The contribution of remote sensing in hydraulics and hydrology, analysis and evaluation of digital terrain model for flood risk mapping

• Autorzy: Bouzahar F. , Ouerdachi L. , Keblouti M. , Seddiki A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/jwld-2018-0055

Warianty tytułu

PL

Wkład teledetekcji do hydrauliki i hydrologii, analiza i ocena numerycznego modelu terenu do mapowania ryzyka powodzi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study of flood risk involves the knowledge of the spatial variability in the characteristics of the vegetation cover, terrain, climate and changes induced by the intervention of humans in watersheds. The increased needs of the actors in land management mean that static maps no longer meet the requirements of scientists and decision-makers. Access is needed to the data, methods and tools to produce complex maps in response to the different stages of risk evaluation and response. The availability of very high spatial resolution remote sensing data (VHSR) and digital terrain model (DTM) make it possible to detect objects close to human size and, therefore, is of interest for studying anthropogenic activities. The development of new methods and knowledge using detailed spatial data, coupled with the use of GIS, naturally becomes beneficial to the risks analysis. Indeed, the extraction of information from specific processes, such as vegetation indices, can be used as variables such as water heights, flow velocities, flow rates and submersion to predict the potential consequences of a flood. The functionalities of GIS for cartographic overlay and multi-criteria spatial analysis make it possible to identify the flood zones according to the level of risk from the flood, thus making it a useful decision-making tool. This study was carried out on the territory of watersheds in the Annaba region, East of Algeria. The choice was guided by the availability of data (satellites images, maps, hydrology, etc.) and hydrological specificities (proximity to an urban area). The adopted model is divided into two parts. The first part is to establish a methodology for the preservation of wetland biodiversity and the protection of urban areas against floods. Thanks to the multi-criteria spatial analysis and the functionalities of the GIS, we established a flood risk map for the watershed defined above. The result was satisfactory compared with the field reality. The second part of the model consisted of the integration of cadastral information with the flood risk map obtained in the first part of our research. The primary objective of this mapping is to contribute to the development of flood risk management plans (in the sense of risk reduction). The mapping stage also provides quantitative elements to more accurately assess the vulnerability of a territory.

PL

Badanie ryzyka powodzi wymaga wiedzy o przestrzennej zmienności pokrywy roślinnej, terenu, klimatu i zmian wywołanych interwencją człowieka w zlewniach. Zwiększone potrzeby uczestników zrządzania gruntami oznaczają, że statyczne mapy nie spełniają już wymogów stawianych przez naukowców i decydentów. Potrzebny jest dostęp do danych, metod i narzędzi, aby wytworzyć złożone mapy niezbędne na różnych etapach oceny ryzyka. Dostępność teledetekcji o bardzo wysokiej rozdzielczości (VHSR) umożliwia wykrycie obiektów o rozmiarach człowieka i dlatego jest przedmiotem zainteresowania w badaniach aktywności antropogenicznej. Rozwój nowych metod i wiedzy z zastosowaniem szczegółowych danych przestrzennych w powiązaniu z GIS przynosi korzyści w analizie ryzyka. Istotnie, pozyskiwanie informacji (np. wskaźniki roślinne) o specyficznych procesach może być wykorzystane, podobnie jak inne zmienne, np. wysokość wody, prędkość przepływu, natężenie przepływu czy zasięg zalewu, do przewidywania potencjalnych skutków powodzi. Możliwość nakładania danych w GIS i wielokryterialna analiza przestrzenna umożliwia zidentyfikowanie stref powodziowych według poziomu zagrożenia, czyniąc ją użytecznym narzędziem w podejmowaniu decyzji. Przedstawione badania prowadzono w zlewniach regionu Annaba we wschodniej Algierii. W trakcie wyboru kierowano się dostępnością danych (obrazy satelitarne, mapy, hydrologia etc.) i szczególnymi właściwościami hydrologicznymi (bliskość obszarów miejskich). Przyjęty model podzielono na dwie części. Pierwsza faza polegała na ustaleniu metodologii ochrony różnorodności biologicznej środowisk podmokłych i ochrony terenów zurbanizowanych przed powodzią. Dzięki wielokryterialnej analizie przestrzennej i możliwościom GIS utworzono mapę ryzyka powodziowego dla tak zdefiniowanej zlewni. W porównaniu z realiami terenowymi wynik okazał się satysfakcjonujący. Druga faza modelu polegała na integracji informacji katastralnych z mapą ryzyka powodzi uzyskaną w pierwszej części badań. Podstawowym celem mapowania było przyczynienie się do rozwoju planów zarządzania ryzykiem powodziowym (ostatecznie: ograniczenia ryzyka). Etap mapowania zapewnił także ilościowe podstawy do dokładniejszej oceny podatności badanego terenu na zalanie.

Słowa kluczowe

EN

Annaba; cadastral information; digital terrain model (DTM); flood risk; GIS; multi-criteria spatial analysis; remote sensing; VHSR

PL

Annaba; dane katastralne; GIS; numeryczny model terenu; ryzyko powodzi; teledetekcja; VHSR; wielokryterialna analiza przestrzenna

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 39
• Strony: 17--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bouzahar F.

• Badji Mokhtar University, Laboratory of Hydraulics and Hydraulic Constructions, P.O. Box 12, 23000 Annaba, Algeria

autor

Ouerdachi L.

• Badji Mokhtar University, Laboratory of Hydraulics and Hydraulic Constructions, P.O. Box 12, 23000 Annaba, Algeria

autor

Keblouti M.

• University Center Abdelhafid Boussouf, Mila, Algeria

autor

Seddiki A.

• National Center for Space Technology, Arzew, Algeria

Bibliografia

• ARNOLD J.G., SRINIVASAN R., MUTTIAH R.S., WILLIAMS J.R. 1998. Large area hydrologic modeling and assessment. Part 1: Model development. Journal of the American Water Resources Association. Vol. 34. Iss. 1 p. 73–89.
• AUZET V. 1987. Erosion (l') des sols par l'eau dans les régions de grande culture : aspects agronomiques [Soil erosion by water in agricultural regions: Agronomic aspects]. Center for Eco-Geographic Studies and Research, Department of the Environment/ Department of Agriculture pp. 60.
• BENSAID A., BARKI M., TALBI O., BENHANIFIA K., MENDAS A. 2007. L’analyse multicritère comme outil d’aide à la décision pour la localisation spatiale des zones à forte pression anthropique : Le cas du département de Naâma en Algérie [Multicriterion analysis as a tool for decision-making for the spatial localization of areas under heavy human pressure : A case study of the Naâma department in Algeria] [online]. Revue Télédétection. Vol. 7. No. 1–4 p. 359–371. [Access 12.12.2017]. Available at: https://www.researchgate.net/publication/242250347_MULTICRITERION_ANALYSIS_AS_A_TOOL_FOR_DECISION-MAKING_FOR_THE_SPATIAL_LOCALIZATION_OF_AREAS_UNDER_HEAVY_HUMAN_PRESSURE_A_CASE_STUDY_OF_THE_NAAMA_DEPARTMENT_IN_ALGRIA
• BONN F., ROCHON G. 1992. Précis de la télédétection. Principe et méthodes [Precise of remote sensing. Principle and methods]. Vol. 1. Québec, Canada. UREF. ISBN 2760506134 pp. 485.
• BOUZAHAR F. 2010. Application of remote sensing to flood control. The city of Annaba. Annaba. Centre National des Techniques Spatiales p. 21–63.
• CHARLEUX-DEMARGNE J. 2001. Qualité des modèles numériques de terrain pour l'hydrologie. Application à la caractérisation du régime de crues des bassins versants [Quality of digital terrain models for hydrology. Application to the characterization of the river basin floods]. PhD thesis. University of Marne La Vallee pp. 275.
• CNES 1999. Satellite imagery, documentation produced by Business Image Group and Spot Image pp. 129.
• DAOUD B.H. 1997. Integration of multicriteria analysis in geographic information systems: development of a MapInfo-Electre prototype. National Center for Space Technology, Arzew (Algeria) pp. 93.
• DESACHY J. 1980. Contribution à l'étude de la texture en télédétection [Contribution to the study of texture in remote sensing]. Thesis of doctorate 3rd cycle. Toulouse. France pp. 213–229.
• ESCADAFAL R. 1992. Studies and theses characterization of the surface of arid soils by field observation and remote sensing.
• GENDREAU N. 1999. La méthode inondabilité. En: Le coût du risque... : l'évaluation des impacts socio-économiques des inondations [The flooding method. In: The cost of risk, the assessment of socio-economic impacts of the floods]. Eds. G. Hubert, B. Ledoux. Paris. ENPC Press p. 123–127.
• HOSTACHE R. 2006. Analyse d’images satellitaires d’inondations pour la caractérisation tridimensionnelle de l’alea et l’aide à la modélisation hydraulique [Satellite image analysis for three-dimensional flood hazard characterisation and hydraulic modelling support]. PhD Thesis. Paris. ENGREF pp. 216 + Annexes.
• HUET P., MARTIN X., PRIME J.-L., FOIN P., LAURAIN C., CANNARD P. 2003. Retour d’expérience des crues de septembre 2002 dans les départements du Gard, de l’Hérault, du Vaucluse, des Bouches-du-Rhône, de l’Ardèche et de la Drôme [Feedback from September 2002 Floods departments of Gard, Hérault, Vaucluse, the Bouches du Rhône, the Ardèche and the Drôme]. Inspection générale de l’environnement, Conseil général du génie rural, des eaux et des forêts, Conseil général des Ponts-et-Chaussées, Inspection générale de l’administration pp. 133.
• KASHID S.S., GHOSH S., MAITY R. 2010. Streamflow prediction using multi-site rainfall obtained from hydroclimatic telecomnection. Journal of Hydrology. Vol. 395. Iss. 3 p. 23–38.
• KEBLOUTI M., OUERDACHI L., BERHAIL S. 2015. The use of weather radar for rainfall runoff modeling, case of Seybouse watershed (Algeria). Arabian Journal of Geosciences. Vol. 8 p. 1–11. DOI 10.1007/s12517-013-1224-7.
• LEGATES D.R., MCCABE G.J. 1999. Evaluating the use of “goodness-of-fit” measures in hydrologic and hydroclimatic model validation. Water Resources Research. Vol. 35. Iss. 1 p. 233–241.
• MARTIN P.H., LEBOEUF E.J., DOBBINS J.P., DANIEL E.B., ABKOWITZ M.D. 2005. Interfacing GIS with water resource models: A state-of-the-art review. Journal of the American Water Resources Association. Vol. 41. Iss. 6 p. 1471–1487.
• MCCUEN R.H., KNIGHT Z., CUTTER A.G. 2006. Evaluation of the Nash–Sutcliffe efficiency index. Journal of Hydrologic Engineering. Vol. 11. Iss. 6 p. 597–602.
• NASH J.E., SUTCLIFFE J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models. P. 1. A discussion of principles. Journal of Hydrology. Vol. 10. Iss. 3 p. 282–290.
• PDAU 2004. Plan for urban development. 1-Introduction of Law 90-29 2-Town Planning Instrument (PDAU-POS).
• PUECH C., BAILLY S. 2003. Risques d'inondation et modélisation hydrologique : pièges de l'assimilation de paramètres issus de données spatiales [Risk of flooding and hydrological modeling: trap of the assimilation of parameters derived from spatial data]. SIRNAT, Journées pour la prévention des risques naturels. Orléans 29–30.01.2003. Article SIRNATJPRN2003.8p.
• RADECKI-PAWLIK A., WAŁĘGA A., WOJKOWSKI J., PIJANOWSKI J. 2014. Runoff formation in terms of changes in land use – Mściwojów water reservoir area. Journal of Water and Land Development. No. 23 p. 3–10. DOI 10.1515/jwld-2014-0024.
• REINELT L.E., VELIKANJE J., BELL E.J. 1991. Development and application of a geographic information-system for wetland watershed analysis. Computers, Environment and Urban Systems. Vol. 15. Iss. 4 p. 239–251.
• ROBIN 2000. Flood risk analysis using SPOT satellite data – Application to flooding. March 1999, Report, ENGEES – ULP Strasbourg – Cemagref. Strasbourg pp. 97.
• SAGHAFIAN B., FARAZJOO H., BOZORGY B., YAZDANDOOST F. 2008. Flood intensification due to changes in land use. Water Resources Management. Vol. 22 p. 1051–1067.
• SCHAEFLI B., GUPTA H.V. 2007. Do Nash values have value? Hydrological Processes. Vol. 21. Iss. 15 p. 2075– 2080. DOI 10.1002/hyp.6825.
• STRAHLER A., STRAHLER A. 1996. Physical geography science and systems of the human environment. New York, NY. John Wiley and Sons. ISBN 0471112992 pp. 637.
• ZOPE P.E., ELDHO T.I., JOTHIPRAKASH V. 2015. Impacts of urbanization on flooding of coastal urban catchment: A case study of Mumbai City, India. Natural Hazards. Vol. 75 p. 887–908.