GIS in Hydrologie und Wasserwirtschaft Bearbeitet von Josef Fürst Neuerscheinung 2004. Taschenbuch. XIV, 336 S. Paperback ISBN 978 3 87907 413 6 Format (B x L): 17 x 24 cm Gewicht: 870 g Weitere Fachgebiete > Geologie, Geographie, Klima, Umwelt > Geodäsie und Geoplanung > Geodäsie, Kartographie, GIS, Fernerkundung schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.
Teil A: Grundlagen...1 1 Einführung in GIS... 3 1.1 Einleitung... 4 1.2 Historische Entwicklung... 4 1.3 Komponenten eines GIS... 6 1.3.1 Die Hardware... 7 1.3.2 Die Software... 8 1.4 Werkzeuge (Funktionen) von GIS... 12 1.5 Fragen und Aufgaben... 13 1.6 Weiterführende Literatur... 13 1.7 Zusammenfassung... 14 2 Raumbezogene Information in Hydrologie und Wasserwirtschaft...15 2.1 Einleitung... 16 2.2 Motivation... 16 2.3 Daten und Information... 16 2.4 Problemstellungen... 20 2.5 Fragen und Aufgaben... 21 2.6 Weiterführende Literatur... 21 2.7 Zusammenfassung... 21 3 Datenmodelle: Formale Abstraktionen der Wirklichkeit... 23 3.1 Einleitung... 24 3.2 Konzeptionelle Modelle zur Beschreibung realer geographischer Phänomene... 25 3.2.1 Entitäten... 25 3.2.2 Kontinuierliche Felder... 26 3.2.3 Entitäten-Modell oder kontinuierliches Feld?... 26 3.2.4 Geographische Datenmodelle und geographische Elementarelemente... 27 3.2.5 Vektor-Datenmodelle von Entitäten... 28 3.2.6 Modelle für kontinuierliche Felder... 29 3.2.7 Raster- oder Vektormodell?... 30 3.3 Datentypen... 32 3.4 Axiome und Prozeduren für die Bearbeitung raumbezogener Daten... 33 3.5 Datenmodelle und räumliche Analyse... 34 3.6 Anwendungsbeispiele für Datenmodelle... 35 3.6.1 Wasserkörper... 35
VIII 3.6.2 Kontinuierliche Felder in hydrologischen Modellen... 35 3.7 Fragen und Aufgaben... 36 3.8 Weiterführende Literatur... 36 3.9 Zusammenfassung: Entitäten oder kontinuierliche Felder?... 37 4 Datenstrukturen für raumbezogene Daten...39 4.1 Einleitung... 40 4.2 Ebenen der Modellbildung... 40 4.3 Codierung der grundlegenden Datenmodelle... 41 4.4 Datenorganisation in Vektor-Datenstrukturen... 42 4.4.1 Punkte... 42 4.4.2 Linien... 43 4.4.3 Netze... 43 4.4.4 Flächen (Polygone)... 44 4.4.5 Kontinuierliche Felder in Dreiecksvermaschung (TIN Triangular Irregular Network)... 48 4.5 Objektorientierte Datenstrukturen... 49 4.5.1 Arc Hydro Ein objektorientiertes Datenmodell für die Wasserwirtschaft... 51 4.6 Datenorganisation in Raster-Datenstrukturen... 53 4.7 Bilder... 57 4.7.1 Speicherung von Bildern... 57 4.7.2 Georeferenzierung von Bildern... 59 4.8 Kompakte Speicherung von Rasterdaten... 60 4.8.1 Speicherung ohne Informationsverlust... 61 4.8.2 Kompression von Rasterdaten mit Informationsverlust... 64 4.9 Speicherung von Vektor- und Rasterdaten in Datenbanken... 65 4.10 Thematik... 67 4.10.1 Begriffe... 67 4.10.2 Thematik in Rastermodellen... 68 4.10.3 Thematik in Vektormodellen... 69 4.10.4 Thematische Hierarchien... 70 4.10.5 Thematische Attribute... 73 4.11 Thematik und topologische Konsistenzbedingungen... 73 4.12 Datenbanken... 74 4.12.1 Normalformen... 75 4.12.2 Relationale Algebra... 77 4.13 Gegenüberstellung von Vektor- und Rasterdatenstrukturen... 78 4.14 Datenaustausch, Normung und Standards... 80
IX 4.15 Fragen und Aufgaben... 80 4.16 Weiterführende Literatur... 81 4.17 Zusammenfassung... 81 5 Koordinatensysteme und Kartenprojektionen... 83 5.1 Einleitung... 84 5.2 Georeferenzierung... 84 5.2.1 Geographische Länge und Breite... 84 5.2.2 Die Gestalt der Erde... 85 5.2.3 Angabe von Höhen... 87 5.2.4 Geodätische Referenzsysteme... 89 5.3 Kartenprojektionen... 90 5.3.1 Eigenschaften der Kartenprojektionen... 90 5.3.2 Klassen der Projektion (Art des Netzbildes)... 91 5.3.3 Lage der Abbildungsfläche (aspect)... 93 5.3.4 Bezeichnung der Projektionen... 94 5.3.5 Auswahl einer geeigneten Kartenprojektion... 95 5.3.6 Beispiele wichtiger Projektionen und Koordinatensysteme... 95 5.3.7 Umrechnung von geographischen Koordinaten in das Gauß-Krüger-System...101 5.3.8 ArcInfo und ArcView-Projektionsparameter für Österreich...102 5.4 Fragen und Aufgaben...103 5.5 Weiterführende Literatur und Software...103 5.6 Zusammenfassung...104 6 Analyse von raumbezogenen Daten...105 6.1 Einleitung...106 6.2 Geometrische Überlagerung (Overlay)...107 6.2.1 Raster-GIS...107 6.2.2 Geometrische Überlagerung (Verschneidung) im Vektor-GIS...107 6.3 Analyse im Attributraum...109 6.3.1 Abfrage...109 6.3.2 Generalisierung...110 6.3.3 Berechnungen...112 6.4 Integrierte Analyse von räumlichen und Attributdaten...112 6.4.1 Auswahl, Klassifikation und Messen...112 6.4.2 Überlagerung (Verschneidung, Overlays)...115 6.4.3 Oberflächenoperationen...119 6.4.4 Zusammenhang (Connectivity)...119 6.5 Raster-GIS-Funktionen...123
X 6.6 Beispiel: Abgrenzung von hydrologisch ähnlichen Gebieten... 124 6.7 Fragen und Aufgaben... 126 6.8 Weiterführende Literatur... 126 6.9 Zusammenfassung... 126 7 Übersicht über GIS-Software und -Produkte... 127 7.1 Einleitung... 128 7.2 GIS-Technologie... 128 7.3 Verfügbarkeit von Geodaten... 131 7.4 Dienstleistungen... 134 7.5 Fragen und Aufgaben... 134 7.6 Weiterführende Literatur... 135 7.7 Zusammenfassung... 135 Teil B: GIS in Hydrologie und Wasserwirtschaft... 137 8 Hydrologische Modelle und GIS... 139 8.1 Einleitung... 140 8.2 Hydrologische Modelle (unabhängig von GIS)... 141 8.2.1 Räumliche Komponenten hydrologischer Modelle... 142 8.2.2 Strömungs- und Transportprozesse in der Hydrologie... 145 8.2.3 Eine Taxonomie hydrologischer Modelle... 145 8.2.4 Euler sche und Lagrange sche Betrachtungsweise der Bewegung... 146 8.2.5 Modellstruktur... 147 8.3 GIS-Unterstützung hydrologischer Modelle die derzeitige Praxis... 148 8.3.1 Hydrologische Abschätzung... 148 8.3.2 Ermittlung hydrologischer Parameter... 149 8.3.3 Hydrologische Modellierung im GIS... 149 8.3.4 Kopplung von GIS und hydrologischen Modellen... 150 8.4 Probleme der Integration von GIS und hydrologischen Modellen... 153 8.4.1 Probleme in den hydrologischen Modellen... 154 8.4.2 Probleme in den GIS... 155 8.5 Daten und Modellstruktur... 156 8.5.1 Daten... 156 8.5.2 Inkompatibilität von GIS-Datenstrukturen mit hydrologischen Modellkonzepten... 159 8.6 Fragen und Aufgaben... 161
XI 8.7 Weiterführende Literatur...162 8.8 Zusammenfassung...162 9 Interpolation von hydrologischen Variablen...163 9.1 Einleitung...164 9.2 Regionalisierung und Interpolation...165 9.3 Prinzip der Interpolation...167 9.3.1 Deterministische und statistische Interpolationsverfahren...168 9.3.2 Globale und lokale Interpolation...169 9.3.3 Wahl der Interpolationsmethode...170 9.4 Deterministische Interpolationsverfahren...174 9.5 Statistische Interpolationsverfahren...182 9.5.1 Räumliche Korrelation...182 9.5.2 Geostatistische Interpolation...184 9.6 Interpolation mit Zusatzinformationen...186 9.6.1 Kriging mit externer Drift (External Drift Kriging)...186 9.6.2 Co-Kriging...189 9.6.3 Berücksichtigung nicht numerischer Zusatzinformationen...189 9.7 Häufige praktische Schwierigkeiten...189 9.7.1 Ungleichmäßige Verteilung der Punkte...189 9.7.2 Spezielle Punktanordnungen (Isolinien, Profile, Raster)...191 9.8 Fragen und Aufgaben...194 9.9 Weiterführende Literatur und Software...194 9.10 Zusammenfassung...195 10 Digitale Höhenmodelle und ihre Anwendung...197 10.1 Einleitung...198 10.2 Datenstrukturen für DHM...198 10.2.1 Linienmodelle...198 10.2.2 Triangulierte irreguläre Netzwerke (TIN)...199 10.2.3 Raster...200 10.3 Herkunft der DHM-Daten...200 10.3.1 Geodätische (Land-)Vermessung...200 10.3.2 Photogrammetrische Auswertung von Luftbildern...200 10.3.3 Laserscanner...200 10.3.4 Ableitung aus digitalisierten Schichtenplänen und topographischen Karten...201 10.4 Auflösung, räumliche Variabilität und Informationsgehalt...202
XII 10.5 Anwendungen in der Hydrologie... 204 10.5.1 Gefälle und Exposition... 205 10.5.2 Mikro-Relief, Varianzfilter... 207 10.5.3 Effektive Sonnenscheindauer... 207 10.5.4 Kurzwellige Strahlung als Funktion von Hangneigung und Exposition... 207 10.6 Ermittlung hydrologischer Eigenschaften von Einzugsgebieten aus DHM... 207 10.6.1 Vier essentielle Datenschichten... 207 10.6.2 Ermittlung von Einzugsgebietseigenschaften... 211 10.6.3 Ermittlung eines synthetischen Gewässernetzes... 213 10.7 Fragen und Aufgaben... 214 10.8 Weiterführende Literatur... 215 10.9 Zusammenfassung... 215 11 GIS-Unterstützung für die Modellierung des Oberflächenabflusses... 217 11.1 Einleitung... 218 11.2 Modellstruktur und GIS-Unterstützung... 220 11.3 GIS und räumlich aggregierte Modelle zur Hochwasservorhersage... 220 11.3.1 Ableitung der Einheitsganglinie... 221 11.4 GIS und halbverteilte Modelle für die großräumige Einzugsgebietsmodellierung... 224 11.5 GIS-Unterstützung für verteilte Niederschlag- Abflussmodelle... 227 11.5.1 Überblick... 227 11.5.2 Oberflächenabfluss... 228 11.5.3 Infiltration... 232 11.5.4 Abflussbeeinflussende Hangeigenschaften und ihre Ermittlung mittels GIS... 232 11.5.5 Gerinneabfluss... 236 11.6 Das TOPMODEL-Konzept... 236 11.7 Erosion und Sedimenttransport... 237 11.7.1 Problemstellung... 237 11.7.2 Struktur, Stabilität und Erodierbarkeit des Bodens... 239 11.7.3 Bodenerosion... 240 11.7.4 Modellansätze für die Erosion... 240 11.7.5 Beispiel: Erosionsmodellierung mit KINEROS... 240 11.8 Fragen und Aufgaben... 244 11.9 Weiterführende Literatur... 244 11.10 Zusammenfassung... 244
XIII 12 GIS-Unterstützung für die Grundwassermodellierung...247 12.1 Einleitung...248 12.2 Modellierung der regionalen Grundwasserströmung...249 12.3 Mathematische Modelle der Grundwasserströmung...250 12.4 Parameter und Randbedingungen...251 12.5 Grundwassermodelle als Elemente eines Entscheidungshilfesystems...252 12.6 Erstellung und Verwaltung der raumbezogenen Daten im GIS...253 12.7 Grundwassermodellierung im GIS...255 12.7.1 Im GIS vollständig integrierte numerische Lösung...255 12.7.2 Spezialisierte Postprozessoren...256 12.7.3 Auswertung von analytischen Lösungen...257 12.7.4 Hydrologische Abschätzungen durch Karten- Overlay...258 12.8 Kopplung numerischer Modelle mittels Prä- und Postprozessoren...260 12.8.1 ARCGW Kopplung eines 2D-FD-Modelles mit dem GIS ArcInfo...261 12.8.2 OEDOR Ein Grundwasser-DSS mit Elementen des Raster-GIS GRASS...262 12.8.3 MFINTER Integration von MODFLOW in ArcView...264 12.9 Lose Kopplung...266 12.10 Anwendungsbeispiel: Ausweisung von Brunnenstandorten durch Näherungslösungen mittels Superposition im GIS...268 12.10.1 Problemstellung...268 12.10.2 Superposition im GIS...270 12.10.3 Vorbereitung von Basisszenarien im Grundwassermodell...272 12.10.4 Superposition zur Simulation eines Brunnenszenarios...272 12.10.5 Benutzeroberfläche...274 12.10.6 Vergleich mit den Ergebnissen eines numerischen Strömungsmodells...274 12.11 Fragen und Aufgaben...276 12.12 Weiterführende Literatur...276 12.13 Zusammenfassung...276 13 GIS in wasserwirtschaftlichen Informations- und Decision Support-Systemen...279 13.1 Einleitung...280
XIV 13.2 Überblick über GIS-basierte Informations- und Decision Support-Systeme... 280 13.2.1 Historische Entwicklung... 280 13.2.2 Elemente GIS-basierter DSS... 281 13.3 GIS als interdisziplinäre Kommunikationsplattform: Fallbeispiel Ökosystemstudie Donaustau Altenwörth... 283 13.4 DOLWIS Donau Landschafts- und Wasserwirtschafts-Informationssystem... 286 13.4.1 Problemstellung und Zielsetzung... 286 13.4.2 Informationen in DOLWIS... 287 13.4.3 Realisierung von DOLWIS als ArcView-Projekt... 289 13.4.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen... 292 13.5 HAÖ Hydrologischer Atlas Österreichs... 292 13.5.1 Ausführungskonzept des HAÖ... 293 13.5.2 Kartographische Umsetzung mit GIS- Unterstützung... 294 13.5.3 GIS-basierte Ausgabe des HAÖ... 296 13.6 Fragen und Aufgaben... 302 13.7 Weiterführende Literatur... 302 13.8 Zusammenfassung... 302 14 Ausblick...305 14.1 Einleitung... 306 14.2 Zukunft der GIS... 306 14.3 Zukunft der GIS-basierten hydrologischen Modellierung... 308 14.3.1 Objektorientierte Datenmodelle... 308 14.3.2 Erweiterte Modelle für Raum, Zeit und Maßstab... 309 14.4 Fragen und Aufgaben... 310 14.5 Weiterführende Literatur... 311 14.6 Zusammenfassung... 311 Literaturverzeichnis... 313 Sachwörterverzeichnis...329