Modeling of river network based on digital elevation model: the problem of 'short' tributaries
Authors
- Vasilisa F. Tolkacheva Water Problems Institute of RAS
- Boris I. Gartsman Water Problems Institute of RAS , Institute of natural and technical systems
- Andrey L. Entin Lomonosov Moscow State University , Water Problems Institute of RAS
DOI:
https://doi.org/10.34753/HS.2024.6.2.110+ Keywords
+ Abstract
The developing of hydrological modeling under the conditions of a non-stationary climate, changing landscape of river basins, and a lack of observational data, asks the use of new data, such as terrain analysis data and data on the structure of river systems. The advent of high-resolution digital elevation models has opened up new opportunities in modeling. However, such modeling with modern data requires the development of new software and tools. In the past decade, structural-hydrographic analysis of river systems, as a scientific field, has faced as the blurring and, potentially, the loss of its research subject, as the loss of the main interrelationship "the river system - the topography of the basin of this system", if the data are obtained from different sources. Research with this subject is becoming key to the preservation and development of the entire scientific field. This article discusses some aspects of obtaining adequate models of the river network based on digital elevation models. The aim and basis of the research is the development of methods and technology for modeling the river network based on digital elevation models using various spatial data. In a territory with a "young" topography and a non-equilibrium nature of river systems (the Black Sea coast of the Caucasus), using customized tools-add-ons for the ArcGIS Desktop environment, river network modeling was carried out in three basins according to 7 variants of the initiation function. A new conceptual problem was identified and methodically elaborated, which distorts the process of calibrating river network models and hinders the obtaining of adequate modeling results. The authors proposed an original model for the automatic construction of a river network with two calibrated parameters. Preliminary data were obtained on the heterogeneity of the nature of the formation of the river network in various landscape conditions, expressed in the different significance of the slope factor, as well as in landscape-conditioned spatial differences in the threshold values of the initiation functions.
+ Author Biographies
Water Problems Institute of RAS, engeneer SPIN-code: 7337-0841; AuthorID: 1116285; ORCID: 0009-0009-5093-6476; WoS ResearcherID: JOK-0533-2023. Doctor of Geographical Sciences, Associate Professor Candidate of Geographical Sciences, Laboratory of Automation in Cartography (Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography); Senior Researcher; Water Problems Institute of the Russian Academy of Sciences, Researcher (part-time). SPIN-code: 2012-3433; AuthorID: 918625; WoS ResearcherID: V-3775-2017; Scopus Author ID: 57202589652; ORCID: 0000-0002-0350-5587.
Vasilisa F. Tolkacheva
Boris I. Gartsman
Water Problems Institute of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher
SPIN code: 7792-9120; AuthorID: 66814; WoS ResearcherID: Q-5672-2016; Scopus AuthorID: 24438012800; ORCID: 0000-0002-5876-7015
Andrey L. Entin
+ References
Albers H. C. "Beschreibung einer neuen Kegelprojection". (von Zach's) Monatliche Correspondenz zur Beförderung der Erd- und Himmels-Kunde. 12: 450–459. November 1805. Аvailable at: https://www.digitale-sammlungen.de/de/view/bsb10538604?page=474,475
Gartsman B.I., Entin A.L., Shekman E.A. Special tools for structural and hydrographic analysis of river systems in the ArcMap environment // Water Resources. 2024. V. 51. Is. 3. P. 171-184.
Gupta V.K. Emergence of statistical scaling in floods on Channel networks from complex runoff dynamics // Chaos, Solitons and Fractals. 2004. V. 19. Iss. 2. Pp. 357–365.
Laurence Hawker et al. A 30 m global map of elevation with forests and buildings removed. 2022 Environ. Res. Lett. 17
Lee K.T., Chang C.H. Incorporating subsurface-flow mechanism into geomorphology based IUH modeling // Journal of Hydrology. 2005. V. 311. Iss. 1–4. Pp. 91–105.
Reggiani P., Sivapalan M., Hassanizaden S.M., Gray W.G. Coupled equations for mass and momentum balance in a stream network: Theoretical derivation and computational experiments // Proc. R. Soc. Lond. A. 2001. V. 457. Pp. 157–189.
Rodriguez-Iturbe I., Rinaldo A. Fractal river basins: chance and self-organization. Cambridge University Press, 1997. 547 p.
Yen B.C., Lee K.T. Unit hydrograph derivation for ungauged watersheds by stream order laws // Jour. of Hydrol. Engin.1997.V. 2. Iss. 1. Pp. 1–9.
Алексеевский Н.И. Масштабные изменения характеристик системы поток-русло по длине рек / Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов. Мат-лы 3-й всеросс. конф. 24-28 августа 2010. Барнаул. 2010. С.4–6.
Гарцман Б.И. Анализ геоморфологических условий формирования первичных водотоков на основе цифровых моделей рельефа // География и природ. ресурсы. 2013. № 1. С.136–147.
Гарцман Б.И., Бугаец А.Н., Тегай Н.Д., Краснопеев С.М. Анализ структуры речных систем и перспективы моделирования гидрологических процессов // География и природ. ресурсы. 2008. № 2. С. 116–123.
Гарцман Б.И., Галанин А.А. Структурно-гидрографический и морфометрический анализ речных систем: теоретические аспекты // География и природ. ресурсы. 2011. № 3. С. 27–37.
Гарцман Б.И., Шекман Е.А. Возможности моделирования речной сети на основе ГИС-инструментария и цифровой модели рельефа // Метеорология и гидрология. 2016. № 1. С. 86–98.
Гарцман Б.И., Шекман Е.А., Ли К.Т. Порядковая классификация речных водоразделов на основе обработки цифровых моделей рельефа // География и природ. ресурсы. 2016. № 4. С. 164–173.
Гарцман И.Н. Топология речных систем и гидрографические индикационные исследования // Вод. ресурсы, 1973. №3. С 109–124.
Геодезические, картографические инструкции, нормы и правила «Основные положения по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000» ГКИНП-05-029-84 // Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, Военно-топографическое управление Генеральногош штаба
Геодезические, картографические инструкции, нормы и правила «Руководящий технический материал по созданию учебных физических карт союзных республик, автономных советских социалистических республик, краев, областей СССР со сведениями по краеведению» ГКИНП-14-132-80 от 29.05.1980 № 236п. // Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР
Еременко Е.А., Панин А.В. Ложбинный мезорельеф Восточно-Европейской равнины. М.: МИРОС, 2010. 192 с.
Казанский Б.А. Теоретические закономерности распределения речных структур / Тр. ДВНИГМИ. Вып. 63. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 85–90.
Карасев, М.С., Худяков Г.И. Речные системы (на примере Дальнего Востока). М.: Наука, 1984. 143 с.
Клименко В.И., Куканов В.М., Прокофьев С.С. Подземные воды Черноморского побережья Кавказа и их охрана. М.: Наука, 1979. 100 с.
Корытный Л.М. Бассейновая концепция в природопользовании. Иркутск: Ин-т геогр. СО РАН, 2001. 163 с.
Ресурсы поверхностных вод СССР: Гидрологическая изученность. Т. 9. Закавказье и Дагестан. Вып. 1. Западное Закавказье / под ред. Т. Н. Джапаридзе. — Л.: Гидрометеоиздат, 1964. — 224 с.
Руководство по картографическим и картоиздательским работам. Часть 1. Составление и подготовка к изданию топографических карт масштабов 1 : 25 000, 1 : 50 000, 1 : 100 000. — М.: Редакционно-издательский отдел ВТС, 1978 — 131 с.
Сидорчук А.Ю. Фрактальная геометрия речных сетей // Геоморфология. 2014. №1. С. 3–14.
+ Read article online
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Hydrosphere. Hazard processes and phenomena

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.