r.basin.py, a tool for the morphometric caracterization of basin in GRASS GIS

1. FOSS4G-IT Lugano 2010 11-12 Febbraio
Free and Open Source Software for Geospatial
Meeting di lingua italiana
Caratterizzazione morfometrica del
bacino idrografico in GRASS GIS
Margherita Di Leo, Massimo Di Stefano, Pierluigi Claps, Aurelia Sole

2. Il Bacino Idrografico
Per una fissata sezione trasversale di un corso d'acqua, si definisce
bacino idrografico l'entità geografica costituita dalla proiezione su un
piano orizzontale della superficie drenante sottesa alla suddetta
sezione.
Il bacino idrografico è l'unità fisiografica che raccoglie i deflussi
superficiali, originati dalle precipitazioni che si abbattono sul bacino
stesso, che trovano recapito nel corso d'acqua naturale e nei suoi
diversi affluenti.
La definizione del bacino idrografico in termini di estensione areale,
conseguente alla sua delimitazione, è condizionata dall'individuazione
della sezione di chiusura.

3. Morfometria
I modelli idrologici di tipo geomorfologico si fondano sulla possibilità di
ricostruire la risposta idrologica di un bacino (formazione dei
deflussi), a seguito di una precipitazione che si abbatte su di esso,
sulla base del legame che intercorre tra la suddetta risposta e i
caratteri geomorfologici del bacino.
Il reticolo idrografico rappresenta l'impronta lasciata sulla superficie
terrestre da una successione discontinua di eventi di deflusso in
condizioni di piena e di trasporto solido e pertanto, in un assegnato
bacino, il meccanismo di formazione del deflusso può essere ricondotto
alla struttura morfometrica del reticolo. (Abrahams & Parson, 1991)

4. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
INPUT :
● Modello di elevazione del terreno
●Coordinate della sezione di chiusura
●Soglia (threshold)
Sintassi :
r.basin.py map=dem
prefix=a
easting=594635.001331
northing=4922013.00098
threshold=500

5. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
Mappe prodotte :
●Delimitazione del bacino idrografico
●Estrazione del reticolo
●Pendenza
●Aspect
●Direzioni di drenaggio
●Matrice degli accumuli
●Gerarchizzazione del reticolo secondo Strahler, Horton, Hack, Shreve
●Matrice delle distanze dalla sezione di chiusura (Width function)
●Matrice delle distanze dal reticolo (lunghezze dei versanti)
●Asta principale e outlet

6. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
Mappe prodotte :
Delimitazione del bacino e
estrazione del reticolo
Direzioni di
drenaggio
Matrice degli
accumuli
Mappa della
pendenza

7. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
Mappe prodotte (dipendenza r.stream.*):
Gerarchizzazione di Strahler
Gerarchizzazione di Horton
Distanza
Lunghezza dei
dall'outlet
versanti

8. CREDITS and dependencies: r.stream.extract (M.Metz)
Input: DEM, Flow Accum (opt.), Weight map for acc (opt.),
threshold
Output: stream_raster
stream_vector
direction

9. CREDITS and dependencies: r.stream.order (Jarek Jasiewicz)
Input: stream mask, dir
Output: Strahler, Shreve,
Horton, Hack
Strahler
Horton
Hack

10. CREDITS and dependencies: r.stream.distance (Jarek Jasiewicz)
Input: stream (outlet) mask, dir, DEM
Output: distance and elevation to
streams and outlet
Distance to streams
Distance to outlet Elevation above outlet

11. CREDITS and dependencies: r.stream.stats (Jarek Jasiewicz)
Input: stream mask, dir, DEM
Output: Horton's or Strahler's or Hack's statistics

12. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
Grafici :
Curva ipsografica : fornisce la distribuzione delle superfici nelle diverse
fasce altimetriche. Ogni punto della curva ipsografica ha come ordinata
un valore di quota e come ascissa la percentuale di superficie del bacino
posta al di sopra della quota considerata.
Avendo a disposizione un
DEM, la curva suddetta si
ottiene semplicemente
come vettore, ordinato in
senso decrescente, delle
quote dei pixel.
Rappresentando tale
vettore su un diagramma
cartesiano, il n° ordinale è
proporzionale all’area
sovrastante la data quota
e rappresenta l’ascissa.

13. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
Grafici :
Curva ipsometrica

14. Caratterizzazione morfometrica
r.basin.py
Grafici :
Width Function : numero di pixel avente egual distanza metrica dalla
sezione di chiusura misurata seguendo le direzioni di drenaggio.

15. Principali parametri morfometrici:
-Rettangolo contenente il bacino (coordinate) : Sono le coordinate
dei vertici N, W, E, S del rettangolo contenente il bacino nella sua
interezza. Si ottengono individuando i pixel, appartenenti al bacino,
caratterizzati dalla prima (seconda) coordinata più grande (più piccola).
-Baricentro del bacino : Sono restituite le coordinate del pixel più
vicino al baricentro “matematico” della figura risultante dalla proiezione
del bacino sul piano.
-Area : L’area del bacino viene calcolata semplicemente moltiplicando
l’area di ogni cella per il numero di celle ricadenti nel bacino.
-Perimetro : E’ la lunghezza del contorno della figura risultante dalla
proiezione del bacino sul piano.

16. Principali parametri morfometrici:
-Quote caratteristiche: Sono la quota massima, la minima e la media
del bacino. Per le prime due si individuano I pixel del DEM di quota più
elevata e minore (in questo caso il pixel è quello corrispondente alla
sezione di chiusura), per la terza si fa la media aritmetica delle quote di
tutti i pixel appartenenti al bacino.
Inoltre viene restituito il dislivello tra la quota massima e la minima.
-Pendenza media : Media dei valori di pendenza associati ad ogni
pixel.
-Lunghezza dell'asta principale: intesa come la lunghezza della
successione più lunga di segmenti che congiungono una sorgente alla
sezione di chiusura del bacino.

17. Principali parametri morfometrici:
-Lunghezza del vettore di orientamento: vettore che congiunge il
baricentro del bacino alla sezione di chiusura
-Orientamento prevalente: in gradi rispetto al nord, in senso
antiorario

18. Principali parametri morfometrici:
-Pendenza media dell'asta principale : (in percentuale) e'
calcolata con:
dove gli N elementi della sommatoria sono i tratti in cui si può
dividere l’asta principale (N e' il diametro topologico)
-Rapporto di circolarità: Rappresenta il rapporto tra l’area del
bacino e l’area del cerchio avente lo stesso perimetro del bacino
-Rapporto di allungamento : rapporto tra il diametro del cerchio
di eguale area del bacino e la lunghezza dell’asta principale
-Coefficiente di compattezza : rapporto tra il perimetro del bacino
ed il diametro del cerchio avente la stessa area del bacino

19. Principali parametri morfometrici:
Fattore di forma : Corrisponde al rapporto tra l’area del bacino e il
quadrato della lunghezza dell’asta principale
-Numero di aste : numero complessivo di aste costituenti il reticolo
-Lunghezza complessiva del reticolo : data dalla somma delle
lunghezze di tutte le aste
-Magnitudine : rappresenta il numero di sorgenti ovvero il numero di aste
di ordine 1 secondo la gerarchizzazione di strahler
-Ordine massimo secondo la gerarchizzazione di Strahler :
rappresenta l'ordine del reticolo
-Frequenza delle aste del primo ordine : e' data dalla magnitudine
divisa per l'area del bacino

20. Principali parametri morfometrici:
-Densità di drenaggio : e' data dal rapporto tra la lunghezza totale della
rete di drenaggio e l'area del bacino
-Diametro topologico : e' il numero di segmenti (link) che costituiscono
l'asta principale. Indica anche il numero delle confluenze sull'asta
principale.
-Lunghezza media dei versanti : e' la media delle distanze, misurate
lungo la direzione di drenaggio, di tutti I pixel non appartenenti al reticolo,
dal primo pixel del reticolo in cui drenano.
-Tempo di corrivazione (Giandotti, 1934)
-Rapporti di Horton (Horton, 1945; Strahler, 1957)

21. Principali
parametri
morfometrici
Output

22. Principali
parametri
morfometrici
Output
(r.stream.stats)

23. Credits
Massimo Di Stefano
Jarek Jasiewicz, Markus
Metz
The FOSS community

24. License of this document
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http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/
2010, Margherita Di Leo, Italy
margherita.dileo@unibas.it
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