Fonctionnement de l’outil Direction de flux

Disponible avec une licence Spatial Analyst.

L’un des principaux aspects de la dérivation des caractéristiques hydrologiques d’une surface est la capacité à déterminer la direction du flux de chaque cellule d’un raster. Cette opération est possible grâce à l’outil Direction de flux.

Cet outil se sert d’une surface comme entrée et génère un raster représentant la direction du flux sortant de chaque cellule. Si l’option Output drop raster (Raster de suppression en sortie) est sélectionnée, un raster en sortie est créé ; il représente le rapport de la variation maximale d’altitude à partir de chaque cellule dans la direction du flux sur la distance du trajet entre le centre des cellules, exprimé en pourcentage. Si l’option Force all edge cells to flow outward (Forcer l’écoulement vers l’extérieur sur les quatre tronçons) est sélectionnée, toutes les cellules situées au bord du raster de surface s’écouleront vers l’extérieur.

Il y a huit directions en sortie valides relatives aux huit cellules adjacentes dans lesquelles le flux peut circuler. Cette méthode, généralement appelée « modèle de flux à huit directions (D8) », repose sur l’approche de Jensen et Domingue (1988).

Le codage de la direction de flux est illustré.

Calculer la direction du flux à l'aide de la méthode D8

Dans la méthode D8, la direction d’un flux est déterminée par la direction de la descente la plus raide ou la pente maximale de chaque cellule (Jenson and Domingue, 1988). Elle est calculée comme suit :

maximum_drop = change_in_z-value/distance

La distance est calculée entre les centres des cellules. Par exemple, si la taille de cellule est 1, la distance entre les deux cellules orthogonales est 1 et la distance entre deux cellules diagonales correspond à la racine carrée de 2. Si la pente maximale vers plusieurs cellules est la même, le voisinage est agrandi jusqu’à ce que la descente la plus raide soit trouvée.

Lorsque la direction de descente la plus raide est trouvée, la cellule en sortie est codée avec la valeur représentant cette direction.

Si les voisins sont plus hauts que la cellule de traitement, le bruit est pris en compte. Le système tient compte de la valeur la plus faible et la direction du flux tend vers cette cellule. Toutefois, si la cuvette d’une cellule est à côté du tronçon physique du raster ou à au moins une cellule NoData en tant qu’un voisin, elle n’est pas remplie en raison d’informations insuffisantes. Une cuvette d’une cellule est réputée valable lorsque vous disposez de tous les paramètres relatifs aux voisins.

Lorsque deux cellules communiquent, ce sont des cuvettes dont la direction du flux est indéterminée. Cette méthode de dérivation du sens de circulation d’un modèle numérique d’altitude (MNA) est décrite par Jenson et Domingue (1988).

Les cellules qui correspondent à des cuvettes peuvent être identifiées à l’aide de l’outil Cuvettes. Pour obtenir une représentation précise de la direction du flux sur une surface, remplissez les cuvettes avant d’utiliser l'outil Direction de flux.

Calculer la direction du flux à l'aide de la méthode MFD

Dans la méthode MFD, le flux est partitionné entre tous les voisins en aval (Qin et al., 2007). La quantité de flux reçue par chaque voisin en aval est estimée comme une fonction de l'inclinaison maximale de la pente, ce qui permet de tenir compte des conditions de terrain locales. L'expression permettant d'estimer la méthode MFD est la suivante :

Où :

• d_i = Portion du flux de chaque cellule qui s'écoule dans la cellule i
• f (e) = Exposant qui s'adapte aux conditions de terrain locales et qui est spécifié par

  

• β = Angle de la pente descendante (en radians)
• n = nombre de cellules qui s'écoulent dans la cellule i
• L_i, L_j = Facteur ajusté pour prendre en compte la distance entre la cellule de traitement et les cellules orthogonales et diagonales
• κ = Chute maximale entre les cellules qui s'écoulent dans la cellule i

Bibliographie

Jenson, S. K., and Domingue, J. O. 1988. « Extracting Topographic Structure from Digital Elevation Data for Geographic Information System Analysis. » Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 54 (11): 1593–1600.

Qin, C., Zhu, A. X., Pei, T., Li, B., Zhou, C., & Yang, L. 2007. « An adaptive approach to selecting a flow partition exponent for a multiple flow direction algorithm. » International Journal of Geographical Information Science 21(4): 443-458.