מערכות מידע גיאוגרפיות (GIS) שינו את המחקר של מערכות הנהר, מתן פלטפורמה דינמית ללכידת, אחסון, ניתוח ודמיון נתונים מרחביים המתארים את נתיב המים ממיסים אל האוקיינוס.מערכות הנהר הם בין התכונות המורכבות והחיוניות ביותר על כדור הארץ, המשמשות כיצירות אמנות עבור תחבורה מים מתוקים, תנועת השמדה, מחזורי תזונה וקישוריות. עם GIS, החוקרים יכולים לעבור מפות מתקדמות של מערכות בקרה של אנשים מדויקים ולבחון את תהליכי בקרה על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, וגילויים מתקדמים, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, וגילויי מים, על מנת לפתח מודלים מתקדמים, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על מנת להשפיע על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, ועל מודלים מתקדמים, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על מודלים של שיטות הפעלה איטיים של מערכות ניהול מים, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, ועל מודלים של מערכות הגנה מפני מודלים של מערכות הגנה מפני מודלים של מערכות ניהול מים, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, ועל מודלים

הבנת מקורות הנהר ושמיכות

מקורו של נהר, לעתים קרובות באביב, קרחונים מתמסים, או רואים במימים הרריים, הוא נקודת המוצא של קזק של תהליכים הידרולוגיים. GIS מאפשר זיהוי מדויק של אזורי המקור האלה באמצעות מודלים דיגיטליים (DEMs) וניתוח טופוגרפיים.על ידי עיבוד של סטרסטרים עם כיוון זרימה ואלגוריתמים, החוקרים יכולים למפות את הנקודות הגבוהות ביותר בנוף שבו משטחים מתמזגים לתוך תהליך מתפזר לתוך זרם מים ספציפי.

(הגבול המנוכל, הנקרא גם דיבידנדים של ניקוז, הם יחידות קריטיות לניהול משאבי מים, תכנון לשימוש בקרקע, ניטור סביבתי. GIS כלים כמו ArcHydro של Esri או הקוד הפתוח GAT אוטומטי ניתוק מים מ- DEMS, המאפשר אנליסטים להגדיר אגן שטח בכל קנה מידה - מנקודות מים קטנות של כמה דונם ועד הנהר העיקרי ל- עשרות ק"מ"מ נמוך יותר מרזולוציה גבוהה של נתונים (DFrelimates) תלויות באיכות גבוהה יותר מ-DR.

מעבר למיפוי הגבול, GIS עוזר לאפיין אזורים מקור על ידי ניתוח מדרונות, היבט, כיסוי הקרקע, סוג הקרקע. תכונות אלה להשפיע על איך המשקעים הופכים להיות מפלט מול חדירה למים קרקעיים, גורם מפתח בתרומות זרימת בסיס לנהרות.הבנה תכונות מקור מאפשר לחוקרים לחזות תגובות זרימה לאירועים סערה, לזהות אזורים שנועדו לשחיקה או מסה, וקודם את מאמצי שימור עבור אספקת מים מפריזמה.

Mapping River Networks ו- Flow Patterns

ברגע שאזורי המקור מזוהים, GIS מספקת את המסגרת לבניית רשתות הנהר מפורטות המציגות את ההיררכיה של הערוצים מזרמים מסדר ראשון לנהרות גדולים.רשתות אלה נגזרות מ-DEMs על ידי יישום סף הצטברות זרימה: תאים המצמצמים מספר מסוים של תאים במעלה הזרם הופכים לחלק מרשת הניקוזים.

רשתות הנהר GIS אינן קווים סטטיים; הם יכולים להיות מיוחסים עם נתונים משמעותיים הידרולוגיים כגון כיוון זרימה, מדרון, רוחב ערוצים, אזור ניקוז מצטבר.תכונות אלה מאפשרות ניתוח פרופיל ארוך-טווח, אשר מבסס את גובה הנהר לאורך אורך שלו. Concave-upward פרופילים חיוניים עבור רוב הנהרות, אבל knickpoints - שינויים במגרש גיאומטרי - לעתים קרובות מצביעים על שינויים לוגיים כגון בקרה על פני מדרגה, או סריקות של נקודות זיהוי, ומאפשרים שונים של נקודות מבט על פני מערכת DEM-קוגני נוף, ומאפשרים, או תואמים, ומאפשרים, שינויים קלים, כלומר, שינויים קלים, כלומר, שינויים ברמת רמות התקני DMT, ומאפשרים, או תואמים, שינויים קלים של רמות התקני DEMDropic, שינויים קלים, או תואמים, כלומר, שינויים קלים של מערכות תואמים, שינויים ברמת דיוק, שינויים ברמת דיוק, שינויים קלים של מערכות תואמים, שינויים תואמים, או מוטציות, או מוטציות, ומאפשרים, שינויים קלים של מערכות DEMpoint, כלומר, שינויים קלים של מערכות זיהוי, או תואמים, על פני מוטציות, שינויים מוטציות ברמת דיוק, ומאפשרים, שינויים קלים של מערכות DEM ציוניים,

דפוסי זרימה בתוך רשתות הנהר גם חושפים קישוריות בין חלקים שונים של כלי ניתוח רשת GIS יכול לחשב את הנתיב הקצר ביותר זרימה בין שתי נקודות, לדמות זמני נסיעה מזוהמים, ולחדד את זמן הריכוז עבור מודלים מבולחים. אלה וקטור מבוסס וקטורת ייצוגים משולבים בצורה חלקה עם רשת זרימה מבוססת סטרסטר, יצירת ייצוג כפול שלוכד את השדה המתמשך של מים ואת המבנה האלקטרומגנטי של USFset, כולל תכונות מתקדמות של נתונים:

ניתוח ההשפעה האנושית ושינויים סביבתיים

סכרים ואסיר

אחת ההשפעות האנושיות העמוקות ביותר על מערכות הנהר היא בניית סכרים ומאגרים. GIS מאפשרת לחוקרים למפות מיקומים סכרים, יכולת אחסון של מאגרים מותנים, לנתח את פירוק רשתות הנהר.על ידי הסתמכות על מאגרי סכרים עם טווחי דגים, למשל, מדענים יכולים לזהות היכן אוכלוסיות דגים מטבוליים מחוסמות את ההשפעות המצטברות של סכרים על משטר זרימת הנהר של נהר יכול להיות מדגימים על ידי ניתוחי מים עונתיים (GLTD) עם שינויים חשמליים (D) עם אלגוריתמים של תאים חשמליים) עם אלגוריתמים של תאים ממריצים של תאים חדשים, לדוגמה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כיצד אלגוריתמים של אלגוריתמים של תאים ממריצים של תאים מתואמים את המולקולות של תאים חדשים של תאים חדשים של תאים מנטרלכים: אלגוריתמים של תאים מנטרלימים של תאים מנטרלימים של תאים של תאים מתואמים את המשתנים: אלגוריתמיים של תאים מתואמים את המשתנים: אלגוריתמיים של תאים חדשים של תאים מנטרלכים: אלגוריתמיים של תאים מנטרולכים: אלגוריתמים של תאים מנטרלכים: אלגוריתמים של תאים מנטרלכים: אלגוריתמים של תאים מנטרלכים

פיתוח עירוני ושינוי קרקע

אורבניזציה משנה את מערכות הנהר על ידי הגדלת משטחים לא מזיקים, אשר מאיץ את פני השטח לרוץ ולהפחית חדירה. GIS מאפשר זיהוי שינוי הקרקעי ברזולוציה גבוהה לאורך זמן באמצעות צילום לווייני (Landsat, Sentinel-2) ואלגוריתם סיווג מבוקר, לעתים קרובות, מפות היסטוריות ותמונות אוויריות ניתן לסווג ולהשוות כיום, בהשוואה להתפרצות של ערים, כבישים פרבריחות, ולהפחית את רמות הפחתת מים אלה, אך ורקמות מים מוגבה, אך הן יכולות להיות מצפות, כמו גם באזורים עירוניים.

חקלאות ומשיכת מים

פרקטיקות חקלאיות משנה את מערכות הנהר באמצעות דיעות השקיה, שינויים ניקוז, וקידוד כימי. GIS מבוסס קרקע שימוש בנתונים, בשילוב עם מסדי נתונים של זכויות מים ורשומות מד, מאפשרות לחוקרים להעריך שימוש במים מפוכחים ולהעריך את ההשפעה של תבניות היבול על מאזן מים.D.S לחלוטין משולב עם GIS יכול לדמות כיצד שיעורי יישום להפריש משפיעים על חנקן ו-phosphorussexrexrexss בתחנות בקרה מקסימליות כגון ניתוחים אופטיים.

שינויי אקלים

שינויי אקלים משנים את דפוסי המשקעים, הצטברות שלג, והיתוך קרח, המשפיעים ישירות על זרימת הנהר ברחבי העולם. GIS משמש כדי להפחית את התפוקה של מודל האקלים העולמי בקנה מידה המים, לייצר תחזיות מפורשות מרחביות של טמפרטורה ומשקעים. תחזיות אלה יכולות להיות משולבות עם DEM-derive מים מכווצים כדי מודלים של סוללות עתידיות, כולל תזמון של זרימת שלג בנהרות מתפוררות, כולל קרחונים, כמו קרחונים, כולל התחממות מסיבית, או קרחונים, כולל התחממות כדור הארץ, כולל קרחונים.

יישומים לשימור וניהול

GIS מספק את עמוד השדרה האנליטי עבור מגוון רחב של יישומי שימור הנהר וניהול.השולחן הבא מסכם יישומים מרכזיים וטכניקות GIS ספציפיות מועסקים:

  • (FLT:0) הערכת הסיכון של FLT:1ig GIS משלבת מפות מבולילות שמקורן במודלים הידראוליים (למשל, HEC-RAS) עם נתונים לשימוש קרקעיים, נתונים מפקדים ושכבות תשתיות כדי לזהות אוכלוסיות פגיעות ומתקנים קריטיים.FLT:2 National Oceanic and Aאטמוספירה Administration (NOAA)FLT 3 מספק כלים למיפוי סיכון המשלב בין אזורים לשיטפונות לסיכון מיוחד לנתוני שיטפון.
  • (FLT:0) ניטור איכות המים: FLT:1 שיטות של דחיסה Spatial כמו קרירינג ומרחק רב verse הם מוחלים על המדידות של תחנות איכות מים להעריך ריכוזים מזוהים על פני שפיכת מים. GIS גם תומך בתכנון רשתות ניטור על ידי זיהוי אתרים הממקסמים כיסוי מרחבי ולכידת ריקות בשימוש קרקע, גיאולוגיה, ופלט.
  • (FLT:0) שימור ההביטה: 1.FLT:1 Boolean Overlay וניתוח התאמת משקל מסייע עדיפות להגיע להגנה או שיקום בהתבסס על קריטריונים כגון רוחב מסדרונות קרוע, מורכבות ערוצים, נוכחות דגים וארגונים הידרולוגיים.
  • (FLT:0) הקצאת מקורות:FLT:1 אנליזה של החלטות Multi-criteria (MCDA) בתוך GIS מסייעת למנהלי מים להקצות משאבים מוגבלים להסרת סכר, שיקום זרמים, או בריאת ארץ רטובה.לדוגמה, מודל GIS-MCDA עשוי להיות תועלת אקולוגית, עלות ותמיכה קהילתית לדרג פרויקטים לשיקום פוטנציאלי על פני אגן הנהר.
  • (FLT:0)Erosion וניהול סימנטציה: ⁇ 1 (GIS מבוסס סיעת מודלים (למשל, ה- Universal Soil Loss Equation משולב עם GIS) להעריך אובדן אדמה מגבעות ומשלוח לזרמים.אזורים עם פוטנציאל שחיקה גבוה יכולים להיות ממוקדים עבור שיטות שימור כגון כיסוי או מפריים.

שיטות מתקדמות של River Systems

LiDAR ו- High-Resolution Topography

גילוי אור ו Ranging (LiDAR) יש מהפכה מחקרי הנהר על ידי מתן נתונים רזולוציה תת מטר-resolution כי חושף תכונות ערוץ עדין כגון ברים, טרסות, ושחיקה בנק. LiDAR-derived דיגיטלית מודלים משטחים (DTMs) המאפשרים מיצוי של קטגוריות צלב ופרופילים ותיקיים עם דיוק חסר תקדים.

רגישות מרחוק לאיכות המים והטמפרטורה

תמונות לוויין רב-ספקטרוםיות ותרמיות (Landsat, MODIS, Sentinel-2, ECOSTRESS) משמשות עם GIS כדי למפות פרמטרים איכותיים כגון זעזוע, ריכוז chlorophyll-a, וטמפרטורת מים על פני פני הנהר כולו. נתונים אלה הם בעלי ערך במיוחד עבור נהרות גדולים כמו אמזון, Mekong, או מיסיסיפי, שבו ניטור הוא ניתוח ספארי יכול לשמש שינויים קלים של תאים חמים של מים חמים כדי לזהות את התמונה האורבתים.

ניתוח סדרת זמן ושינוי

פלטפורמות GIS משלבות כעת יכולות סדרות זמן חזקות, ומאפשרות לחוקרים לנתח עשרות שנים של תצפיות Landsat או Sentinel לעקוב אחר הגירה של ערוץ הנהר, צמיחה דלתא, וההצפות בהצפות.שימוש בכלים כמו אנליסט השינוי של ArcGIS Pro או Open-source חבילות (למשל, Google Earth Engine), אחד יכול לכמת את שערי סחף הנהר, אקספלציה, ושפל של מחזור זמן זה הוא לחיזוי אפקטים קריטי עבור אירועי גלבקים גדולים של גיל המעבר של 50 שנה.

שילוב מודלים הידרולוגיים

GIS אינו קיים בבידוד; הוא יוצר את המסגרת המרחבית למודלים הידרולוגיים רדיאליים. Tools כמו HEC-RAS, SWAT ו- MIKE SHE מתמזגים הדוקים עם GIS לפרמטריזציה, סימולציה ודמיון.הזרימות המודרניות משתמשות ב-GIS כדי ליצור קבצים קלט, להפעיל מודלים בתוך סביבות GIS, ופלטים.

תגית: Theמיסיסיפי River אגן

נהר המיסיסיפי, מערכת הנהר הארוכה ביותר בצפון אמריקה, מספק דוגמה מצוינת ליישומים של GIS ממקור לים. החל באגם איסנקה, מינסוטה, גבולות מלוטשים GIS-derived מראה את אגן 3.2 מיליון קילומטרים רבועים ב-31 מדינות.שימוש בקרקע, כי 60% מאגן הים ה-LSenged הוא חקלאי, תורם לדגמי התחבורה ההיפקסימיים של מקסיקו באמצעות GIS ו-DS מאז שנת 2011 סייעהפחתת תנאי תמיכה במים.

כיוונים עתידיים

בעוד טכנולוגיית GIS ממשיכה להתפתח, ניתוח מערכת הנהר יהנה משילוב נתונים בזמן אמת באמצעות האינטרנט של דברים (IoT) חיישנים, בינה מלאכותית עבור מיצוי תכונה אוטומטית, עיבוד מבוסס ענן עבור מחקרים בקנה מידה גדול. אלגוריתמי למידת מכונה מאומן על נתונים GIS יכול עכשיו לחזות דפוס (העברה, חרוטה, ישר) מגובה ושחרור נתונים, או מסווגת אטומים השוואתיים בהשוואה לדימויים של נתונים גלובליים, כגון DEMDS) מאפשר השפעות אבטחה גבוהות, כגון, מרכזי, VEMDS).