cea mai mare pante. Aceasta curbura afeteaza viteza de scugere a apelor la suprafata terenului si influenteaza procesele de eroziune si de acumulare. In zonele in care curbura este negativa, profilul terenului este convex si acolo dominant este eroziunea iar in locatiile cu valoare pozitiva, profilul este concav iar procesul dominant este cel de acumulare.

Functia in Gis care determina curburile este CURVATURE (curbura). Functia se aplica pe modelul numeric al terenului sau modelul digital al terenului pentru o vecinatate

de 3/3 pixeli. Unitatea de masura este 1/m adica m-1 doar ptr curbura totala utilizandu-se 1/m2 adica m2 la puterea -1 uneori inmultindu-se si cu 100 rezultatul.

b) Umbrirea

Umbrirea reprezinta un indice adimensional care exprima in procente de la 0 la 100 gradul de umbrire al suprafetei terenului in functie de pozitia soareli pe cer. Umbrirea deriva direct din expozitia terenului. Modelul de calcul al umbririi presupune faptul ca suprafata terenului reflecta toata lumina ajunsa la aceasta egal catre toate directiile, umbrirea reprezentand intensitatea luminii reflectate de catre suprafata terestra. Cea mai tipica utilizare a umbririi este vizualizarea acesteia cu o paleta de culori in tonuri de gri, pozitionarea sa sub o harta hipsometrica sau sub un model digital de elevatie carora li s-a generat un anumit grad de transparenta.

c) Aria de drenaj

Aria de drenaj reprezinta suprafata din amontele unui pixel care la precipitatii genereaza scurgere spre o anumita sectiune, spre un anumit segment al curbelor de nivel sau pe un pixel. Aceasta variabila a fost numita si acumularea scurgerii deoarece reprezinta numarul de pixeli din amonte a caror scurgere se acumuleaza in pixelul respective. Si o alta denumire: aria din amonte atunci cand o vedem ca suprafata din amonte ce genereza scurgere catre pixelul respectiv. Cand se utilizeaza atributul totala, aria de drenaj se exprima ca arie totala de drenaj iar cand se utilizeaza atributul ‘’specifica’’ aria totala se imparte la aria pixelului si se obtine aria specifica de drenaj. Pentru a se putea modela aria de drenaj este necesara derivarea anterioara din modelul digital al directiei de drenaj(directia de scurgere). Identificarea canalelor potentiale de drenaj ale apei pe versanti se face prin aplicare functiei flow accumulation.

L.P. 4 24.10.2013

L.P. 5 7.11.2013

Rata medie anuala de eroziune a solului

Determinarea ratei de eroziune a solului se bazeaza pe modele de simulare. Acestea pot fi clasificate in functie de perioada de timp pentru care un model poate fi folosit in:

1. Modele proiectate pentru a prognoza pe termen lung pierderile anuale de sol (modele de evolutie a peisajului)

2. Modele ce prognozeaza pierderile de sol din timpurile unei singure ploi torentiale.

Exista modele care prezic eroziunea punctual si modele care identifica distributia spatiala a proceselor.

Se disting de asemenea :

modele empirice care sunt elaborate pe baza relatiilor semnificativ statistice identificate intre factorii si parametrii de control ai proceselor de scurgere eroziune si procesele erozionale propriu-zise

modele fizice descriu procesele erozionale utilizand relatiile matematice ce se stabilesc intre diferiti factori ce influenteaza eroziunea

Modelul ecuatiei universal a eroziunii solului (Universal Soil Loss Ecuation – USLE)

-este un model empiric de cuantificare a eroziunii solului. Acesta ia in considerare efectele precipitatiilor, erodabilitatea solului, lungimea si panta versantilor, acoperirea cu vegetatie si masurile de protectie anteerozionale, estimeaza pierderile de sol determinate de eroziunea in suprafata si in adancime dar numai pana la nivelul rigolelor neluand in considerare celelalte forme de eroziune

Ecuatia a fost dezv in conditiile SUA, contributia cea mai importanta fiind adusa de Wischmeier.

Ecuatia a suferit imbunatatiri de-a lungul timpului, astfel in 1975 a aparut modelul MUSLE., iar in 1991 RUSSLE.

Matematic modelul ecuatiei este urmatorul: E=R*K*L*S*C*Cs

UNDE E REPREZINTA RATA MEDIE ANUALA A EROZIUNII EXPRIMATA IN t/ha intr-un an

R-factorul de erozibilitate sau agresivitatea fluviala

K- factorul de erozibilitate a solului

L-influenta lungimii versantului

S- influenta pantei versantului

C- factorul acoperirii vegetatie si a modului de folosinta a terenului

Cs- factorul de corectie ptr efectul lucrarilor de combatere a eroziunii.

In varianta RUSLE factorii L si S apar combinati sub denumirea de factor topographic iar ecuatia devine: E = R*K*LS*C*Cs.

E-erozivitate fluviala reprezinta ‘’pierderile de sol la unitatea de indice de agresivitate pluviala in conditii standard de sol, relief si folosinta’’. Cercetarile au dus la stabilirea structurii factorului de agresivitate ploaie scurgere ca fiind produsul dintre cantitatea totala de precipitatii scazuta a…………..

(Florea 1987)

Erodabilitatea solului reprezinta o masura a usurintei cu care un sol poate fi erodat sub actiunea apei de scurgere de suprafata, exprimata prin cantitatea de material indepartata din sol in conditii standard de clima, panta si folosinta a terenului. Def lupascu 1998.

In ecuatia USLER acest factor reprezinta o valoare medie obtinua intr-un timp indelungat a pierderilor de sol determinate experimental in conditiile parcelelor standard. Estimarea acestui parametru ptr teritoriul Romaniei se face conform metodologiei intocmirii studiilor pedologice elbarote in 87 sub coordonarea lui N.Florea. criteriile ptr incadrare estimative a solurilor in cele 6 clase de erodabilitate sunt tipul genetic de sol, gradul de eroziune si textura orizontului de suprafata. Rocile compacte la zi si sedimentele in continut de carbonat de calciu de peste 40% sunt incadrate in clasa de erodabilitate 0.

Clasele de erodabilitate a solurilor

Cod clasa Clasa Valori0 Nu este cazul 01 Foarte mica Sub 0,62 mica 0,73 moderata 0,84 puternica 0,95 Foarte puternica 16 Extreme de puternica Peste 1,1

Factorul topografic cuantifica influenta caracteristicilor versantului (panta si lungime) asupra volumului de sol pe care pelicula de apa ce se formeaza la suprafata il poate indeparta. Cand se analizeaza factorul la nivel de bazin hidrografic, datorita eterogenitatii reliefului se foloseste in calcule acumularea scurgerii. Astfel factorul LS se determina penrtu orice punct al unui versant cu formula: LSr=(m+1)*[Ar/a0]m*[sin br/b0] , unde r reprezinta punctual, Ar

este suprafata din amontele pixelului r, br - reprez panta exprimata in procente ce corespunde pixelului r, a0 si b0 sunt parametrii parcelelor de teren experimentale standard a0 =22,1m, iar b0 =0,009, m, n sunt parametrii specifici tipului de scurgere si tipului de sol. m cu valori intre 0,4 si 0,6 iar n cu valori intre 1 si 1,4. Valorile mici penrtu cei 2 parametrii se folosesc pentru regiunile bine acoperite cu vegetatie.

L.P. 6 14.11.2013

Factorul acoperirii cu vegetatie si a modului de folosinta al terenului

Acesta cuantifica rata pierderilor de sol dintr o zona acoperita cu un tip de vegetatie si un anumit management al terenului.

Valorile acestui factor au fost determinate pentru diferite folosinte ale terenului de catre Motoc si colaboratorii in 1975:

Natura vegetatiei Coeficient COgor negru cu rigole si siroiri 1.20Ogor negru 1Pajisti puternic degradate 0.8Vii din deal in vale 0.75Livezi pe terenuri degradate 0.70Porumb, cartof, sfecla 0.70Livezi pe curba de nivel 0.5Vii pe curba de nivel 0.3Pajisti moderat degradate 0.3Culture de mazare si fasole 0.3Paduri pe terenuri degradate 0.25Culturi de protectie 0.25Cereale faioase de primavara 0.2Cereale faioase de toamna 0.15Ierburi perene anul I 0.1Ierburi perene anul II 0.05Pajisti bine incheiate 0.05

In 2004 coeficientii C au fost sintetizati pentru a usura aplicarea lor asupra modelului de utilizare a terenului CORINE LAND COVER (CLC) – Agentia Europeana de Mediu (www.eee.com).

Natura vegetatiei Coeficient CPadurea 0.02Pajistea 0.3Teren arabil 0.45Via 0.3Livada 0.5

Coeficientul de corectie pentru influenta lucrarilor antierozionale

Indicatorul masoara influenta lucrarilor agroameliorative, fitoameliorative si hidroameliorative deja existente pe parcelele de teren. Valorile coeficientului au rezultat in urma experientelor efectuate pe teritoriul Romaniei.

Grupa de panta (%)

Culturi pe curbele de nivel

Culturi in fasiiTerase, canale,

valuri de pamant

Culturi pe linia de cea mai mare panta

0-5 0.5 - - 15,1-10 0.6 0.30 - 110,1-15 0.7 0.35 0.15 115.1-20 0.8 0.4 0.15 120.1-25 0.9 0.45 0.15 1Peste 25 0.95 0.5 0.15 1

Daca un areal este lipsit de astfel de lucrari, primeste automat valoarea 1.

Implementarea modelului USLE in GIS

Integrarea ecuatiei matematice a USLE in ArcGis se face prin functia RASTER CALCULATOR, unde se vor introduce ca parametrii de intrare cu variabilitate spatiala factorii K, LS, C (strate tip raster) si ca valori numerice R si Cs. Factorul R prezinta pentru regiunea Dobrogei valoarea de 0.096.

Factorul K - coeficientii de erodabilitate se introduc direct in tabelul de atribute atasat hartii digitale a solurilor. Atribuirea coeficientului K se face pe fiecare unitate de sol in functie de parametrii existenti in metodologie. In ultima etapa stratul vectorial al solurilor se converteste in format raster in functie de valoarea coeficientului de erodabilitate.

Factorul LS - formula matematica care permite determinarea acestui factor trebuie introdusa in ferestra functiei Raster Calculator astfel:

POW([FLOWLACC]*30, UNDE 30 ESTE REZOLUTIA /22.1,0.3) * PoW(sin[PANTE_PR]*0.01745)/0.09,1.2)*1.3

FLOAW_ACC este rasterul cu distributia spatiala a acumularii scurgeriiPANTE_PR este rasterul cu distributiala spatiala a pantelor si este exprimat in

procente (%).Factorul C se determina ca valoare pe baza modului de utilizare a terenului din

modelul CLC din 2000. Valorile se introduc in tabelul de atribute atsat acestui model, iar ulterior stratul vectorial se converteste in format raster pe baza acestor valori. Factorul Cs se introduce in ecuatie cu valoarea 1 pentru regiunea Dobrogei.

L.P. 7 21.11.2013Exemplu de lucru in ArcGis

1. View -> ultima optiune -> Coordonate system -> predefinite -> Stereo 70 -> OK2. Click Add Data -> se selecteaza layerul care ne trebuie -> ADD3. Add Data -> SRTM -> OK

Pentru a se vedea relieful se da click dreapta pe primul layer -> Proprietati -> Culoare -> Hollow

4. Click dreapta la proprietati -> se modifica culorile rasterului

Rasterul cu pante

In meniul Spatial Analyst -> Surface Analyst -> Slope ->

a) Input surface (se introduce rasterul pe care vrem sa lucram)b) Unitatea de masura: grade sau procentec) Z factord) Output cell size (marimea laturii celulei introduse in DEM) de regula se lasa la 30 m.

e) Output raster: numele dat sa fie cat mai scurt (max 13 caractere), iar de regula intre cuvinte se introduce “_”, NICIODATA SPATIU!!!

Dupa OK v-a aparea rasterul cu pante.

Proprietati -> General -> Classified -> se modifica intervalele de la range apasand pe classify, iar la break values se modifica dupa nevoi.

Din meniul II se selecteaz cutiuta rosie -> Spatial Analyst Tools -> Hydrology -> Flow direction:

a) Input surface raster (se alege rasterul care nu e de sine statator – in cazul nostru se alege SRTM_30, nu pante)

b) Output flow_dir raster -> se adauga nume (flow_dir) -> savec) Output drop raster (se forteaza programul sa creada ca apele de pe suprafata hartii

curg spre exterior) – nu se selecteaza. Apoi select OK -> close. V-a rezulta o harta curcubeu cum e cea cu expozitia versantilor. La noul raster (flow_dir) -> proprietati – se modifica culorile.

Apoi de la cutiuta rosie se selecteaza Flow accumulation se se procedeaza ca la flow_dir -> 1) flow_dir

2) flow_acc -> save -> close.Pe noul raster -> proprietati -> se schimba gama de culori cu una mai potrivita.Aceasta metoda ne ajuta la identificarea retelei hidrografice (cuo marja de eroare fata de

harta topografica).Pentru a determina factorul LS (topografic): Spatial Analyst -> Raster Calculator -> se

aplica formula matematica de determinare (POW...) -> evaluare -> OK -> se poate schimba gama de culori.

Pentru a salva rasterul calculation: click dreapta -> data -> make permanent -> factor LS. Se poate importa prin: Add Data -> select factor_LS.

L.P. 8 28.11.2013Definitii

Factorul topografic (LS) este alcatuit din Influenta pantei Influenta lungimii versantului

Pentru a determina parametrii topografici se extrag pe baza DEM-uluiDEM = modelul de elevatie al ternului.Un fisier de tip vector este o singura entitate si poate fi de tip punct, linie, poligon.Un fisier de tip raster reprezinta mai multe entitati, are format numeric si il putem

folosi la efectuarea operatiilor matematice (scadere, adunare, impartire, inmultire).

}

L.P. 9 5.12.2013Utilizarea terenului

Harta distributiei factorului de vegetatie

Avem bifat Corine Cover si tipurile de sol.

DEM-ul este debifat, bazinul terenului este bifat.

CLC_xyz se deschide tabelul de atribute (pentru a vizualiza nomenclatura Corine Cover) -> se creeaza un nou camp:

Options -> Add field -> - name: factor C

- tip float (pentru a lua valorile continue-permite si parte zecimala) - precizia: 5 (pentru a rula programul cat mai bine)

- scara: 2

=> OK -> (se lasa tabelul de atribute deschis) -> editor -> start editing -> se alege optiunea cu shapefile -> OK -> in tabelul de atribute se introduc valorile coeficientului C din tabel (14.11.2013) -> editor -> stop editing -> OK (se salveaza).

CLC_xyz -> proprietati -> simbology (unique values) -> value field -> fact_c -> Add all values -> apply -> OK.

Harta distributiei erodabilitatii

Se debifeaza CLC_xyz -> se selecteaza sol_xyz.

Se deschide tabelul de atribute de la soluri -> options -> add field -> - name: factor_k

- type: float

- precision: 5

- scale: 2

=> OK -> editor -> start editing -> se alege optiunea cu shapefile (unde trebuie sa fie in lista fisierul care ne intereseaza) -> se completeaza campul cu fact_k (se pot muta coloanele din tabelul de atribute) -> in functie de tabelul cu criteriile pentru incadrarea estimativa a solurilor si clasele de sol

Solurile aluviale nu au eroziune!!!

Se incheie editarea si se salveaza. La proprietati -> simbology -> categorii unice -> value field -> fact_k -> apply -> OK.

Pentru a le transforma in raster:

Spatial Analyst -> conversion -> to raster -> feature to raster ->

Input: se alege fisierul pe care vrem sa il transformam Field: campul dupa care se face transformarea Output raster: se alege folderul si se introduce numele Output all size: 30 (rezolutia predefinita)

}=>

}=>

Fact_c -> proprietati -> classify -> streched (continua) -> se schimba gama de culori -> apply -> OK. Se repeta pentru fact_k.

L.P. 10 12.12.2013

Continuare

Layere: baz_xyz, factor_k, factor_t, factor_c, flow_acc, slope, DEM, clc_xyz, sol_xyz.

De la Spatial Analyst -> Raster Calculator -> se introduc valorile:

0.096* (fact_k) * (fact_t) * (fact_c)* 1 -> evaluate. 0.096 = valoarea pt. Dobrogea;1 = factorul de corelatie.

Calculation layer -> click derapta -> data -> make permanent -> se schimba numele -> USLE -> save.

Calculation -> remove; se debifeaza toate layerele mai putin baznin_xyz; se importa fisierul salvat mai devreme -> se schimba culoarea => o imagine pixelata. Pentru a o finisa (netezi): proprietati -> display -> resamble during data (bilinear interpolation). Rezulta harta distributiei spatiale a cantitatii de sol erodat.

View -> layout view -> page and print setup -> scale map elements proportionaly to changes in page size (bifat - dreapta jos). Langa butonul Add Data se afla scara care poate fi modificata in functie de preferinte.

Insert -> se adauga titlu, legenda, scara, directia nordului. Pentru a modifica titlul se da dublu click sau click dreapta -> proprietati. Aceasta metoda se aplica pentru toate casutele de tip text. Pentru a schimba fontul textului/culoare -> dublu click pe text si se alege about text -> se copiaza comanda si se aplica dupa instructiuni sau din bara de jos cu font si proprietati ale textului se modifica dupa nevoi.

Scale bar = scaragraficaPentru a adauga la scara talonul hartii: proprietatile scarii -> show one division before

0Legenda: pentru fisierele de tip vector se alege varianta care se potriveste – poligon

pt bazin, s.a.m.d. si se modifica in functie de tipul de fisierul vector.