FlowAnalysis – Ermittlung von Talwegen und Einzugsgebieten

Auf Basis einfacher mathematischer Analysen eines gerasterten digitalen Geländemodells (DGM) sind regionale und überregionale Abflusswege von Wasser über ein Gebiet und daraus sogenannte Flussbäume errechenbar. Diese Flussbäume haben besondere topologische Eigenschaften und verbinden nur Modellstützstellen, die alle in den selben Punkt („Senkenpunkt“) entwässern. Der Rand eines solchen Flussbaumes definiert daher ein Einzugsgebiet.

Konzeptionell erzeugte Flussbäume mit Einzugsgebietsgrenzen (Hintergrund) und reale errechnete Einzugsgebiete im Eiderbereich.

Wird diese mathematische Herangehensweise auf einem invertierten DGM angewendet werden anstelle der Ränder des Einzugsgebietes Talwege in größeren und kleineren Rinnen generiert. Diese können, insbesondere in der zeitlichen Entwicklung betrachtet, wertvolle Rückschlüsse über die morphologische Entwicklung und morphodynamische Prozesse ermöglichen.

Talwege und Einzugsgebietsgrenzen können gestützt durch eine gekachelte Ablagestruktur in einem Datenbanksystem auch für hochaufgelöste DGMs über effektiv unbegrenzt große Gebiet errechnet werden. Hierdurch entstehende sehr große und komplexe Teildatensätze können durch geeignete temporäre Preprocessing-Schritte des zugrundeliegenden DGMs auf wesentliche Aussagen fokussiert werden.

Beispielhafte Talwegssegmente für ein 1m-aufgelöstes DGM im Bereich der Tideeider.

Die so entstehenden Polygonsegmente der Talwege und Einzugsgebietsgrenzen sind, vor allem bei hochaugelösten DGMs von beispielsweise 1m-Rasterweite, zu zahlreich und gegebenenfalls zu klein um manuell solche zu selektieren, die den gesuchten Talweg darstellen. Neben Vorfilterungen über künstliche neuronale Netze wurde deshalb ein variabler und interaktiver Routensuch-Mechanismus entwickelt und implementiert, der es erlaubt iterativ den beispielsweise Talweg der Wahl stark unterstützt nachzuverfolgen und auf einem neuen Layer zu isolieren. Hierbei kommen übliche Algorithmen zur Anwendung, die in gängigen Navigationstools- und Websites etabliert sind.

Übertragung der FlowAnalysis-Ergebnisse auf einen generalisierten Graphen, indem über Routensuche der gewünschte Talweg leicht ermittelt werden kann.

Zur besseren Vergleichbarkeit von beispielsweise Talwegen können diese Polygone anschließend auf Sollachsen, beispielsweise Kilometrierungen, gemappt werden, wodurch auch zwischen stark schwankenden Talwegen über einen langen Zeitraum die Entfernung zur Sollachse und normierte Höhe des Talwegspolyonzugs vergleichbar wird.

Nähere Ausführungen sind im Beitrag der smile consult GmbH auf dem Gismo-Nutzertreffen 2023 (PDF) zu finden.