Možnosti využití programu ARCGIS v hydrologii - kvhem

3. METODIKA.........................................................................................................343.1. POPIS LOKALITY.......................................................................................................................343.2. CHARAKTERISTIKY POVODÍ .....................................................................................................353.2.1. ArcGIS – Spatial Analyst....................................................................................................353.2.1.1. Vytvoření DEM.......................................................................................................................353.2.1.2. Vykreslení povodí....................................................................................................................363.2.1.3. Charakteristiky vodního toku...................................................................................................363.2.1.4. Charakteristiky terénu..............................................................................................................373.2.2. ArcGIS - ArcHydro.............................................................................................................373.2.2.1. Vykreslení povodí....................................................................................................................373.2.2.2. Charakteristiky vodního toku...................................................................................................383.2.2.3. Charakteristiky terénu..............................................................................................................384. VÝSLEDKY.........................................................................................................395. DISKUZE..............................................................................................................466. ZÁVĚR..................................................................................................................48POUŽITÁ LITERATURA..........................................................................................49PŘÍLOHY.....................................................................................................................51

Úvod1. ÚVODGeografické informační systémy jsou stále více využívaným nástrojem pro usnadněnílidské práce při zpracování geografických dat. S rozvojem počítačové techniky jsou tytosystémy stále vyvíjeny a zlepšovány. S velkým využitím je možné se setkat ve veřejnésprávě, v oblasti přírodních zdrojů, životního prostředí a zemědělství, při tvorběinženýrských sítí, jako podpora vzdělání, při řešení dopravy nebo obrany, v oborukartografie a zdravotnictví.Tato práce je zaměřena na využití geografického informačního systému ArcGISv oboru hydrologie, který je možné zařadit do oblasti životního prostředí. Existuje mnohodruhů GIS softwarů, ale ne všechny se mohou využívat pro účely hydrologie. Softwary,které se tímto oborem zabývají nebo mají speciální extenze určené pro hydrologickéanalýzy jsou například ArcGIS s extenzí ArcHydro a extenzí Spatial Analyst s nástrojiHydrology, DEMETERR vytvořený speciálně pro hydrologické modelování, GRASS aIdrisi s nadstavbami pro hydrologické analýzy. Velmi často se tyto softwary využívají propřípravu vstupních dat pro hydrologické modely a následnou interpretaci výstupních dathydrologických modelů.Cílem této práce bylo řešení hydrologických analýz v prostředí ArcGISv nadstavbách Spatial Analyst a ArcHydro pro konkrétní povodí a tyto dvě extenzeporovnat z hlediska výstupů a srozumitelnosti aplikace pro uživatele.Práce je rozdělena na tři tématické části. První část práce je zaměřena na obecnoucharakteristiku a fungování geoinformačních systémů, charakteristiku hydrologickýchmodelů podle prostorové diskretizace a jejich propojení s GIS. Hlavní část práce je popisema návodem k hydrologickým analýzám v nadstavbách Spatial Analyst s nástroji Hydrologya Surface a nadstavbou ArcHydro. Při hydrologických analýzách povodí byla řešena témataurčování směru odtoku vody podle sklonitosti terénu, generalizace vodní sítě, vykreslovánípovodí jako základní hydrologické jednotky. Poslední část práce je zaměřena na konkrétnívyužití hydrologických analýz na povodí Smědé k uzávěrovému profilu Bílý Potokv Jizerských horách.1

Literární rešerše2. LITERÁRNÍ REŠERŠE2.1. Geografické informační systémyGeografické informační systémy (GIS) lze dle Rapanta (2002) definovat jako funkčnícelek vytvořený integrací technických a programových prostředků, dat, pracovních postupů,obsluhy, uživatelů a organizačního kontextu, zaměřený na sběr, ukládání, správu, analýzu,syntézu a prezentaci prostorových dat pro potřeby popisu, analýzy, modelování a simulaceokolního světa s cílem získat nové informace potřebné pro racionální správu a využívánítohoto světa.S jednoduchými prostorovými daty může pracovat i mnoho široce používanýchpočítačových programů, jako jsou databáze, tabulkové procesory, statistické programy,programy pro technické kreslení, ve kterých postačí prohledat záznamy v databázi neboprovést v záznamech jednoduchý výpočet.Výhodou geografických informačních systému je možnost odpovědí na mnohemsložitější otázky, které bychom pouhým prohledáváním databáze nevyřešili. GIS může tedypracovat s údaji o poloze objektů, o jejich vzájemných vztazích a typologii. Zpracovanévýsledky navíc zobrazuje pomocí přehledných map (ARCDATA 2007).2.1.1. Využití geografických informačních systémůGeografické informační systémy se využívají téměř ve všech oborech lidské činnosti.S velkým využití GIS se můžeme setkat ve veřejné správě (na krajských úřadech,magistrátech, statistických úřadech, ministerstvech, zeměměřičských a katastrálníchúřadech, hasičských záchranných sborech atd.), kde slouží pro tvorbu územních plánů,tvorbu informačních systému s mapovými službami, zpracování katastrálních map, tvorbukrizových a povodňových plánů atd.Další oblast, kde je GIS velice hojně využíván je oblast přírodních zdrojů, životníhoprostředí a zemědělství. Příkladem může být tvorba klimatických map a analýzy sledováníklimatu, tvorba geologických map, mapování biotopů, monitoring chráněných živočichů arostlin, povodňová rizika, evidence vodních toků, modely terénu, modelováníhydrologických a erozních procesů v krajině a další. Jinými obory využívající GIS jsouinženýrské sítě, vzdělání, doprava, obrana, kartografie, zdravotnictví a jiné.2.1.2. Prostorová dataGIS využívá data prostorová (angl. spatial data), která zaznamenávají informace odaném objektu a jeho poloze. Jako synonymum pro prostorová data se používá pojemgeodata (z angl. georeferenced data), který je ale spíše synonymem pro geografická data,která jsou druhem dat prostorových a jsou vázána na povrch Země (Rapant 2002). Reálnéobjekty na zemském povrchu jsou vždy třírozměrné (3D). V prostředí GIS jsou všakobjekty zjednodušeny neboli generalizovány.2

Literární rešeršeZákladní entitou vyjádřenou prostorovými daty je tzv. geoobjekt (Krása a kol. 2006)či geoprvek (Rapant 2002) – angl. feature, který je charakterizován prostorovými (např.tvar, poloha) a neprostorovými (např. název, pórovitost, hustota) vlastnostmi tzv. atributy.Prostorové a neprostorové informace jsou zaznamenány v atributových tabulkách, kterétvoří databáze.Geoobjekty jsou dále již nedělitelnými částmi a podle počtu dimenzí je lze dle Krásya kol. (2006) a Rapanta (2002) členit na:· 0D geoobjekty – body, bezrozměrné objekty, definované pouze svou polohou.· 1D geoobjekty – linie, jednorozměrné objekty, reprezentuje objekty jako řeky,silnice, potrubí, vedení, tedy objekty tak úzké, že je není vhodné reprezentovatplochami nebo také objekty, které nemají definovanou šířku (např.vrstevnice).· 2D geoobjekty – plochy (polygony), dvojrozměrné objekty, plocha reprezentujeobjekty, jejichž hranice uzavírá nějakou homogenní oblast (např. jezera, lesy,zastavěná plocha, atd.).· 3D geoobjekty – trojrozměrné objekty, objemové, v GIS se používají výjimečně, vespecifických případech. Třetí rozměr je v GIS nejčastěji modelován pomocí tzv.digitálního modelu terénu (DMT, DEM).· Někdy se také uvádějí 2,5D geoobjekty – bez dna, pouze povrch.Geoobjekty popisující stejné téma se sdružují a ukládají do mapových vrstev(Pechanec 2006). Příklady takových vrstev mohou být vrstvy zobrazující např. vodstvo,silnice, vrstevnice, atd. Každá vrstva je uložena do jednoho datového souboru, který lzepoužívat v několika mapových dokumentech. Tyto vrstvy je možné libovolně nakládat nadsebe (Obr. 1). Ke každé vrstvě přísluší nebo je možné vytvořit metadata neboli popisná datao datech, která obsahují informace o tom kdo, kdy a kde prostorová data vytvořil, jaký majísouřadný systém, rozsah a kvalitu, čeho se týkají a k jakému slouží účelu atd.Obr. 1 Příklady digitálních prostorových vrstev v prostředí GIS (ARCDATA 2007).3

Literární rešerše2.1.3. Možnosti zobrazení prostorových dat v GISProstorová data tvořící jednotlivé vrstvy mohou být zobrazena pomocí vektorovýchnebo rastrových dat.2.1.3.1. Vektorová dataVektorová data umožňují vyjádřit prvky na zemském povrchu pomocí bodů, linií apolygonů. Používají se při vyjádření hranic parcel, trasy silnice či řeky nebo budovy. Typysouborů, které uchovávají vektorová data jsou shp (spolu se soubory shx a dbf), dxf, dgn ajiné (Rapant 2006).2.1.3.2. Rastrová dataRastrová data zobrazují obraz zemského povrchu pomocí informací obsaženýchv pravidelných buňkách = pixelech (picture elements nebo cells), které rastr tvoří.Příkladem rastrových dat jsou letecké fotografie, družicové snímky nebo naskenovanémapy. Každá buňka rastru nese své informace, což umožňuje složitější operace s rastremtzv. analýzy. Soubory, ve kterých jsou rastrová data uložena, mohou být různých typů jsounapř. tiff, bmp, jpg, ras, cit a jiné (Rapant 2006).Rastrové buňky (cells) mohou mít různé tvary (Obr. 2), avšak nejpoužívanější ječtvercová.Obr. 2 Různé tvary rastrových buněk ( Rapant 2002).Obr. 3 Ukázka změny rozlišení DMT, postihnutelných detailů a objemové náročnosti (Krása a kol.2006).Rast může být prezentován v různém rozlišení. Podle Krásy a kol. (2006) ale nemůžebýt daný jev prezentován v příliš velkém a detailním rozlišení, protože s větším rozlišením4

Literární rešerše2.2.3. DEMETERRDEMETERR je nový software pro hydrologické modelování, který vytvořil VojtěchBarták v roce 2008 jako součást své diplomové práce na České zemědělské univerzitě(ČZU) v Praze. Program v současné době není volně ani komerčně dostupný, zatím by mělsloužit pro výuku na ČZU v Praze. Název programu DEMETERR je zkratkou z angl.Digital Elevation Models – Elementary TERRain analysis.Program nevyžaduje instalaci, ale je vytvořen jako spustitelná *.exe aplikace, kterápracuje pod operačním systémem Windows 2000 a novějšími verzemi Windows (včetněWindows Vista). Vstupní data musí být ve formátu textové matice čísel v ANSII kódování,neboli souboru s příponou .txt, který obsahuje číselné hodnoty elevací. Program umožňujeprohlížet a upravovat grafické výstupy z řešených úloh, ukládat obrázky a výstupní textovésoubory. Pro řešení úloh je možné využívat většího množství algoritmů, což následněumožňuje porovnání výsledků. (Barták 2008). Toto je velký rozdíl např. oproti softwaruArcGIS, kde není možné volit algoritmy výpočtů jednotlivých funkcí a uživatel je odkázánpouze na jeden výsledek analýzy.DEMETERR vyžaduje po načtení vstupních dat provést tzv. úvodní scan, který sloužík shromáždění informací o načteném digitálním elevačním modelu, nalezení a vytvořeníseznamu plošin a depresí a vytvoření základní podkladové vrstvy OriginalDEM a až potélze řešit jednotlivé úlohy. DEMETERR řeší ošetřování depresí a plošin, charakteristikyterénu (sklon, orientace svahu, vertikální zakřivení), simulaci povrchového odtoku aakumulaci odtoku, topografický index, ohraničení povodí, extrakci říční sítě.Výstupem z jednotlivých úloh jsou vrstvy, které lze zobrazovat a popřípadě použítjako vstupní data do dalších úloh. DEMETERR pracuje se čtyřmi základními typy vrstev -podkladová vrstva (Background Layer), vrstva směrů odtoku (Flow Directions Layer),vrstva hranic povodí (Catchment Boundaries Layer), vrstva říční sítě (Channel NetworkLayer).2.2.4. ArcGISArcGIS je geografický informační systém nabízený firmou ESRI (EnvironmentalSystem Research Institute), která vznikla v roce 1969 v Kalifornii. Tato firma je přednímproducentem geografických informačních systému a mapového softwaru. Poskytuje řaduproduktů, které jsou vhodné pro zobrazování, analyzování a správu geografických dat.Informace o této firmě a jejích produktech jsou dostupné na www.esri.com. Výhradnímdistributorem GIS ESRI pro Českou republiku je společnost ARCDATA PRAHA, s.r.o. ,která má proto množství referencí ve veřejné správě (ministerstva, kraje, města, obce) a vcelé řadě dalších soukromých i státních organizací. Více informací o této společnosti jedostupných na www.arcdata.cz.ArcGIS 9.x je nejnovější řadou softwaru ArcGIS a patří do kategorie ArcGISDesktop.6

Literární rešeršemodely, které jsou jako vnější procedury systémem spuštěny. Možnosti využití prostředkůGIS v rámci systému WMS se stále rozšiřují , v nejnovější verzi je podporován ArcGISpomocí rozhraní ArcObject. (Kulasová a kol. 2004). Systém je komerční, ale jehoomezenou verzi je možné stáhnout na internetové adrese: http://www.emsi.com/WMS/wms.html.Obr.4 Čtyři druhy propojení GIS a hydrologických modelů - (a) zahrnutí GIS do hydrologickéhomodelu, (b) zapojení hydrologického modelu do GIS, (c) volná vazba a (d) těsná vazba(Sui a Maggio 1999).· Zapojení hydrologického modelu do GISDruhý případ je přesně opačný a to tak, že hydrologický model je zapojen do GIS.Toto propojení , kdy celý výpočetní proces probíhá v rámci GIS není výhodné.Příkladem je model SWAT (Soil and Water Assessment Tool). Model SWAT máněkolik verzí propojení se softwarem ArcGIS – ArcSWAT 1.0 pro ArcGIS 9.1, nebonovější verze ArcSWAT 2.1.4 pro ArcGIS 9.2, nejnovější verze ArcSWAT pro ArcGIS 9.3bude k dispozici během roku 2009. Model je volně ke stažení nahttp://www.brc.tamus.edu/swat/arcswat.html.· Volná vazbaDalším typem propojení, který je nejčastěji využíván je tzv. volná vazba mezi GIS amodelem. Tento typ vazby nevyžaduje žádné programové propojení mezi GIS a modelem.V GIS jsou data zpracována a přenesena do modelu ve formátu, který daný typ modeluvyžaduje. Nakonec jsou výsledná data z modelu opět přenesena do GIS a zpracovának prezentaci.Proto jsou vyvíjeny nástroje GIS pro zpracování prostorových dat a jejich export domodelů. Příklady jsou rozšíření pro produkty ESRI jako GeoHMS, GeoRAS neboArcHydro.V současné době je volně dostupný na internetu program HEC-HMS (HydrologicModeling System) pro Windows, který zahrnuje model HEC-1, takže je tedy jeho novou9

Literární rešerševerzí. Pro odvozování fyzicko-geografických charakteristik povodí je kompatibilnís jednoduchým systémem GIS, a to HEC-GeoHMS a HEC-GeoHMS ADD-In (Kulasová akol. 2004).HEC-GeoRas tvoří komunikační rozhraní mezi modelovacím softwarem HEC aprostředím GIS. Pomocí HEC-GeoRas lze snadným způsobem získat geometrická data(proudnice, příčné profily a břehové hrany, aj.), parametry modelu (drsnostní součinitel,atp.) a další data, která jsou následně importována do programu HEC-RAS (Sovina a kol.2008). Hlavní předností srážko-odtokového modelu HEC-1 je, že se jedná o typ modelusemidistribuovaný, takže umožňuje sestavit řešené povodí z několika celků.· Těsná vazbaPosledním typem propojení jsou těsné vazby mezi GIS a modelem. Existuje takprogramové propojení mezi jednotlivými částmi (např. na bázi DDE-Dynamic DataExchange nebo NET platformy).2.4. Nadstavby ArcGIS využitelné pro hydrologiiArcGIS má mnoho nadstaveb. Pro využití ArcGIS v hydrologii mohou být využíványfunkce v nadstavbách Spatial Analyst, 3DAnalyst a ArcHydro.2.4.1. ArcGIS Spatial AnalystNadstavba Spatial Analyst se používá pro prostorové modelování a analýzy. Pomocítéto nadstavby se mohou vytvářet a analyzovat rastrová data, provádět vektorové analýzy,získávat nové informace z existujících dat, dotazovat se na problémy napříč rozmanitýmidatovými vrstvami a vytvářet rastr ze zadaných vektorových dat. Jednotně s geografickýmsystémem poskytuje Spatial Analyst snadný přístup k četným funkcím grafickýchmodelových nástrojů ModelBuilder (ESRI 2007).Součástí Spatial Analyst je sada nástrojů Hydrology, která obsahuje funkceumožňující provádět hydrologické analýzy povodí – např. identifikace bezodtokých oblasti,určení směru odtoku z buňky, vykreslení povodí a také obsahuje sadu nástrojů prointerpolace – např. IDW a Kriging.2.4.2. ArcGIS 3D AnalystNadstavba 3D Analyst poskytuje výkonné a pokročilé nástroje pro vizualizaci,analýzu geografických dat a nástroje pro modelování povrchu. Pomocí ArcGIS 3D Analystse může prohlížet velké množství dat v trojrozměrném formátu z mnohonásobného hlediskaa vytvoření reálného obrazu, který je tvořen rastrovými a vektorovými daty překrývajícímipovrch terénu. Součástí 3D Analyst je sada nástrojů pro interpolace, která je totožnás interpolačními metodami v Spatial Analyst (ESRI 2007).10

Literární rešeršepředstavují prameny, soutoky a uzávěrové profily povodí. Logická síť je představovánatabulkou, která popisuje jednotlivé prvky geometrické sítě a vztahy mezi nimi. Směrpohybu ve vodním toku je dán hodnotami spojů, které mohou být označeny jako source(zdroj, např. pramen) a sink (cíl, např. uzávěrový profil). Průběh toku pak směřuje od spojesource ke spoji sink (Jedlička a Štych 2007, Olivera a kol. 2002b).2.5. Hydrologická analýza povodí s využitím ArcGIS- Spatial AnalystFunkce pro hydrologické analýzy povodí využívají jako základní zdroj dat digitálnímodel terénu, který je možné vytvořit pomocí různých interpolačních metod. Digitálnímodel terénu může obsahovat chyby v podobě bezodtokých oblastí, které je nutné odstranitpro správné určení odtokových směrů, následnou generalizaci vodního toku, identifikaceuzávěrového profilu, vykreslení povodí atd. Tyto úpravy a analýzy umožňují předevšímfunkce v sadě nástrojů Hydrology a Interpolation v nadstavbě Spatial Analyst, které jsoupopsány v následujících kapitolách.2.5.1. Interpolační metodyInterpolační metody se velmi často využívají pro tvorbu DEM (digitálního modeluterénu) z bodových měření nebo na základě vrstevnic. DEM je nezbytným zdrojem dat prohydrologické analýzy povodí. Interpolační metody se dále využívají např. pro interpolaciplošných srážek z bodových měření ve srážkoměrech, interpolace sněhové pokrývky avodní hodnoty sněhu z bodových měření výšek a hustot sněhu.Nadstavby 3D Analyst a Spatial Analyst obsahují sady nástrojů pro interpolace.V nadstavbě 3D Analyst jde o sadu Raster interpolation a v nadstavbě Spatial Analyst sejedná o sadu Interpolation. Obě tyto sady obsahují stejné interpolační techniky a pracují nastejném principu.dat.Interpolační metody se mohou rozdělit na 2 typy podle použitých druhů vstupních2.5.1.1. Interpolace z bodových datExtenze Spatial Analyst nabízí několik typů interpolačních metod, které zpracovávajíbodová vektorová data. Vstupní data musí obsahovat hodnotu z (např. nadmořskou výšku),která bude interpolována. Jedná se např. o metody IDW a Kriging.· IDWMetoda IDW (Inverse Distance Weight) je závislá pouze na vzdálenosti mezi místyměření a místem s predikovanou hodnotou. Čím vzdálenější je místo měření od predikovanéhodnoty, tím menší váha je mu přidělena. Výhodou této metody je, že zachovává hodnotyv místech měření, ale na druhé straně dává absolutní váhu měrným místům a dochází takv interpolovaných hodnotách k vytváření „ok“ („bull-eyes“) (Šercl 2008).14

Literární rešerše· KrigingMetoda Kriging je závislá nejen na vzdálenosti, ale i na prostorových vazbách mezijednotlivými měřeními, a proto se nazývá metoda geostatistická. Její nevýhodou je, žezpravidla nezachovává hodnoty v místě měření, zahlazuje je a vzniká tak určitý šum. Připoužití této metody pro odhad plošných srážek je nezbytné určit parametry (sill, nugget,range) pomocí Geostatical Analyst, protože její vnitřní nastavení ve Spatial Analyst nedávávěrohodné výsledky (Šercl 2008).2.5.1.2. Interpolace z liniových datExtenze Spatial Analyst obsahuje pouze jednu metodu pro interpolace, která využíváliniová vektorová data.· Topo to RasterTopo to Raster je speciální interpolační metoda pro vytvoření hydrologickykorektního modelu terénu (DEM). Je založená na programu ANUDEM, který vyvinulMichael Hutchinson.v letech 1988 až 1989 (ArcGIS 2006). Topo to Rastr vytvoří rastrovýDEM z vektorových dat – bodových, liniových i polygonových.Při tvorbě DEM je nutné určit typ vstupních dat:POINT ELEVATION – body reprezentující nadmořskou výšku.CONTOUR – linie spojující body se stejnou nadmořskou výškou = izohypsy.STREAM – linie vyjadřující vodní tok, všechny oblouky vodního toku musí býtpropojeny a směřovat do hlavního toku povodí. Vodní tok musí být reprezentován pouzejednou linií.SINK – body vyjadřující známé topografické deprese. Topo to Raster je nebude přianalýze povrchu odstraňovat.BOUNDARY – polygon vyjadřující vnější hranice výstupního rastru. Buňky vevýstupním rastru mimo tyto hranice nebudou zobrazeny.LAKE – polygon zobrazující jezera. Všechny buňky výstupního rastru na územítohoto polygonu získají minimální nadmořskou výšku sousedních buněk (buněk na břehujezera).Šercl (2008) využil Topo to Raster pro interpolaci bodově měřených srážek. Tvrdí, žeizolinie vzniklé touto metodou se nejvíce blíží izoliniím, které by odborník nakreslil ručnědo papírové mapy. Metoda Topo to Raster využívá pro interpolaci pouze čtyři sousedníbody.2.5.2. Vykreslení povodíPovodí je základní hydrologickou jednotkou. Je to území po hydrologické stránceuzavřené, nepřitéká do něj žádná voda po povrchu ani pod povrchem a je ohraničenorozvodnicí (Hrádek a Kuřík 2008).Vykreslení povodí lze provést pomocí nástrojů GIS – ručně nebo automaticky.Ručně lze vykreslit povodí tak, že se vytvoří linie charakterizující hranici povodí(rozvodnici). Rozvodnice se vykresluje od uzávěrového profilu kolmo na vrstevnice přes15

Literární rešeršehřebeny, sedla a vrcholy vždy po svazích od spodu nahoru. Následnou vektorizacírozvodnice lze vytvořit polygon určující plochu povodí.Automatické vykreslení povodí pracuje s DEM, který lze vytvořit pomocí interpolací(viz. kap. 2.5.1.). Pro vykreslení povodí je nezbytné provést několik operací – odstraněníbezodtokých oblastí z DEM, určení odtokových směrů, určení největší akumulace vody,přesná identifikace uzávěrového profilu. V následujících podkapitolách je uveden postupprovedení nezbytných kroků vedoucích k automatickému vykreslení povodí a popisvyužívaných funkcí.2.5.2.1. Odstranění bezodtokých oblastíBezodtoká oblast (angl. sink), je taková oblast, kdy buňka má všech 8 sousedníchbuněk vyšších nebo pokud jsou dvě buňky vedle sebe se stejnou nejnižší výškou. Jsou totedy buňky ve kterých nelze určit směr odtoku (viz Obr. 6 ).Obr. 6 Bezodtoká oblast (ArcGIS 2006).Jedná se většinou o velmi malé území, které vzniklo chybou při vytváření DEM, alemůže se jednat o přirozené terénní útvary (Jedlička a Štych 2007).Pro vytvoření správného rastru směru odtoku a rastru akumulace vody je nezbytnétyto bezodtoké oblasti odstranit.Funkce Fill umožňuje vyplnění bezodtokých oblastí (viz Obr. 7). Vstupem je rastrovávrstva povrchu (DEM) a výstupem je upravená rastrová vrstva povrchu bez bezodtokýchoblastí. Podél hranic vyplněných oblastí se mohou vytvořit nové bezodtoké oblasti, kteréopět potřebují vyplnit, proto funkce Fill provádí vyplnění opakovaně, dokud nejsou všechnyodstraněny.Obr. 7 Vyplnění bezodtokých oblastí a snížení převyšujících vrcholků (ArcGIS 2006).Volitelným parametrem funkce Fill je z limit, což je hodnota maximální hloubkybezodtoké oblasti, která bude funkcí Fill vyrovnána na úroveň okolního terénu. Tedy je-li16

Literární rešeršerozdíl výšky „sink“ buňky a nejnižší přiléhající buňky menší než hodnota z limit budevýška této buňky vyrovnána. Není-li zadána hodnota z limit funkce Fill vyplní všechnybezodtoké oblasti, které identifikuje.Pro lepší odhad parametru z limit ve fukci Fill lze použít funkci Sink, pomocí kterélze určit hloubku bezodtoké oblasti a následně pak určit vhodnou hodnotu z limit. Prozjištění hodnoty z je nutné provést několik kroků pomocí funkcí - Flow Direction, Sink,Watershad, Zonal Statistic, Zonal Fill a Minus. Přesný postup je uveden v ArcGISnápovědě u funkce Sink.Jako vstupní vrstvu využívá funkce Sink rastrovou vrstvu směrů odtoků z buněk.Pokud se tedy tato funkce použije, je nejprve nutné použít funkci Flow Direction provytvoření rastru směru odtoku (viz následující kapitola 2.5.2.2). Výstupem funkce Sink jerastrová vrstva znázorňující bezodtoké oblasti.Funkce Fill může být také použita k umazání "vrcholků" povrchu (viz Obr. 7), tedybuněk které nemají sousední buňku s vyšší hodnotou výšky.2.5.2.2. Určení směru odtokuSměr odtoku je takový směr, kterým při simulaci povrchového odtoku odtéká vodaz dané buňky. Podle toho, zda je pro danou buňku povolen pouze jeden směr odtoku(zpravidla směr odpovídající největšímu spádu) či směrů více, jedná se buď o jednosměrný(single flow) či vícesměrný (multiple flow) odtok (Barták 2008).ArcGIS určuje pouze jednosměrný odtok pomocí algoritmu SFD8 (Single Flow 8-Direction), též nazývaný D8.Výpočet směru odtoku pomocí funkce Flow Direction se děje na principu posuvnéhookna o velikosti 3 × 3 buňky. V rámci posuvného okna se určí buňka s nejnižší hodnotounadmořské výšky a vypočítá se sklon mezi vyšetřovanou prostřední buňkou a nejnížepoloženou buňkou (viz Obr. 8). Tento proces se opakuje na všech buňkách rastru a následněje buňkám přiřazen směr odtoku a příslušné hodnoty směru (viz Obr. 9 a 10). Vstupnívrstvou pro určení směru odtoku je rastr DEM (ArcGIS 2006, Jedlička a Štych 2007),nejlépe již s vyplněnými bezodtokými oblastmi.Obr. 8 Výpočet sklonu mezi buňkami (Olivera a kol. 2002a).17

Literární rešeršeObr. 9 Hodnoty přiřazené k jednotlivým směrům odtoku (Olivera a kol. 2002a).Obr. 10 Přiřazení hodnot směru odtoku (Olivera a kol. 2002a).Současně s funkcí Flow Direction je vytvořen Drop raster zobrazující sklon vesměru odtoku mezi jednotlivými buňkami vyjádřený v procentech.Dále lze zadat zda buňky na hranici vstupního rastru budou odtékat dovnitř nebomimo zadaný rastr.Rastr směru odtoku lze využít k analýze převládajícího směru odtoku například vsouvislosti s erozními procesy v povodí (Kopp 2005).2.5.2.3. Akumulace vodyAkumulace vody v buňce neboli akumulace odtoku je dána součtem hodnot buněk,které přispívají do dané buňky. Akumulace odtoku tedy závisí na směru odtoku z buněk vizObr. 11. Akumulace odtoku je vytvořena jako rastr pomocí funkce Flow Accumulation.Vstupním rastrem je rastr směru odtoku vody z buněk, který je vytvořen funkcí FlowDirection.Dalším vstupním rastrem může být tzv. „weight raster“, který přiřazuje hodnotukaždé buňce. Příkladem „weight rastru“ může být rastr plošného rozdělení srážek. Pakhodnoty výsledných buněk akumulace vyjadřují množství srážek a odtoku z daného území.Pokud tento rastr není zadán, každá buňka má automaticky přidělenou hodnotu 1 a pak tedyvýsledná hodnota akumulace odtoku pro danou buňku se rovná součtu buněk, ze kterýchpřitéká voda do vyšetřované buňky.Dále se určuje typ výstupního rastru FLOAT – hodnota buňky je vyjádřenaracionálním číslem (primárně nastaveno) nebo INTEGER – hodnota buňky je vyjádřenacelým číslem (ArcGIS 2006).18

Literární rešeršeObr.11 Rastr směru odtoku z buňky (1) a z něj spočtený rastr akumulace vody (2) (Jedlička aMentlík 2002).Analýza rastru akumulace vody vypovídá o koncentraci odtoku v povodí a můžesloužit jako podklad pro návrh opatření na podporu retence vody (Kopp 2005).2.5.2.4. Identifikace uzávěrového profiluIdentifikace přesné polohy uzávěrového profilu je velmi důležitým krokem kesprávnému vykreslení povodí.Funkce Snap Pour Point vyhledává buňku s nejvyšší akumulací vody v zadanévzdálenosti od uzávěrového profilu povodí. Vstupními daty je rastr akumulovaného odtokua bodová nebo rastrová vrstva vyjadřující uzávěrový profil povodí tzv. „pour point“.Výstupem je rastr vyjadřující buňku s nejvyšší akumulací odtoku, která je při vykreslovánípovodí považována za uzávěrový profil povodí.Pokud by nebyla využita tato funkce a uzávěrový profil by nebyl na místě buňkys nejvyšší akumulací odtoku, nebo-li nebyl by na místě buňky do které přitéká vodaz celého povodí, vykreslí se pouze malá odvodňovaná část povodí a ne celé povodí.2.5.2.5. Konečné vykreslení povodíPovodí neboli Watershed je plocha, ze které odtéká voda do uzávěrového profilu navodním toku. Dalšími běžnými anglickými termíny pro povodí jsou Basin, Catchment aContributing area. Hranice povodí neboli rozvodnice se nazývají Watershad boundariesči divides a hranice odvodňovaných částí Dranaige divides. Subbasin znázorňujemezipovodí a stream network představuje vodní tok (viz Obr. 12 ). Uzávěrový profil(pour point či outlet) je nejníže položeným místem na rozvodnici a může jím být přehrada,hráz, vodočet nebo místo před silničním propustkem, apod.Pomocí funkce Watershad lze vytvořit rastr zobrazující plochu odvodňované oblastik uzávěrovému profilu. Vstupními daty jsou rastr směru odtoku (vytvořený pomocí FlowDirection) a rastr nejvyšší akumulace odtoku (vytvořený pomocí Snap Pour Point).19

Literární rešeršeObr. 12 Schéma povodí (ArcGIS 2006).2.5.3. Stanovení charakteristik povodíKromě již zmíněných funkcí nutných pro vykreslení povodí obsahuje nadstavbaSpatial Analyst a především sada nástrojů Hydrology další nástroje pro zjišťovánícharakteristik povodí a pro hydrologické analýzy. V následujících podkapitolách jsouněkteré popsány.2.5.3.1. Charakteristiky vodního toku· Identifikace vodního tokuFunkce Con a funkce Set Null v sadě nástrojů Condition umožňují identifikovat vodnítok. Vstupní vrstvou pro obě funkce je rastr akumulace odtoku, pro který se zadává prahováhodnota tj. počet buněk nebo součet hodnot buněk z kterých poteče voda do šetřené buňky.Překročí-li hodnota buňky ve vrstvě akumulace odtoku prahovou hodnotu, bude buňkaoznačena jako součást vodního toku. Výsledné buňky tvořící vodní tok získají hodnotu 1,všechny ostatní buňky hodnotu 0 (ArcGIS 2006).Při použití funkce Con buňky tvořící vodní tok splňují zadanou podmínku proprahovou hodnotu (např. pro prahovou hodnotu 50 se zadá podmínka “VALUE”>50).Při použití funkce SetNull buňky tvořící vodní tok nesplňují zadanou podmínku proprahovou hodnotu (např. pro prahovou hodnotu 50 se zadá podmínka “VALUE”

Literární rešerše· Vytvoření linie vodního toku z rastru vodního tokuFunkce Stream to Feature vytvoří linii vodního toku pomocí vektorizace rastru, kterýpředstavuje vodní tok. Tato funkce je vhodná pro jakékoli vektorizace rastrů představujícíchliniové prvky. Pro hydrologické účely jsou vstupními daty rastr vodního toku a rastr směruodtoku.Převod linie na rastr umožňuje také funkce Raster to Polyline (Conversion Tools – ToRaster ).· Segmentace vodního tokuFunkce Stream Link přiřazuje unikátní hodnoty částem (úsekům) rastru, kterýznázorňuje liniovou vrstvu vodních toků. Jednotlivé úseky (Links) vodního toku jsouvymezeny průsečíky nebo křižovatkami (Junctions) na vodním toku (viz Obr. 9 ).Vstupními daty jsou rastr vodního toku a rastr směru odtoku a výstupem je rastrjednotlivých úseků (ArcGIS 2006).Obr. 9 Rozdělení vodního toku na jednotlivé úseky (Links), které jsou vymezeny křižovatkami(Junctions) na vodním toku (ArcGIS 2006).· Pořadí vodního tokuFunkce Stream order přiřazuje číselné pořadí jednotlivým větvím vodního toku.Vstupními daty jsou rastr vodního toku a rastr směru odtoku. Pro přiřazení číselného pořadíexistují dvě metody – STRAHLER a SHREVE (ArcGIS 2006).Metoda STRAHLER určuje pořadí tak, že vodní toky bez přítoku jsou označeny jakovodní toky prvního řádu. Po spojení dvou vodních toků prvního řádu vznikne vodní tokdruhého řádu. Po spojení dvou toků druhého řádu vznikne vodní třetího řádu. Princip jetakový, že po spojení dvou toků stejného řádu vznikne tok o řád vyšší. Pokud se však spojídva toky odlišného řádu nevznikne tok o řád vyšší, ale získá řád toku s vyšším řádem (vizObr. 13 ). Toto je běžná metoda pro číslování úseků vodního toku.Metoda SHREVE určuje pořadí tak, že vodní toky bez přítoku jsou prvního řádu.Následující tok má řád (pořadí) daný součtem řádů předchozích toků (viz Obr. 13 ).21

Literární rešeršeObr. 13 Metody pro určení pořadí úseků vodního toku (ArcGIS 2006).2.5.3.2. Charakteristiky terénuCharakteristiky terénu jsou odvozeny z neupraveného DEM, kde nebyly vyplněnybezodtoké oblasti, aby byl zachován přirozený charakter terénu.Využití GIS a analýza DEM umožňují získávat, analyzovat a uchovávat velkémnožství dat o reliéfu a staly se již nedílnou součástí geomorfologických výzkumů(Voženílek 1996, 2001 in Jedlička a Mentlík 2002).· Sklon svahuSklon je určen jako podíl převýšení a vzdálenosti dvou bodů.Obr.14 Posuvné okno 3x3 buňky (ArcGIS 2006).V ArcGIS se sklon určuje pomocí posuvného okna 3x3 buňky (viz Obr. 14), kde sezjišťuje maximální sklon mezi prostřední vyšetřovanou buňkou a buňkami ve směru osy x aosy y podle vzorců:dzdx( c + 2f + i) - ( a + 2d + g)( 8×x_cell_size)= (1)dzdy( g + 2h + i) - ( a + 2b + c)( 8×y_cell_size)= (2)Výsledný sklon je pak dán vztahem:a) sklon v procentech22æ dz ö æ dz örise_run = ç ÷ + ç ÷(3)è dx ø è dy ø22

Literární rešeršeb) sklon ve stupníchæ22 öç æ dz ö æ dz ö ÷ 180slope_degrees = arctanç ç ÷ + ç ÷ ×dx dy ÷(4)è øπèè øø· Průměrný sklon svahů a průměrná nadmořská výška povodíZ výsledného rastu sklonů lze pomocí funkce Zonal Statistic as Table vytvořittabulku obsahující informace o průměrných hodnotách sklonů pro zadaná území. Pokudjsou vstupní vrstvou určující dané území polygony pravého a levého svahu povodí, funkcevypočítá průměrné sklony těchto svahů.Stejným způsobem lze určit průměrnou nadmořskou výšku povodí. Rozdíl je v tom,že vstupní vrstvou je DEM obsahující informace o nadmořských výškách a opět polygonvymezující oblast (např. povodí), pro kterou se zjišťuje daná charakteristika.· Orientace svahu ke světovým stranámOrientace svahu ke světovým stranám je určena podle směru největšího sklonusousedních buněk (viz Obr.15) Tuto charakteristiku vypočítá funkce Aspect v nástrojíchSurface.Obr.15 Určování orientace ke světovým stranám (ArcGIS 2006).· Tvorba vrstevnicFunkce Contour v nástrojích Surface umožňuje zpětnou tvorbu vrstevnic z digitálníhomodelu terénu. Tímto způsobem lze porovnat nově vytvořené vrstevnice s vrstevnicemiz nichž byl vytvořen DEM, a tím ověřit správnost DEM.Funkce Contour List vytvoří pouze jednu vrstevnici podle zadané nadmořské výšky(hodnoty z).· Identifikace zvýšených a snížených oblastí v DEMPři úpravách DEM dochází k vyplňování bezodtokých oblastí a zároveň snižovánívrcholů. Funkce Cutt/Fill rozdělí povrch na buňky snížené, zvýšené a buňky, které nebylyupraveny (viz Obr. 16).Obr.16 Identifikace upravených oblastí povrchu terénu pomocí funkce Cutt/Fill (ArcGIS 2006).23

Literární rešerše2.5.3.3. Další charakteristiky· Vykreslení odvodňovaných oblastíPomocí funkce Basin je možné vykreslit odvodňované oblasti uvnitř analyzovanéhovýseku povrchu. Vstupními daty je rastr směru odtoku vody z buněk (Flow Direction). Přianalýze rastru směru odtoku hledá funkce Basin skupiny propojených buněk, které příslušík určité odvodňované oblasti. Funkce Basin určuje odtokové oblasti automaticky k bodů naokraji rastru, tedy tam kde vodní tok odtéká pryč z rastru. Tato funkce narozdíl od funkceWatershed nepracuje s uzávěrovým profilem povodí (ArcGIS 2006).· Nejdelší dráha odtokuDráhu odtoku lze zjistit pomocí funkce Flow Length. Vstupními daty je rastr směruodtoku. Toto měření se používá k vypočítání doby koncentrace vody na povodí. Pokudzvolíme způsob UPSTREAM, vypočítá se nejdelší vzdálenost podél trasy toku proti prouduz každé buňky až k nejvyššímu místu hranice odvodnění (rozvodnice). ZpůsobDOWNSTREAM počítá naopak vzdálenost podél trasy toku po proudu, z každé buňky ažk „sink“ (místo odkud voda již nemůže nikam odtéct) nebo místu odtoku z rastru. Dalšímvstupním rastrem může být rastr udávající buňkám určitou hodnotu, pokud není zadán,každá buňka má primárně nastavenou hodnotu 1 (ArcGIS 2006).2.6. Hydrologická analýza povodí s využitím ArcGIS- ArcHydro2.6.1. Úprava DEMDEM představuje základní data pro určení hydrologických charakteristik. NadstavbaArcHydro neumožňuje narozdíl od Spatial Analyst vytvořit DEM, ale obsahuje sadunástrojů Terrain processing s funkcemi pro úpravu DEM.2.6.1.1. Prohloubení říčního korytaFunkce DEM Reconditing slouží k úpravě kvality vstupního DEM, tak aby bylzdůrazněn systém odvodňování oblasti řekami a byly odstraněny případné chyby vstupníhoDEM. Vstupními vrstvami jsou DEM a vrstva vodních toků. Dále se musí zadat parametryStream Buffer, Smooth drop/raise a Sharp drop/raise. Smooth drop/raise určuje o kolikmetrů jsou sníženy břehy řečiště. Parametr Sharp drop/raise pak určuje o kolik metrů budesníženo vlastní koryto řeky. Stream buffer určuje vzdálenost, ve které se projeví vhloubeníkoryta (Jedlička a Štych 2007).2.6.2. Vykreslení povodíPrávě přesné vymezení hranice jednotlivých odvodňovaných oblastí je základem proefektivní hydrologické analýzy. Pro přesné vymezení hranic odvodňovaných oblastí sloužínástroje ArcHydro Tools (Jedlička a Štych 2007).24

Literární rešeršeOpět jako u Spatial Analyst je nutné provést několik kroků vedoucích k samotnémuvykreslení povodí. Postup pro vykreslení v ArcHydro je delší než ve Spatial Analyst, ale jelogický a všechny nástroje pro jednotlivé kroky jsou v sadách nástrojů seřazeny sousledněza sebou.2.6.2.1. Odstranění bezodtokých oblastíBezodtoké oblasti jsou již definovány v kapitole 2.4.2.1. Extenze ArcHydro obsahujefunkci Fill sinks pro úpravu bezodtokých oblastí. Funkce Fill sinks upravuje tyto buňky tak,že je zvýší do úrovně buněk sousedních (ArcHydro 2006, Jedlička a Štych 2007). Tatofunkce pracuje stejně jako funkce Fill v sadě nástrojů Hydrology v nadstavbě SpatialAnalyst. Určuje se zde také z limit, který vyjadřuje hloubku prohlubní nutnou pro vyplnění.Pokud se nezadá, budou všechny prohlubně vyplněny. Odstranění bezodtokých oblastí patřítaké do úprav DEM, ale zde je zařazena jako důležitá součást vykreslení povodí, protožezajišťuje určení správných odtokových směrů a následné akumulaci vody.2.6.2.2. Určení směru odtokuSměry odtoků z buněk se určují pomocí funkce Flow Direction, která je obsaženav sadě nástrojů Terrain Processing.Funkce Flow Direction v ArcHydro pracuje stejně jako funkce Flow Direction v saděnástrojů Hydrology v nadstavbě Spatial Analyst (viz kap. 2.5.2.2).2.6.2.3. Akumulace vodyAkumulace vody (odtoku) se odvozuje z rastru směru odtoku z buněk a vytváří sepomocí funkce Flow Accumulation v sadě nástrojů Terrain Processing.Tato funkce pracuje stejně jako funkce Flow Accumulation v sadě nástrojů Hydrologyv nadstavbě Spatial Analyst (viz kap. 2.5.2.3). Ale na rozdíl od Spatial Analyst neumožňujezadání tzv.“weight rastru“, který přiděluje buňkám určité hodnoty. Takže výsledný rastrakumulace odtoku vytvořený pomocí funkce Flow Accumulation v ArcHydro vyjadřujesoučet buněk, ze kterých přitéká voda do vyšetřované buňky.„Weight rastr“ pro akumulaci odtoku může být zadán při použití funkce WeightedFlow Acumulation. „Weight rastr“ je zde označován jako „Weight Grid“. Jeho hodnotou jepřenásobena každá buňka vstupního rastru směru odtoku. Jako „WeightGrid“ je vhodné použít rastr znázorňující akumulační schopnosti zemského povrchu(Jedlička a Štych 2007).2.6.2.4. Identifikace vodního tokuExtenze ArcHydro vyžaduje pro vykreslení povodí rastr vodních toků, který vytvářífunkce Stream Definition, kde je vstupní vrstvou rast akumulace vody. Velmi důležité jeurčení prahové hodnoty, která určuje počet buněk z rastru akumulace vody (primárně jenastaveno 1% max. počtu akumulovaných buněk) nebo plochu povodí v km 2 (primárně jenastaveno 1% odvodňované plochy). Výsledný rastr vodního toku je tvořen buňkami, kterépřekročily zadanou prahovou hodnotu a je jim přidělena hodnota 1. Ostatní buňky mají25

Literární rešeršenulovou hodnotu a tím pádem nejsou součástí toku (ArcHydro 2006). Funkce StreamDefinition funguje stejně jako funkce SetNull a Con ve Spatial Analyst.Je důležité nastavit prahovou hodnotu tak, aby výsledný rastr co nejvíce odpovídalskutečnému systému vodních toků. Čím menší je prahová hodnota, tím detailnější jevzniklý rastr. Pokud je ale prahová hodnota příliš malá, výsledný rastr je příliš hustý anepodobá se vodním tokům. Tento krok je tedy nutné provést několikrát a zjistit ideálníhodnotu pro konkrétní případ.2.6.2.5. Segmentace rastru vodních tokůPomocí funkce Stream Segmentation se rastr vodních toků rozdělí na části(segmenty). Vstupními daty jsou rastr směru odtoku a rastr vodního toku, ve kterém majívšechny buňky hodnotu jedna. Nově vzniklý rastr přiděluje buňkám rozdílné hodnoty vždyale stejné v jednom segmentu vodního toku.2.6.2.6. Odvodňované oblasti povodíFunkce Catchment Grid Delineation vytváří rastr znázorňující odvodňované oblastipro jednotlivé segmenty vodního toku, které vytvořila funkce Stream segmentation. Buňkyv dané jedné odvodňované oblasti mají stejnou jedinečnou hodnotu. Vstupy představujírastr směru odtoku a rastr segmentace vodního toku.2.6.2.7. Vektorizace odvodňovaných oblastí povodíFunkce Catchment Polygon Processing zvektorizuje rastr odvodňovaných oblastípovodí. Všechny buňky rastru mající stejnou hodnotu vytvoří jeden polygon.2.6.2.8. Vektorizace rastru vodních tokůStejně jako funkce Catchment Polygon Processing funguje funkce Drainage LineProcessing, která vektorizuje rastr vodního toku na liniovou vrstvu. Vstupními daty pro tutofunkci jsou dva rastry – rastr směru odtoku a rastr segmentace vodního toku.2.6.2.9. Propojení vektorových odvodňovaných oblastíFunkce Adjoint Catchment Polygon spojí dílčí polygony odvodňované jednotlivýmisegmenty toku do souvislých polygonů, které jsou odvodňovány v rámci jedné navazujícíříční sítě (Jedlička a Štych 2007).2.6.2.10. Identifikace uzávěrového profiluPro správné vykreslení povodí je opět nutné jako ve Spatial Analyst identifikovatuzávěrový profil povodí. ArcHydro vyžaduje vytvoření nové bodové vrstvy Batch point,která znázorňuje uzávěrové profily. Bodů může být zadáno více, ale ne v rámci jednohopovodí. Body vykresluje nástroj Batch Point Generation umístěný samostatně v hlavnímpanelu ArcHydro Tools. Při tvorbě bodů se zadávají parametry – Batch Done určuje, zdamá být k bodu vykresleno povodí (0 – ano, 1 – ne), Snap on určuje, zda má být bodpřichycen na nejbližší vodní tok (0 – ne, 1 – ano).26

Literární rešerše2.6.2.11. Konečné vykreslení povodíFunkce Batch Watershed Delineation vymezí povodí k závěrovému profilu (BatchPoint), který se vytvořil pomocí nástroje Batch Point Generation. Pro vykreslení povodíjsou nutné jako vstupy tyto vrstvy – rastr směru odtoku, rastr vodního toku, polygonydílčích odvodňovaných oblastí, polygon vytvořený spojením dílčích polygonů a uzávěrovýprofil. Je nutné provést všechny operace zmíněné v předchozích kapitolách pomocí nástrojůFlow Direction až Adjoint Catchment Processing v sadě nástrojů Terrain Processing. Až poté lze použít nástroje Watershad Processing pro konečné vymezení povodí.Po proběhnutí výpočtu je vytvořená nová polygonová vrstva povodí a vrstvauzávěrových profilů těchto povodí.Další možností vykreslení povodí je využití funkce Point Delineation, kterávykresluje povodí pouze pomocí jednoho uzávěrového profilu. Po vykreslení bodupředstavující uzávěrový profil se otevře dialogové okno pro zadání vstupních vrstev – rastrsměru odtoku, rastr vodního toku, polygonová vrstva povodí a polygonová vrstva spojenéhopovodí. Výstupními vrstvami jsou rastr povodí a vrstva uzávěrového profilu.Výhodou uvedeného postupu je, že se jedná o vymezení, které není ovlivněnoantropogenními změnami v povodí, pokud nejsou zahrnuty do vstupních vrstevnicových dat(Kopp 2005).2.6.2.12. Vykreslení subpovodíObdobně jako funkce pro vykreslení povodí funguje funkce Batch SubwatershedDelineation pro vykreslení dílčích subpovodí v rámci již vytvořeného povodí. Je opětpotřeba vykreslit uzávěrové profily subpovodí, ale nejprve se musí resetovat předcházejícívrstva uzávěrových profilů pro celé povodí (ArcHydro 2006, Jedlička a Štych 2007).2.6.3. Stanovení charakteristik povodí2.6.3.1. Charakteristiky vodního toku· Vytvoření geometrické sítě vodních tokůGeometrickou síť vodních toků vytváří funkce Hydro Network Generation v saděnástrojů Network Tools. Geometrická síť je tvořena dvěma prvky – hranami (Edge feature)a spoji (Juniction feature), které jsou výstupními vrstvami při použití této funkce (Olivera akol. 2002b). Vstupními daty jsou linie vodního toku (Drainage Line), polygonyjednotlivých odvodňovaných oblastí (Catchment) a uzávěrové profily povodí (DrainagePoint).Pro další analýzy geometrické sítě povodí je možné využít nástrojovou lištu UtilityNetwork Analyst.Některá možné analýzy pomocí nástrojů Utility Network Analyst (ArcHydro 2006,Jedlička a Štych 2007):27

Literární rešerše· Find Path – nalezne cestu mezi označenými body.· Find Connected – nalezne všechny složky sítě, které jsou spojeny s označenýmmístem.· Find Disconnected – nalezne všechny prvky, které nejsou spojeny s označenýmmístem.· Find Path Upstream – nalezne všechny složky sítě, které přitékají do danéhooznačeného místa.· Find Path Downstream – nalezne všechny prvky sítě, které jsou od zadaného místaníže po proudu.Pro provádění analýz je nutné nástroje pro určeni bodů (spojů), nebo linií (hran), kekterým se budou vytvářet požadované analýzy. Dále je možné určení bariéry na bodu čilinii. Bariéra způsobuje zneprůchodnění daného bodu, či linie (voda nemůže proudit skrzeoznačené místo).Další nástroje pracující s geometrickou sítí vodních toků jsou Store Flow Direction aSet Flow Direction, které umožňují určení směru toku v geometrické síti.2.6.3.2. Charakteristiky terénu· Sklonitost svahuFunkce Slope vytvoří z DEM rastr znázorňující sklony svahů vyjádřené v procentech.Vstupem je pouze DEM, který ale není nijak upraven, např. nejsou v něm odstraněnybezodtoké oblasti. Jakákoli korekce DEM by narušila přesné určení sklonů. K výpočturastru skonů se používá posuvné okno o velikosti 3×3 buňky. V tomto okolí se spočtemaximální velikost změny nadmořské výšky a z ní poté velikost sklonu svahu pro danoubuňku (ArcHydro 2006, Jedlička a Štych 2007). Princip této funkce je stejný jako u funkceSlope ve Spatial Analyst.Oproti Spatial Analyst jsou zde k dispozici ještě další dvě funkce - Slope greater than30, která vytvoří rastr sklonů svahů větších něž 30% (sklony větší než 30% získají hodnotu1, ostatní mají nulovou hodnotu) a Slope greater than 30 and facing North, která vytvořírastr sklonů svahů větších než 30% a zároveň svahů, které jsou orientovány na sever.· Výškové charakteristiky liniePomocí funkce Construct 3D line se vytvoří 3D vrstva ze vstupní 2D vrstvy.Vstupními daty jsou vrstvy 2D – liniová, která může představovat vodní tok, a 3D vrstva –představující DEM.Další funkce Flow Path Parametrs for 2D nebo 3D line umožňují získat délkové avýškové charakteristiky vstupní 2D nebo 3D linie.Jako vstupní liniovou vrstvu pro tento nástroj lze použít Longest flow Path(představuje nejdelší vzdálenost v povodí ve směru odtoku). V atributové tabulce vstupnívrstvy jsou vytvořeny následující charakteristiky vstupní linie (ArcHydro 2006, Jedlička aŠtych 2007):28

Literární rešeršeLengthMi: délka vstupní linie v mílíchSlpFM:sklon ve stopách na míliSlp1085FM: sklon ve stopách na míli mezi body vzdálenými 10% a 85% odzávěrového profilu povodíSlp: poměr sklonů v koncovém místě linie a v místě závěrového profiluSlp1085: poměr sklonů v bodech vzdálených 10% a 85% od závěrového profiluElevUP: nadmořská výška nejvzdálenějšího boduElevDS: nadmořská výška uzávěrového profiluElev10: nadmořská výška bodu vzdáleného 10% od závěrového profiluElev85: nadmořská výška bodu vzdáleného 85% od závěrového profilu· Výškové charakteristiky odvodňované oblastiSoučástí sady nástrojů Terrain morphology je nástroj Drainage AreaCharakterization, který umožňuje vypočítat celkovou plochu a objem pod zadanou výškou,představující rovinu řezu. Vstupními daty jsou vrstva znázorňující plochu povodí a DEM.Dále je možné zadat převýšení (extrusion), které je primárně nastaveno jako hodnota 0.Dále se zadává parametr určující počet rovin, kterými bude terén řezán.Po proběhnutí výpočtu jsou v atributové tabulce vstupní vrstvy vytvořeny novécharakteristiky:MinElev – minimální nadm. výška povodíMaxElev – maximální nadm. výška povodíIsPitted – určuje zda povodí představuje bezodtokou oblast (Null – nejde obezodtokou oblast, 1 – bezodtoká oblast).Dále se vytvoří tabulka s výškovými charakteristikami rovin řezu.· Výškové charakteristiky hranice povodíDalší funkcí v nástrojích Terrain morphology je Drainage BoundaryCharakterization, která umožňuje vytvoření vrstvy 3D linií představující hranice povodí.Linie je rozdělena na několik segmentů, podle toho s kolika povodími dané povodí sousedí.Výsledná atributová tabulka této vrstvy obsahuje informace o max. a min. nadmořskýchvýškách podél hranic povodí.2.6.3.3. Další charakteristiky· Uzávěrové profily dílčích odvodňovaných oblasíPomocí funkce Drainage Point Processing je vytvořena bodová vrstva znázorňujícíodtokové uzávěrové profily z odvodňovaných oblasti jednotlivých segmentů vodního toku.Vstupními daty jsou rastr akumulace vody a vektorová vrstva polygonů odvodňovanýchoblastí.· Těžiště plochFunkce Drainage Area Centroid vytváří bodovou vrstvu představující těžiště vstupnípolygonové vrstvy – tedy buď těžiště celého povodí nebo těžiště dílčích subpovodí.29

Literární rešerše· Délka odtokuFunkce Longest Flow Path for Catchmenst (Terrain processing) nalezne nejdelšícestu odtoku vody v rámci dílčích odvodňovaných oblastí. Vytvoření této cesty usnadňujepozdější vytvoření nejdelší odtokové cesty v povodí.Funkce Longest Flow Path for Adjoint Catchmenst (Terrain processing) slouží knalezení nejdelší cesty odtoku vody v odvodňované oblast jedné říční sítě. Vycházíz výsledků funkce Longest Flow Path Catchments.Dalšími funkce zjišťující nejdelší délky odtoku jsou – Longest Flow Path, LongestFlow Path for Watershade a longest Flow Path for Subwatershade, které zjišťují cestyodtoku pro celé povodí, dílčí povodí nebo pouze vybrané dílčí povodí.· Pohyb vodyDalší nástroj Flow Path Tracing umožňuje vytvořit linii znázorňující pohyb vody zezadaného místa až po závěrový profil povodí. Vychází pouze z jedné vstupní vrstvy rastrusměru odtoku. Princip používání tohoto nástroje je velmi jednoduchý, stačí pouze zadat podna mapě a nástroj následně vykreslí pohyb vody od tohoto bodu až do uzávěrového profilu.Takto se může zadávat několik bodů za sebou a jednotlivá vykreslení se neruší. Flow PathTracing slouží pouze pro vizualizaci, výsledky se neukládají.· Změna veličiny v časeV nástrojích Time Series Processing je nástroj Display Time Series, který umožňujevyjádřit změnu hodnot na konkrétním místě v čase. Příkladem mohou být denní srážkovéúhrny v povodí, kde je možné znázornit průběh denních srážkových úhrnů v jednotlivýchpovodích během měsíce. Pro fungování této funkce je nutné vytvořit tabulku obsahujícíinformace o změně veličiny v čase (Jedlička a Štych 2007).2.7. Konkrétní případy využití ArcGIS v hydrologii apříbuzných vědáchExistuje mnoho možností využití softwaru ArcGIS v hydrologii a příbuzných vědách.Nejčastěji se využívají extenze ArcGIS pro přípravu dat pro hydrologické modely anáslednou vizualizaci výstupních dat modelů. Dále se ArcGIS využívá k interpolacím,hlavně pro vytvoření digitálního modelu terénu z bodových měření nebo liniových čipolygonových dat obsahujících hodnotu z (výšku) nebo např. pro interpolace srážek asněhové pokrývky.2.7.1. Využití ArcGIS pro interpolace· Monitoring sněhové pokrývkyJeníček a kol. (2008) využíval nástroje pro interpolace v ArcGIS pro odhadcelkového množství vody akumulovaného ve sněhové pokrývce. Byly použity 3interpolační metody softwaru ArcGIS – Spline (tension, váha 0,1), Kriging (ordinaryspherical) a IDW (váha 0,5) při vstupní velikosti pixelu 10x10m. Vstupní data pro30

Literární rešeršeinterpolace byla vytvořena bodovým měřením výšky sněhové pokrývky a vodní hodnotysněhu. Měření byla prováděna pro účely interpolace v husté pravidelné síti bodů na celémpovodí. Vzniklé 3 mapy třech různých interpolačních metod se výrazně lišily charakteremvýsledného rozprostření interpolované veličiny, což je dáno podstatou jejich algoritmů.Přesto však bylo použitím třech různých metod odhadnuto přibližně stejné množství vodyakumulované ve sněhu. Výsledné mapy ukázaly, že největším problémem interpolací jenedostatečný počet a rozmístění měřených bodů. Nejvíce se to projevilo v metodě Spline,která spočítala místy hodnoty výrazně vyšší nebo nižší než ukázala měření.· Odhad plošných srážekŠercl (2008) se zabýval metodami získávání plošné srážky z bodových měřenísrážkoměry a z měření meteorologického radaru. Cílem jeho práce bylo zhodnotit různémetody interpolace bodových měření srážek. Téměř všechny výpočty byly prováděnypomocí softwaru ArcGIS 9.2 a nadstaveb Spatial Analyst a Geostatistical Analyst. Prointerpolace byly využity – metoda inverzně vážených vzdáleností (IDW), metoda Kriging,metoda Topo To Rastr (TOPO) a nově vyvinuté metody tzv. „orografické“ interpolace(ORO) a metoda korekce radarového pole srážek pomocí srážkoměrných pozorování(RAD).Metoda ORO byla vyvinuta přímo Šerclem (2008) a byla zpracována do formyaplikace pro software ArcGIS. Je založena na odvození regresivní závislosti mezi srážkou anadmořskou výškou v pozorovaných místech v daném okruhu každé srážkoměrné stanice.Nastává však problém velké prostorové proměnlivosti vztahu srážka – nadmořská výška.Z toho důvodu se v metodě ORO používá shlazený model trénu v síti 1 x 1 km, který takzvyšuje nadmořskou výšku stanic v horských údolích oproti stejně položeným místůmv pahorkatinách.Poslední metoda využívá radarového měření, které není založené na přímém měřenísrážek ale na tzv. odrazivosti. Radarové odhady jsou zatížené poměrně velkými chybami aproto se musí korigovat pomocí korekčního koeficientu. Šercl (2008) vyvinul aplikaci proArcGIS, kde vstupem jsou radarové odhady srážek a odpovídající úhrny ve srážkoměrnýchstanicích.· Atlas podnebí ČeskaVelké dílo, které vzniklo v roce 2007 pomocí softwaru GIS je Atlas podnebí Česka.Údaje byly připraveny pomocí databázové aplikace CLIDATA a zpracovány do formyprostorových databází. Geoinformační zpracování proběhlo s využitím produktů ESRI vespolupráci s ARCDATA PRAHA, s.r.o. V atlasu jsou popsány základní klimatologicképrvky i rozšiřující klimatologické charakteristiky ČR – teplota vzduchu, srážky (viz Obr.17), sníh, vlhkost vzduchu a výpar, sluneční záření, sluneční svit a oblačnost, tlak vzduchu avítr, nebezpečné atmosférické jevy, fenologické charakteristiky, teplota půdy, dynamikaklimatu a klimatické klasifikace. Klimatologická data byla získána z měření naprofesionálních a dobrovolných stanicích Českého hydrometeorologického ústavu. Tatobodová měření musela být dále zpracována pomocí statistických a interpolačních metod,31

Literární rešeršeaby vzniklo plošné rozložení daných veličin. Pro interpolace byla využita převážně metodaIDW, Kriging a Spline (Tolasz a kol. 2007).Některé mapy z Atlasu podnebí Česka jsou k nahlédnutí na internetu na stránkáchČeského hydrometeorologického ústavu – oddělení meteorologie , obor klimatologie, odkazAtlas podnebí Česka (http://www.chmi.cz/meteo/ok/atlas/uvod.html).Obr. 17 Průměrný roční úhrn srážek na území ČR získaný interpolačními metodami v GIS (Atlaspodnebí Česka 2007).2.7.2. Využití ArcGIS pro hydrologické modelování· Vyhodnocení jakosti vodySoftware ArcGIS může být využit ve spojení s numerickým modelováním transportua disperze látek v síti vodních toků. Tento problém popisuje ve své práci Julínek (2004).Numerické řešení problému bylo zpracováno numerickým modelem MIKE 11. SoftwareArcGIS (ArcEditor) byl využit na zpracování vstupních dat a grafickou prezentaci výsledkůpomocí map. Vstupní data zpracovaná v ArcGIS obsahovala hydrologické parametrypovodí (např. plocha povodí, typy povrchů, parametry srážko-odtokových poměrů atd.),informace o topologii říční sítě (např. místa soutoků, délky úseků toku atd.) a geometriikoryta (tvar a umístění příčných profilů). Hlavním cílem studie bylo zhodnocení možnostívyužití kombinace GIS a numerického modelu pro řešení havarijních situací zhoršeníjakosti vody v toku. ArcGIS zajišťoval snadnou manipulaci a správu dat a možnostvyhodnocení prostorových dat. Výsledkem práce byla simulace postupu látky v toku avyhledávání informací o řešení problému. Pro zobrazení kdy a v jakých koncentracíchdorazí látky do předem definovaného bodu byla použita nadstavba ArcMap TrackingAnalyst. Zároveň byly identifikovány zdroje znečištění a ohrožená místa.· 2D matematické modelování proudění vodyDalším příkladem využití ArcGIS může být dohromady s matematickým modelempro modelování proudění vody v záplavovém území, jak uvádí ve své práci Čejp a Dráb(2004). Tito autoři se zabývali 1D a 2D modelováním proudění vody a následně jejichporovnáním. Vstupní data pro matematické modely byla zpracována pomocí softwaruArcGIS (ArcGIS 9.0) s nadstavbami 3D Analyst, Spatial Analyst a Geostatistical Analyst.32

Literární rešeršeVstupními daty byly také mapové podklady lokality (ortofotomapy, rastrové mapy RZM10)a digitální model terénu vytvořený ve formátu TIN na základě bodového pole, zlomovýchlinií a vrstevnic. DTM měl dvojí podobu jako hladký povrch bez budov a jako povrchs budovami. Po vytvoření DTM byly přiřazeny údaje o kótách terénu jednotlivým buňkámvýpočtové sítě. Tato procedura byla realizována v prostředí ArcGIS. Toto přiřazení byloprovedeno také pro součinitele drsnosti. Výpočty 1D matematického modelování bylyprovedeny pomocí 1D výpočtového modelu HEC-RAS. Výpočty 2D matematickéhomodelování byly provedeny pomocí 2D výpočtového modelu MIKE21C.· Matematické modelování transportu sedimentůSovina a kol. (2008) se zabýval spojením matematických modelů a prostředí GIS promodelování transportu sedimentů v otevřených říčních korytech. Byly využíványprogramové prostředky HEC-RAS 3.11, HEC-RAS 4.0, ArcInfo 9.1 a HEC-GeoRAS 4.1.Pro simulaci pohybu splavenin bylo nutné doplnit údaje o zrnitostním složení dna kekaždému příčnému profilu a dále je pomocí HEC-RAS interpolovat vždy mezi dvěmaprofily. Jednalo se o simulaci transportu sedimentů na malých vodních tocích modelemHEC-RAS 4.0 s podporou systému GIS. Vstupními daty byl DTM ve formátu TINvytvořený z bodového pole, které vzniklo tachymetrickým zaměřením koryta tokuv digitální formě. Topologie koryta, proudnice, břehové hrany, součinitele drsnosti a dalšígeometrická data byla získána z GIS pomocí HEC-GeoRAS. Výsledky práce odkrylyslabiny programu pro simulaci transportu sedimentů. Na druhou stranu ale Sovina a kol.(2008) hodnotí spojení GIS a matematického modelu jako velmi silný komplexní nástrojs všestranným využitím jako jsou předpovědní služby, stanovení aktivních zón záplavovýchúzemí až různé analýzy ovlivňující životní prostředí.· Proudění podzemní vodySoftware ArcGIS je v tomto případě opět využit pro pre- a postprocessing data promodel MODFLOW. Vstupní data pro model MODFLOW musí být v textové podobě, protomusí být ještě vytvořen konvertor mezi grafickými daty z GIS a textovými do modelu.V první fázi se vymezily oblasti, kde bude probíhat výpočet, vytvořila se síť pro metodukonečných diferencí, zadaly se hodnoty známých hladin podzemní a povrchové vody,vytvořily se geologické vrstvy hornin a zadaly se materiálové vlastnosti těchto vrstev.Uložila se namodelovaná oblast do geodatabáze a následně se data z geodatabáze převedlana textová vstupní data modelu. Následný výpočet v modelu probíhal mimo prostředíArcGIS. Poslední fází byl postprocessing, tedy zobrazení výsledků. Výsledná data z modeluMODFLOW jsou v textovém formátu, která se musí načíst a propojit s daty prostorovými.Až poté mohly být vytvořeny mapy izolinií s legendami a popisky. Numerický modelMODFLOW je vhodným modelem pro proudění podzemní vody, avšak bez kvalitního preapostprocessingu prováděným v ArcGIS by model nemohl fungovat (Duchan 2006).33

Metodika3. METODIKAHydrologické analýzy povodí byly zpracovány na povodí Smědé s uzávěrovýmprofilem Bílý Potok v Jizerských horách. Pro zpracování byl využit software ArcGIS 9.2ArcInfo s extenzemi Spatial Analyst, 3D Analyst, ArcHydro. Vstupními daty pro řešenéanalýzy byl ZABAGED získaný od Českého úřadu zeměměřičského a katastrálního –výškopis, polohopis, ortofoto, RZM10. Výškopis byl reprezentován vektorovými datyznázorňující vrstevnice ve formátu .shp – hlavními vrstevnice po 5m, zesílenýmivrstevnicemi po 25m a doplňkovými vrstevnicemi. Polohopis byl vyjádřen vektorovýmidaty ve formátu .shp – vodními toky, vodními plochami. Všechna data byla zpracovánav souřadnicovém systému S-JTSK Křovák EastNorth.3.1. Popis lokalityHorní část povodí Smědé se nachází v CHKO Jizerské hory v Libereckém krajiv severních Čechách (viz Obr. 18). V severovýchodní části u hory Smrk hraničí povodís Polskem (viz Obr. 19), dokonce malá část povodí přesahuje hranice. Nejvyššími vrcholypovodí jsou Smrk (1124 m n.m.), Jizera (1122 m n.m.) a Smědavská hora (1084 m n.m.).V oblasti povodí Smědé se nachází národní přírodní rezervace Jizerskohorské bučiny. Jižněod povodí se nachází vodní nádrž Souš a Josefův Důl (viz Obr. 19). Analyzované bylopovodí Smědé k uzávěrovému profilu Bílý Potok (dále jen jako povodí Bílý Potok). Vpovodí Bílý Potok byla analyzována dvě dílčí povodí Bílá Smědá a Černá Smědá, kterámají stejnojmenné uzávěrové profily. Uzávěrový profil Bílý Potok je hlásným profilemkategorie A pro předpovědní povodňovou službu ČHMÚ. Provozovatelem stanice jepobočka ČHMÚ Ústí nad Labem. Povodí Bílá a Černá Smědá jsou experimentálnímipovodími ČHMÚ a patří pod správu pobočky ČHMÚ v Jablonci nad Nisou.Obr.18 Poloha povodí v ČR.34

MetodikaObr.19 Povodí Bílý Potok znázorněné na vodohospodářské mapě – měřítko 1:50 000, vydal Českýúřad zeměměřičský a katastrální v roce 1984.3.2. Charakteristiky povodíPřed samotným vypracováním analýz v ArcGIS byla lokalita navštívena a pomocíGPS byly přesně zaměřeny uzávěrové profily Bílý Potok, Bílá Smědá a Černá Smědá. Dataz GPS byla v souřadnicovém systému VGS84, byla proto převedena do systému S-JTSKKřovák EastNorth shodného s mapovým podkladem převodem na internetových stránkáchhttp://www.xanadu.cz/apps/convertcoord/.Postup je dělen na dvě kapitoly podle používané nadstavby a podkapitoly řešenýchanalýz a charakteristik.3.2.1. ArcGIS – Spatial Analyst3.2.1.1. Vytvoření DEMDigitální model terénu byl vytvořen funkcí pro interpolace Topo to Raster(Interpolation) z vrstevnic (Type – contour, Field – výška) pro oblast povodí řeky Smědév Jizerských horách. Byly použity 3 typy vrstevnic – hlavní vrstevnice po 5 m, zesílené po25 m a doplňkové. Protože povodí zasahuje v okolí hory Smrk i do Polska, kde nebylyvrstevnice k dispozici, byly vrstevnice prodlouženy podle podkladu - georeferencované35

Metodikarastrové mapy. Prodloužení vrstevnic bylo provedeno v editaci pomocí funkce ModifyFeature. Pro porovnání bylo vytvořeno více DEM v rozlišeních 5, 10, 20 a 40 m.3.2.1.2. Vykreslení povodíVykreslení povodí Bílý Potok bylo provedeno ručně a automaticky. Ručnívykreslením vyžadovalo vytvoření rozvodnice (linie) od uzávěrového profilu Bílý Potokkolmo na vrstevnice přes hřebeny, sedla a vrcholy. V problémových místech se dávalanejvětší váha tomu, aby nebyl překřížen vodní tok, tím pádem bylo porušeno pravidlokolmosti na vrstevnice. Rozvodnice byla také ručně vykreslena pro dílčí povodí Bílé Smědéa Černé Smědé.Z výsledných liniových rozvodnic byly vytvořeny polygony pomocí nástrojeConsturct Feature v nástrojové liště Georeferencing. Pomocí standartních funkcí ArcGIS(Calculate Geometry ) byly vypočítány plochy celého povodí Bílý Potok a dílčích povodíČerné Smědé a Bílé Smědé. Plochy (polygony) jednotlivých povodí byly rozděleny napravý a levý svah podle údolnic, takže byly vypočítány i plochy jednotlivých svahů.Druhým způsobem vykreslení bylo automatické vykreslení povodí pomocí nástrojůHydrology. Prvním krokem bylo vytvoření rastru směru odtoku funkcí Flow Directionz DEM, a podle směru odtoku byly identifikovány bezodtoké oblasti funkcí Sink. Prosprávné vyplnění bezodtokých oblastí byl zjištěn z limit, neboli hloubka vyplnění. Z limitbyl zjištěn postupným použitím funkcí – Flow Direction, Sink, Watershad, Zonal Statistic,Zonal Fill a Minus. Bezodtoké oblasti byly vyplněny pomocí funkce Fill se zadaným z limit2m a vznikl tak nový DEM používaný pro následné analýzy.Dále byl vytvořen rastr směru odtoku z nového DEM funkcí Flow Direction, z nějrastr akumulace odtoku funkcí Flow Accumulation. Uzávěrový profil povodí bylidentifikován funkcí Snap Pour Point, kde vstupními vrstvami byl rastr akumulace odtoku,vrstva znázorňující uzávěrový profil povodí a parametr určující vzdálenost pro hledáníbuňky s nejvyšší akumulací odtoku, která bude považována za uzávěrový profil povodí.Konečné vykreslení povodí bylo provedeno funkcí Watershed z rastru směru odtoku(Flow Direction) a rastru uzávěrového profilu (Snap Pour Point). Funkce Watershed bylapoužita i pro vykreslení dílčích povodí Bílé a Černé Smědé. Dílčí povodí byla vykreslenak uzávěrovým profilům Bílá Smědá a Černá Smědá. Uzávěrové pfofily bylo opět potřebaidentifikovat pomocí funkce Snap Pour Point. Výsledné rastry povodí byly převedeny napolygony pomocí funkce Raster to Polygon (Conversion Tools – From Raster).Plochy povodí vzniklé z ručního a automatického vykreslení byly následněporovnány.3.2.1.3. Charakteristiky vodního tokuNejprve byly pomocí standartních funkcí ArcGIS (Calculate Geometry) zjištěnydélky hlavních vodních toků a údolnic, celkové délky vodních toků pro celé povodí BílýPotok a pro dílčí povodí Černé Smědé a Bílé Smědé.Dále byl vodní tok identifikován, tedy byl vytvořen rastr vodního toku pomocí funkceCon (Spatial Analyst – Condition). Vstupem byl rastr akumulace odtoku (Flow36

MetodikaAccumulation), pro který byla zadána prahová hodnota 100 (pro rozlišení rastru 20x20 m).Výsledný rastr vodního toku byl tvořen buňkami s hodnotou 1, které tvořily vodní síť abuňkami s hodnotou 0, které netvořily vodní síť.Rastr vodního toku byl také vytvořen druhým způsobem – převodem liniové vrstvyvodního toku ze ZABAGED na rastr pomocí funkce Polyline to Raster (Conversion Tools).Dále byl rastr vodního toku zvektorizován pomocí funkce Stream to Feature. Vektorizacebyla provedena i druhým způsobem pomocí funkce Raster to Polyline (Conversion Tools).Dále byl rastr vodního toku využit funkcí Stream Link, která rozdělila vodní tok nasegmenty a funkcí Stream Order, která určila pořadí vodního toku. Pro zjištění pořadí bylyvyužity obě dvě metody – Strahler a Shreve.3.2.1.4. Charakteristiky terénuCharakteristiky terénu byly určovány z neupraveného DEM s nevyplněnýmibezodtokými oblastmi. Byl zjištěn sklon, orientace ke světovým stranám, průměrnánadmořská výška povodí, průměrný sklon svahů. Sklon byl vytvořen funkcí Slope z DEMv procentech, z faktor =1. Orientace ke světovým stranám byla určena pomocí funkceAspect z DEM. Průměrná nadmořská výška byla zjištěna pomocí funkce Zonal Statistic asTable. Vstupními vrstvami byly polygon vymezující plochu povodí a DEM, ze kterého bylavýška vypočítána. Stejnou funkcí byly zjištěny i průměrné sklony svahů, kde vstupnímivrstvami byly polygony vymezující pravý a levý svah povodí a rastr sklonů, ze kterého bylyvýšky vypočítány.3.2.2. ArcGIS - ArcHydro3.2.2.1. Vykreslení povodíPro vykreslení povodí Bílý Potok byl jako základní zdroj dat využit DEM. ArcHydroneumožňuje vytvoření DEM, takže byl využit DEM vytvořený interpolační metodou Topoto Raster ve SpatialAnalyst. V DEM byly vyplněny bezodtoké oblastí pomocí funkce Fillsinks (Terrain Processing – DEM Manipulation). Dále byly provedeny všechny kroky nutnék vykreslení povodí od určení směru odtoku po konečné vykreslení povodí.Nejprve byly provedeny kroky v nástrojích Terrain processing - směr odtoku (FlowDirection) z upraveného DEM, akumulace odtoku (Flow Accumulation) ze směru odtoku,identifikace vodního toku (Stream Definition) z akumulace odtoku zadáním prahovéhodnoty 100 (pro rastr 10x10m), segmentace vodního toku (Stream Segmentation) z rastruvodního toku a směru odtoku, určení dílčích odvodňovaných oblastí (Catchment GridDelineation) ze směru odtoku a segmentace toku, vektorizace dílčích odvodňovanýchoblastí (Catchment Polygon Processing) z rastru dílčích odvodňovaných oblastí,vektorizace vodního toku (Drainage Line Processing) ze směru odtoku a segmentacevodního toku, spojení polygonů dílčích odvodňovaných oblastí (Adjoint CatchmentProcessing) z linie vodního toku a polygonů dílčích odvodňovaných oblastí. Všechnypoužité funkce jsou v nástrojích Terrain Processing seřazeny chronologicky za sebou.37

MetodikaPoté byl identifikován uzávěrový profil povodí Bílý Potok (Batch Point) pomocífunkce Batch Point Generation (parametry Batch Done = 0, Snap on = 1) a tím vzniklanová bodová vrstva znázorňující uzávěrový profil. Poté bylo možné využít poslední funkciBatch Watershed Delineation pro konečné vykreslení povodí, kde vstupními daty bylyvrstvy vytvořené nástroji Terrain Processing – rastr směru odtoku, rastr vodního toku,polygony dílčích odvodňovaných oblastí, polygon spojující dílčí odvodňované oblasti abodová vrstva uzávěrového profilu povodí. Výsledkem byl polygon znázorňující povodíBílý Potok.Na závěr byly vykresleny dílčí povodí Bílé a Černé Smědé pomocí funkce BatchSubwatershed Delineation. Opět bylo nutné vytvořit bodovou vrstvu uzávěrových profilůpomocí Batch Point Generation (parametry Batch Done = 0, Snap on = 1). Vstupní vrstvypro funkci Batch Subwatershed Delineation byly rastr směru odtoku (Flow Direction), rastrvodního toku (Stream Definition) a uzávěrové profily (Batch Point Generation). Výslednádílčí povodí byla vykreslena ve formě polygonů.3.2.2.2. Charakteristiky vodního tokuByla vytvořena geometrická síť povodí pomocí funkce Hydro Network Generation(Network Tools), kde vstupními daty byly vektorová vrstva vodních toků (Drainage Line),polygonová vrstva dílčích odvodňovaných oblastí (Catchment) a uzávěrový profily dílčíchodvodňovaných oblastí (Drainage Point), které byly vytvořeny funkcí Drainage PointProcessing (Terrain Processing).3.2.2.3. Charakteristiky terénuPomocí funkce Slope (Terrain Processing) byl Z DEM vytvořen rastr sklonůvyjádřený v procentech. Protože se povodí nachází v horském terénu s prudkými svahy bylvytvořen rastr sklonu svahů vyšších než 30% funkcí Slope Greater than 30 a rastr sklonusvahů vyšších než 30% a orientovaných na sever funkcí Slope Greater than 30 and facingNorth.Dále byla využita funkce Flow Path Parametres for 2D Line (Watershed Processing)pro určení délkových a výškových charakteristik 2D linie. Vstupními daty byla liniovávrstva nejdelšího odtoku v povodí vytvořená funkcí Longest Flow Path (Terrain Processing)a DEM.Výškové charakteristiky jako maximální a minimální nadmořská výškavyšetřovaného povodí Bílý Potok byly zjištěny funkcí Drainage Area Charakterization(Terrain Morphology). Výškové charakteristiky (max. a min. nadm. výška) rozvodnice bylyzjištěny funkcí Drainage Boundary Charakterization (Terrain Morphology). Pro obě funkcebyly vstupními daty vrstva plochy povodí (Watershed) a DEM.38

Výsledky4. VÝSLEDKYDEM vytvořený z vrstevnic ZABAGED a dokreslených vrstevnic v okolí hory Smrkje v příloze č. 1.Celková rozloha povodí Bílý Potok podle ručně vykreslené rozvodnice bez oblastiv Polsku je 26,413 km 2 , s oblastí v Polsku je 26,523 km 2 . Zjištěné charakteristiky povodíz ručně vykreslených rozvodnic jsou v Tab. 1 a Tab. 2. Mapa povodí Bílý Potoks vyznačenými dílčími povodími je v příloze č.1.Tab. 1 Délka hlavního toku, délka vodních toků a délka údolnice pro jednotlivá povodí.název povodídélka hlavního toku délka vodních toků(km)(km)délka údolnice (km)Bílý Potok 8,149 76,076 8,203Bílá Smědá 3,236 10,398 3,282Černá Smědá 2,458 15,928 2,680Tab. 2 Plocha levého svahu, plocha pravého svahu a plocha povodí pro jednotlivá povodí.plocha levý svah plocha pravý svah plocha povodínázev povodí(km 2 )(km 2 )(km 2 )Bílý Potok 10,029 16,494 26,523Bílá Smědá 2,152 1,554 3,706Černá Smědá 3,553 1,045 4,598Při vykreslování povodí byla nalezena problematická oblast (Obr. 20). Ručněvykreslená rozvodnice není vykreslena kolmo na vrstevnice, aby nepřekřížila vodní tok. NaObr. 20 je také znázorněno odlišné vykreslení rozvodnice – zelená vykreslená podlevrstevnic ZABAGED nepřesahuje hranice ČR, červená vykreslená podle doplněnýchvrstevnic přesahuje hranice ČR.39

VýsledkyObr.20 Rozdílné ruční vykreslení povodí pomocí doplnění chybějících vrstevnic za hranicemi ČRv okolí Smrku (zelená – ruční vykreslení v ZABAGED, červená – ruční vykreslení podledokreslených vrstevnic).V problematické oblasti kolem Smrku bylo povodí automaticky vykresleno pomocífunkce Watershed ve Spatial Analyst i pomocí funkce Batch Watershed Delineationv ArcHydro kolmo na vrstevnice. Automatické vykreslení povodí pomocí Spatial Analystnepoužívá vodní tok (viz Obr.21). Automatické vykreslení v ArcHydro používá vodní tok,ale přesto bylo povodí vykresleno stejně jako ve Spatial Analyst, protože rastr vodního tokunebylo možné vygenerovat souhlasně se skutečným vodním tokem.Obr. 21 Porovnání automatického (modré) a ručního (červené) vykreslení povodí v problémovéoblasti v okolí Smrku. Automatické vykreslení bylo provedeno ve Spatial Analyst v rastrovémrozlišení 10m.40

VýsledkyAutomatické vykreslení povodí bylo provedeno ve Spatial Analyst pro různé rozlišenívstupního rastru – 40, 20, 10 a 5m. Výsledná vykreslení se výrazně nelišila, nejvyššíchrozdílů bylo dosaženo v problematické oblasti v okolí Smrku viz Obr. 22. Porovnánívýsledných ploch povodí je uvedeno v Tab. 3.Obr. 22 Porovnání automatického vykreslení povodí funkcí Watershed ve Spatial Analyst pro různározlišení rastru – zelená (20m), modrá (40m), žlutá (10m), černá (5m), červená (ručně vykreslenározvodnice).Tab. 3 Plocha povodí Bílý Potok vykreslena automaticky funkcí Watershed ve Spatial Analyst afunkcí Batch Watershed Delineation v ArcHydro podle různého rozlišení vstupního rastru.rozlišení (m)plocha – polygon(km 2 ) – SpatialAnalystplocha – rastr (km 2 )– Spatial Analystplocha – polygon(km 2 ) - ArcHydro40x40 26,009 26,021 26,02120x20 25,957 25,95410x10 26,071 26,070 26,0685x5 26,091 26,091Při vykreslování povodí byly určeny směry odtoku viz příloha č.1 a byla zjištěnaakumulace odtoku viz příloha č.1. Tyto analýza byly vyřešeny stejně ve Spatial Analyst iArcHydro.Při automatickém vykreslování ve Spatial Analyst nastal problém při vytvoření „PourPoint“ – bod s nejvyšší akumulací vody reprezentující uzávěrový profil v určenévzdálenosti od profilu, ke kterému má být vykresleno povodí. Určování vzdálenosti seukázalo jako nevhodné viz Obr. 23. Bílé buňky představují rastr akumulace odtoku, žlutábuňka je nevhodně umístěný Pour Point ve vzdálenosti 20 m od uzávěrového profilu(zelený bod), červená buňka je vhodně umístěný Pour Point, pro který nebyla zadánavzdálenost (hodnota =0). Uzávěrový profil, podle kterého je červený Pour Point vytvořen,41

Výsledkybyl přesunut přímo do akumulované buňky. Ke žlutému Pour Point se nevykreslilo povodí,ale k červenému ano.Obr. 23 Identifikace uzávěrového profilu pro správné vykreslení povodí ve Spatial Analyst.ArcHydro identifikuje uzávěrový profil pomocí funkce Batch Point Generation azadává se, zda má být přichycen k nejbližšímu vodnímu toku a zda má být k němuvykresleno povodí. S tímto krokem nenastaly v ArcHydro problémy.Identifikace vodního toku v rastrovém formátu pomocí funkce SetNull nebo Con veSpatial Analyst bylo možné provést pouze z rastru akumulace vody v rozlišení 20 m a 40 m.Při větším rozlišení nebylo možné vytvořit rastr akumulace odtoku ve formátu INTEGER.Ve větším rozlišení byl rastr vodního toku vytvořen převodem linií na rastr (ConversionTools – Polyline to Raster). Porovnání vodního toku ze ZABAGED a vytvořeného rastruvodního toku pomocí různých metod je znázorněno na obrázcích 24 Kde jsou znázorněny a)linie vodních toků ze ZABAGED, b) rastr vodních toků vytvořený převodem linie, c) rastrvodních toků vygenerovaný z akumulace odtoku při prahové hodnotě 100, c) rastr vodníchtoků vygenerovaný z akumulace odtoku při prahové hodnotě 30. Obrázky byly vytvořenyv rozlišení 20 m pomocí Spatial Analyst.42

VýsledkyabcdObr. 24 Porovnání zadaného a vytvořeného vodního tokuV ArcHydro byl vytvořen rastr vodního toku bez problémů pomocí funkce StreamDelineation pro jakékoli rozlišení vstupního rastru.Dále byly zjištěny charakteristiky terénu (výškové a sklonové) pro povodí Bílý Potok,Bílá Smědá a Černá Smědá viz Tab. 4 a Tab. 5 pomocí Spatial Analyst –Zonal Statistics asTable.43

VýsledkyTab.4 Maximální, minimální a průměrná výška povodí zjištěné ve Spatial Analyst.název povodímax. nadmořská min. nadmořská průměrná nadm.výška (m n.m.) výška (m n.m.) výška (m n.m.)Bílý Potok 1123,83 398,56 815,79Bílá Smědá 1104,17 814,62 995,41Černá Smědá 1084,40 818,90 902,43V ArcHydro byly výškové charakteristiky pro Bílý Potok zjištěny pomocí funkceDrainage Area Charakterization : max. nadm.výška = 1123,9 m n.m., min. nadm. výška =399,78 m n.m.Tab.5 Maximální, minimální a průměrný sklon povodí zjištěné ve Spatial Analyst..název povodí max. sklon (%) min. sklon(%) průměrný sklon (%)Bílý Potok/levý svah 109,71 0,01 22,57Bílý Potok/pravý svah 118,96 0,03 23,33Bílá Smědá/levý svah 83,45 0,06 11,19Bílá Smědá/pravý svah 75,08 0,01 16,04Černá Smědá/levý svah 59,76 0,07 11,49Černá Smědá/pravý svah 47,02 0,03 8,69Mapa sklonů povodí Bílý Potok je v příloze č.1.V ArcHydro pomocí funkce Drainage Boundary Charakterization byly zjištěnynásledující charakteristiky rozvodnice: délka = 31 km, min. nadm. výška = 400,00 m n.m.,max, nadm. výška = 1123,89 m n.m. Tato funkce umožnila vytvoření linie – rozvodnice.V ArcHydro pomocí funkce Flow Path Parametrs for 2D Line byly zjištěny pro liniipředstavující nejdelší odtok v povodí viz Obr. 25 následující délkové a výškovécharakteristiky: délka = 10,28 km, délka v mílích = 6,39, sklon ve stopách = 355,82, sklonve stopách na míli mezi body (viz Obr. 25) = 372,14, poměr sklonů mezi uzávěrovýmprofilem a koncem linie = 0,067, poměr sklonů pro vyznačené body = 0,071, max výškakoncového bodu linie = 1092,86 m n.m., výška uzávěrového profilu = 399,86 m n.m.,výška bodu ve vzdálenosti 10% od profilu = 427,14m n.m., výška bodu ve vzdálenosti 85%od profilu = 970,73 m n.m.44

VýsledkyObr. 25 Nejdelší dráha odtoku a body vzdálené 10% a 85% od uzávěrového profilu povodí–ArcHydro.Výsledky o rozlohách a nadmořských výškách byly porovnány s údaji v evidenčnímlistu hlásného profilu ČHMÚ Bílý Potok (viz příloha č. 2). Výsledky se shodovaly.Na závěr byly pro oblast povodí zjištěny pedologické a geologické poměry (vizpříloha č. 3).Při terénním průzkumu povodí byly pořízeny dokumentační fotografie povodí ajednotlivých uzávěrových profilů (viz příloha č. 4).45

Diskuze5. DISKUZEDEM byl vytvořen pomocí interpolační metody Topo To Raster ve Spatial Analyst,která umožňuje vytvořit hydrologicky korektní model terénu, protože zahrnuje procesodstraňování bezodtokých oblastí. Vzniklý DEM by neměl bezodtoké oblasti obsahovat.Přesto byla použita funkce Sink ve Spatial Analyst pro nalezení bezodtokých oblastí, abyověřila správnost DEM. Byly nalezeny pouze dvě oblasti s malými bezodtokými oblastmi –u uzávěrového profilu Bílý Potok a na horním toku Bílé Smědé. Bylo zjištěno, že pokud setyto oblasti nevyplní, nastávají problémy při vytváření rastru akumulace odtoku. Proto bylybezodtoké oblasti vyplněny funkcí Fill ve Spatial Analyst a Funkcí Fill sinks v ArcHydropři zadaném z limitu 2m.Pro vytvoření DEM a provedení správných analýz byly dokresleny chybějícívrstevnice u hory Smrk za hranicemi ČR. Nakonec se ukázalo, že při automatickémvykreslování povodí není dokreslená část potřeba, protože Spatial Analyst i ArcHydro tutočást nevyhodnotily jako součást povodí. Pro správné posouzení této problematické části bybylo nejvhodnější danou oblast prozkoumat přímo v terénu, zda zde např. nabyly provedenymeliorační úpravy. Nicméně bylo zjištěno, že na ostatní analýzy tato dokreslená část nemávýznamný vliv.Při použití Spatial Analyst byly zjištěny problémy při identifikaci uzávěrovéhoprofilu pomocí funkce Snap Pour Point, která je důležitou vstupní vrstvou pro konečnévykreslení povodí. Pro správné nalezení bodu s nejvyšší akumulací odtoku (Pour Point)bylo potřeba přesunout uzávěrový profil nebo si vytvořit pomocný bod přímo v místě buňkys nejvyšší akumulací odtoku. Až poté bylo možné použít funkci Snap Pour Point a zadatnulovou vzdálenost pro hledání bodu s nejvyšší akumulací odtoku. Pour Point nebylvyhledán standartním postupem se zadáváním vzdálenosti, ale ukázalo se, že je to postuppřinášející nejlepší výsledky při vykreslení povodí ve Spatial Analyst. Při zadávánívzdáleností od skutečného uzávěrového profilu bylo problematické určit vhodnouvzdálenost, aby byl nalezen bod s nejvyšší akumulací odtoku. V ArcHydro se nehledá bods nejvyšší akumulací odtoku, ale vykresluje se uzávěrový profil na místo jeho skutečnépolohy. Pro uzávěrový profil se zadává zda bude přichycen na nejbližší vodní tok a zdak němu bude vykresleno povodí. V ArcHydro nenastaly problémy při konečnémvykreslování povodí po zadání tohoto bodu.Další problém nastal při vytváření rastru vodních toků ve Spatial Analyst, který bylvygenerován na základě akumulace odtoku. Bylo zjištěno, že při rozlišení rastru větším než20 m nebyl rastr akumulace odtoku v požadovaném formátu integer. Protože funkce Con aSetNull pro generalizaci vodních toků vyžadoval tento formát, nebylo možné rastr vodníchtoků vytvořit v rozlišeních 5 a 10 m. V ArcHydro nenastaly problémy při generalizaci rastruvodního toku v jakémkoli rozlišení.Více problémů přinášelo vykreslení povodí ve Spatial Analyst. Sada nástrojůHydrology obsahuje nástroje seřazené abecedně za sebou, takže uživatel musí nejprve46

Diskuzevšechny nápovědy k nástrojům detailně prozkoumat, než začne pracovat. Oproti tomuArcHydro má nástroje seřazeny podle pořadí používání, takže uživatele navede kesprávnému postupu. Přesto konečné výsledky analýz pro vyšetřované povodí se výrazněnelišily.Výsledná rozloha povodí byla zjištěny přibližně jako 26,1 km 2 . Tato rozloha jeshodná s rozlohou uvedenou v evidenčním listu ČHMU hlásného profilu Bílý Potok. Povodídosahuje maximální nadmořské výšky 1124 m n.m., kterou představuje nejvyšší horaJizerských hor Smrk. Minimální nadmořská výška, tedy výška uzávěrového profilu BílýPotok je 399 m n.m.. Tato hodnota se opět shoduje s hodnotou uvedenou v evidenčním listuČHMÚ. Průměrná nadmořská výška povodí j 815m n.m.a průměrné sklony svahů povodípřibližně 23%, což dokazuje, že se povodí nachází v horském terénu.47

Závěr6. ZÁVĚRHlavní problematikou, kterou se tato práce zabývala bylo vykreslení povodí astanovení charakteristik povodí pomocí nástrojů softwaru ArcGIS. Vykreslení povodí byloprovedeno dvěma způsoby – ruční a automatické, s tím že automatické vykreslení je možnéprovést také dvěma způsoby pomocí dvou extenzí – Spatial Analyst s nástroji Hydrology aextenzí ArcHydro. Nejpracnější variantou se ukázalo ruční vykreslení rozvodnice, které aledobře sloužilo jako kontrola pro vykreslení automatické. Konečné výsledky rozlohyvyšetřovaného povodí se výrazně nelišily při použití dvou různých extenzí Spatial Analyst aArcHydro. ArcHydro vyžadovalo provedení více kroků k vykreslení povodí než SpatialAnalyst. Přesto bylo ArcHydro uživatelsky příjemnější, protože jeho funkce jsou seřazenypodle postupu jejich užívání a ne abecedně podle názvů jako ve Spatial Analyst.V ArcHydro nenastaly problémy při generalizaci vodní sítě ani při identifikaci uzávěrovéhoprofilu oproti Spatial Analyst.ArcHydro je speciální extenzí pro hydrologické analýzy a hydrologické modelování,proto obsahuje mnohem více hydrologicky orientovaných nástrojů oproti Spatial Analyst. Jeale složitější extenzí pracující na základě geodatabáze propojené někalika druhy ID(identifikačních čísel) – např. HydroID, HydroCode.Analýzy byly provedeny na povodí Bílý Potok a jeho dvou dílčích povodí Bílá Smědáa Černá Smědá v Jizerských horách v severních Čechách. Povodí Bílý Potok je povodímřeky Smědé na jejím horním toku s uzávěrovým profilem v obci Bílý Potok. Výslednávypočítaná rozloha povodí Bílý potok a jeho hydrologické charakteristiky pomocí nástrojůGIS jsou shodné s údaji uvedenými v evidenčním listu hlásného profilu ČHMÚ Bílý Potok.Tato shoda dokazuje vhodnost využití použitých extenzí softwaru ArcGIS pro zjišťováníhydrologických charakteristik povodí.48

Použitá literaturaPOUŽITÁ LITERATURAARCDATA, 2007: Co je GIS. ARCDATA Praha, online: http://www.arcdata.cz/oborovareseni/co-je-gis/,citováno 2.3.2009.ARCGIS, 2006: Nápověda v nástrojích Spatial Analyst programu ArcGIS. ESRI.ARCHYDRO, 2006 : Nápověda v nástrojích ArcHydro programu ArcGIS.ESRI.BARTÁK V., 2008: Algoritmy pro zpracování digitálních modelů terénu s aplikacemiv hydrologickém modelování. Diplomová práce. FŽP, ČZU v Praze.ČEJP J., DRÁB A., 2004: 2D matematické modelování proudění vody v záplavovém územíběhem zvláštní povodně. In Sborník příspěvků ze 4. vodohospodářské konference 2004s mezinárodní účastí, Ústav vodních staveb FAST VUT, AN CERM, s.r.o., Brno, p. 72-79, ISBN 80-7204-360-9.DAŇHELKA J., 2007: Operativní hydrologie: Hydrologické modely a nejistota předpovědí.ČHMÚ, p. 104, ISBN 978-80-86690-48-3.DAŇHELKA J., KREJČÍ J., ŠÁLEK M., ŠERCL P., ZEZULÁK J., 2003: Posouzenívhodnosti aplikace srážko-odtokových modelů s ohledem na simulaci povodňovýchstavů pro lokality na území ČR. Česká zemědělská univerzita v Praze, Českýhydrometeorologický ústav, Praha, p. 220, ISBN 80-213-1003-0, ISBN 80-86690-03-2.DAVIS K., FURNANS J., MAIDMENT D., SAMUELS V., SCHNEIDER K., 2002:Hydrography. In Maidment D.R. [ed.] Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI, p.203, ISBN 1-58948-034-1.DUCHAN D., 2006: Užití MODFLOW pro výpočty proudění podzemní vody v prostředíArcGIS. In Extrémní hydrologické jevy v povodích, sborník příspěvků z workshopuAdolfa Patery 2006, ČVTVHS, ČVUT Praha, p. 219 – 228, ISBN 80-01-03603-0.ESRI, 2007: ArcGIS Desktop. Tools for Authoring, Editing, and Analyzing GeographicInformation. ESRI, online:http://www.esri.com/library/brochures/pdfs/arcgisextbro.pdf, citováno 11.3.2009.ESRI, 2009: Groundwater Data Model. ESRI, online:http://support.esri.com/index.cfm?fa=downloads.dataModels.filteredGateway&dmid=37, citováno 20.4.2009HRÁDEK F., KUŘÍK P., 2008: Hydrologie. Skripta. ČZU Praha, p. 272, ISBN 978-80-213-1744-4.JEDLIČKA K., MENTLÍK, P., 2002: Hydrologická analýza a výpočet základníchmorfometrických charakteristik povodí s využitím GIS. In Geoinformatika : sborník zXX. sjezdu ČGS, Ústí nad Labem : UJEP, 2002, p.46-58.JEDLIČKA J., ŠTYCH P., 2007: Hydrologické modelování v programu ArcGIS. CITTPraha Akademie kosmických technologií oblast Galileo, GMES, p. 62.JENÍČEK M., KOCUM J., JELÍNEK J., 2008 : Monitoring sněhové pokrývky na povodíRokytky v letech 2007 a 2008. In Extrémní hydrologické jevy v povodích, sborníkpříspěvků z workshopu Adolfa Patery 2008, ČVTVHS, ČVUT Praha, p. 227-236, ISBN978-80-02-02-113-1.JENÍČEK M., NĚMEČKOVÁ S., 2007: Využití GIS v hydrologických ahydrodynamických modelech. In Extrémní hydrologické jevy v povodích, sborníkpříspěvků z workshopu Adolfa Patery 2007, ČVTVHS, ČVUT Praha, p. 89-98, ISBN978-80-01-03960 -1.JULÍNEK T., 2004: Využití nástrojů GIS pro vyhodnocení náhlého zhoršení jakosti vody vtoku. In Sborník příspěvků ze 4. vodohospodářské konference 2004 s mezinárodníúčastí, Ústav vodních staveb FAST VUT, AN CERM, s.r.o., Brno, p. 213-219, ISBN80-7204-360-9.KOVÁŘ P., 1990: Využití hydrologických modelů pro určování maximálních průtoků namalých povodích. Vysoká škola zemědělská Praha, Praha, p. 140, ISBN 80-213-0088-4.KOPP J., 2005: Hydrografická analýza povodí s využitím GIS. In Hydrologické dni 2005.SHMÚ, Slovenský výbor pro hydrologii, Bratislava, p. 982, ISBN 80-88907-53-5.49

Použitá literaturaKRÁSA J., DAVID V., a kol., 2006: Geografické informační systémy jako podkladrozhodovacího procesu, zejména pro úkoly krajinného inženýrství. Fakulta stavebníČVUT v Praze, Praha, p. 85, online:http://storm.fsv.cvut.cz/on_line/gisz/Kurz_GIS_skriptum.pdf, citováno 11.3. 2009.KULASOVÁ B., ŠERCL P., BOHÁČ M., 2004: Verifikace metod odvozeníhydrologických podkladů pro posuzování bezpečnosti vodních děl za povodní.Závěrečná práce. ČHMU, Praha, p.128.MAIDMENT D. R., MERWADE V., WHITEAKER T., BLONGEWICZ M., ARCTUR D.,2002: Time series. In Maidment D.R. [ed.] Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI,p. 203, ISBN 1-58948-034-1.MAŠKOVÁ A., 2008: Možnosti hydrologického modelování v Idrisi na příkladu povodíRusavy. Bakalářská práce. FŽP, ČZU v Praze.NETELER M., 2003: GRASS - Hanbuch. GIS GRASS. Praktická rukověť kegeografickému informačnímu systému GRASS. Překlad Čepický J., Landová J., LandaM., 2005, p. 269, online:http://gama.fsv.cvut.cz/data/grasswikicz/grass_prirucka/grass_prirucka_0.4.pdf.NOMAN N., NELSON J., 2002: River channels. In Maidment D.R. [ed.] Arc Hydro: GISfor Water Resources. ESRI, p. 203, ISBN 1-58948-034-1.OLIVERA F., FURNANS J., MAIDMENT D., DJOKIC D., YE Z., 2002a: Drainagesystems. In Maidment D.R. [ed.] Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI, p. 203,ISBN 1-58948-034-1.OLIVERA F., MAIDMENT D., HONEYCUTT D. 2002b: Hydro networks. In MaidmentD.R. [ed.] Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI, p. 203, ISBN 1-58948-034-1.PECHANEC V., 2006: Nástroje podpory rozhodování v GIS. Univerzita Palackéhov Olomouci, Olomouc, p. 104, ISBN 80-244-1553-4.RAPANT P., 2002: Úvod do geografických informačních systémů, Skripta PGS. Vysokáškola báňská-Technická univerzita Ostrava, online: http://gis.vsb.cz/publikace/ugis,citováno 11.3.2009.RAPANT P., 2006: Geoinformatika a geoinformační technologie. Institut geoinformatiky,Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava, p. 516.SOVINA J., ŘIHOŠKOVÁ M., ŠULAN F., 2008: Matematické modelování transportusedimentů za podpory georafických informačních systémů. In Extrémní hydrologickéjevy v povodích, sborník příspěvků z workshopu Adolfa Patery 2008, ČVTVHS, ČVUTPraha, p. 153 - 162, ISBN 978-80-02-02-113-1.SUI, D.Z., MAGGIO, R.C., 1999 : Integrating GIS with hydrological modeling: practices,problems, and prospects - Computers, Environment and Urban Systems 23: 33-51.ŠERCL P., 2008: Hodnocení metod odhadu plošných srážek. – Meteorologické zprávy 2:33-43.TOLASZ R., VALERIÁNOVÁ A., MÍKOVÁ T., STŘÍŽ M., VOŽENÍLEK V., 2007: Atlaspodnebí Česka byl pokřtěn 21.3.2007. – ARCREVUE 2: 3-5.50

PřílohyPŘÍLOHYSeznam přílohPříloha č. 1 Mapové výstupy z ArcGISPříloha č. 2 Kopie evidenčního listu hlásného profilu Bílý PotokPříloha č. 3 Pedologické a geologické poměryPříloha č. 4 Fotodokumentace51

PřílohyPříloha č. 1 Mapové výstupy z ArcGISObr. P1 Digitální model terénu na území povodí Bílý Potok vytvořený interpolační metodou Topo toRaster (Spatial Analyst) z vrstevnic v ZABAGED a upravený funkcí Hillshade (Spatial Analyst).52

PřílohyObr. P2 Názorné zobrazení povodí Bílý Potok a jeho dílčích povodí Bílá a Černá Smědá a jejichúdolnic.53

PřílohyObr. P3 Směry odtoku na povodí Bílý Potok vytvořené pomocí funkce Flow Directon v extenziArcHydro z digitálního modelu terénu.54

PřílohyObr. P4 Akumulace odtoku na povodí Bílý Potok vytvořená pomocí funkce Flow Accumulationv extenzi ArcHydro.55

PřílohyObr. P5 Procentuální vyjádření sklonů na povodí Bílý potok pomocí funkce Slope v etenzi SpatialAnalyst z digitálního modelu terénu.56

PřílohyPříloha č. 2 Kopie evidenčního listu hlásného profilu Bílý Potok57

PřílohyPříloha č. 3 Pedologické a geologické poměryObr. P6 Pedologické poměry (zdroj : http://geoportal.cenia.cz).58

PřílohyObr. P7 Geologické poměry (zdroj : http://www.geology.cz).59

PřílohyPříloha č. 4 FotodokumentaceObr. P8 Celkový pohled ze západu na povodí Bílý Potok od obce Hejnice.Obr. P9 Uzávěrový profil Bílý Potok.60

PřílohyObr. P10 Uzávěrový profil Černá Smědá.Obr. P11 Uzávěrový profil Bílá Smědá.61

PřílohyObr. P12 Přehrážka nad uzávěrovým profilem Bílá Smědá.Obr. P13 Soutok Černé (vlevo) a Bílé Smědé (vpravo).62