Tutoriel: Délimitation des cours d'eau et des bassins versants

1. Introduction

L'une des utilisations les plus courantes du SIG en hydrologie est la délimitation des bassins versants et des cours d'eau. Cette leçon présente un flux de travail générique pour la délimitation des cours d'eau et des bassins versants pour les zones où il n'existe que des données ouvertes. Le MNT de 1 seconde d'arc SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) sera utilisé. Le flux de travail sera appliqué au bassin versant de la Roer en Allemagne.

2. Théorie

2.1. Les Modèles Numériques d'Elévation dans les SIG

Regardez cette vidéo sur les Modèles Numériques d'Elévation dans les SIG.

2.2. Délimitation des cours d'eau et des bassins versants

Regardez cette vidéo sur la théorie de la délimitation des cours d'eau et des bassins versants.

3. Télécharger les tuiles MNT

Pour la zone d'étude de la Roer, nous téléchargerons les tuiles MNT à partir du jeu de données mondiales SRTM de 1 seconde d'arc. Depuis la fin de 2014, un modèle numérique d'élévation global de 1 seconde d'arc (environ 30 mètres à l'équateur) a été publié en tant que données en libre accès. La plupart des régions du monde ont été couvertes par ce produit, allant de 54 degrés de latitude sud à 60 degrés de latitude nord. Une description des produits de données SRTM peut être trouvée ici.

Les étapes suivantes expliquent comment télécharger les tuiles MNT SRTM pour la zone d'étude.

1. Ouvrez un navigateur et naviguez vers le site http://earthexplorer.usgs.gov

Pour télécharger les tuiles MNT SRTM, vous devez disposer d'un compte. Créez un compte. Si vous ne parvenez pas à créer un compte, vous pouvez utiliser les tuiles SRTM fournies avec les données de cette leçon (4 fichiers GeoTiff).

2. Cliquez sur Register (S'inscrire) et suivez la procédure. Après l'enregistrement, connectez-vous au portail USGS EarthExplorer.

Nous devons maintenant indiquer la zone de recherche. Dans EarthExplorer, cela peut se faire de différentes manières : (1) Rechercher le nom de la localisation, (2) Zoomer sur la carte et utiliser les coordonnées de la zone de zoom, (3) Télécharger un fichier KML ou un shapefile zippé. Pour ce cas, nous avons préparé un shapefile avec une limite encadrée.

3. Choisissez Shapefile et chargez le fichier limiteencadrée.zip (vous devez d'abord zipper tous les fichiers appartenant au shapefile limiteencadrée !)

4. Choisissez Data Sets pour passer à l'écran suivant où nous pouvons sélectionner l'ensemble de données.

5. Cliquez sur les signes plus (+) pour sélectionner Digital Elevation | SRTM | SRTM 1-Arc Second Global. Assurez-vous de cocher la case.

6. Cliquez sur Results (Résultas) pour passer à l'écran suivant.

Vous voyez maintenant les résultats de la recherche : quatre carreaux (tuiles). Avant de les télécharger, vous pouvez vérifier les tuiles. Avec l'icône du pied, par exemple, vous pouvez voir l'empreinte de la tuile sur la carte.

7. Téléchargez chaque tuile en cliquant sur le bouton Download Options .

8. Dans la boîte de dialogue Download Options (Options de téléchargement), téléchargez le MNT au format GeoTIFF dans le dossier d'exercices sur votre disque dur.

Ces tuiles peuvent maintenant être ajoutées à votre projet QGIS.

9. Démarrez QGIS Desktop.

Nous allons commencer à travailler dans un nouveau projet.

10. Dans le panneau Explorateur, ajoutez le dossier contenant les données de ce chapitre aux Favoris.

11. Faites un clic droit sur l'une des tuiles (couches) et choisissez Propriétés pour examiner les métadonnées.

12. Sélectionnez et faites glisser les quatre tuiles sur le canevas de la carte.

4. Mosaïque des tuiles MNT

Avant de procéder, nous devons fusionner les quatre tuiles du MNT, ce qui est appelé "mosaïque" dans le vocabulaire SIG. Voici deux façons de mosaïquer les tuiles :

• Fusionner les tuiles dans un seul fichier raster dans le disque dur (par exemple GeoTIFF)
• Fusionner les tuiles dans un fichier virtuel (.vrt)

3. Cliquez sur Exécuter pour exécuter l'algorithme. Cliquez sur Fermer pour revenir à l'écran principal où vous pouvez voir le MNT fusionné.

Vous remarquerez que dans le canevas de cartes, les bordures des tuiles ne sont plus visibles dans le MNT fusionné car le QGIS étend l'échelle de gris en utilisant le minimum et le maximum de l'ensemble du MNT fusionné. C'est uniquement pour la visualisation, les valeurs dans les pixels sont les mêmes dans les tuiles que dans la mosaïque.

4. Supprimez maintenant les tuiles individuelles (et non mnt_mosaic) de la liste des couches en les sélectionnant toutes en appuyant sur la touche Ctrl. Ensuite, cliquez avec le bouton droit de la souris sur le nom d'une des tuiles et sélectionnez Supprimer la couche. Cliquez sur OK pour confirmer. Cela supprimera les tuiles de l'écran, mais pas du disque dur.

5. Reprojeter le MNT

Le MNT est référencé dans son système de coordonnées géographiques (GCS) original en latitude/longitude avec le datum WGS84 (EPSG : 4326).  Il n'est pas recommandé d'utiliser un GCS pour l'analyse du MNT, car les unités z (par exemple les mètres) sont différentes des unités x et y (en degrés). Nous devons choisir une projection pour notre projet. Si le projet couvre un pays, nous pouvons choisir une projection nationale. Dans notre cas, cependant, le projet couvre plusieurs pays (Allemagne, Pays-Bas et Belgique). Nous utiliserons donc une projection globale : UTM Zone 32 Nord, avec WGS-84 comme datum.

On peut trouver les codes EPSG sur le site  http://www.spatialreference.org

1. Utilisez le site web pour rechercher UTM 32N wgs 84. Vous pouvez laisser le QGIS en marche et ouvrir un navigateur en parallèle.

La figure ci-dessous illustre le résultat.

Nous devons examiner les codes EPSG. Nous utiliserons le code EPSG : 32632 au cours de ce projet - en cliquant dessus, vous obtiendrez plus de détails.

Nous allons maintenant reprojeter le MNT depuis son système de coordonnées géographiques (GCS) non projeté (Lat/Lon WGS 84 - EPSG : 4326) vers le SCR projeté (UTM Zone 32 Nord / WGS 84 - EPSG : 32632).

2. Dans le menu principal, choisissez Raster | Projections | Projection (warp).

3. Dans la fenêtre Projection (warp), cliquez pour choisir le SCR cible.

4. Dans le dialogue qui s'ouvre, tapez 32632 dans Filtre et sélectionnez WGS EPSG : 32632 au milieu de la fenêtre de dialogue et cliquez sur OK.

5. Complétez maintenant la fenêtre de dialogue :

Le dialogue devrait maintenant ressembler à la figure ci-dessous.

Notez que la commande gdalwarp sera exécutée en arrière-plan.

6. Cliquez sur Exécuter pour exécuter l'algorithme. Après l'exécution, cliquez sur Fermer pour fermer la fenêtre.

Le MNT re-projeté apparaît maintenant dans la liste des couches. Le MNT peut sembler déformé du fait que la projection du Map Canvas est toujours en Lat/Lon, comme l'indiquent les coordonnées dans la partie inférieure du Map Canvas et le code EPSG du projet dans le coin inférieur droit. Ceci est dû à la projection à la volée, qui entraîne une différence entre la projection dans le fichier et celle qui est visualisée.

7. Pour mener à bien cette opération, et afficher correctement la nouvelle couche, nous devons modifier la projection à la volée du projet. Pour ce faire, cliquez sur le code EPSG:4326 en bas à droite de l'écran.

8. Dans la nouvelle fenêtre de dialogue, sélectionnez la projection EPSG:32632 qui se trouve déjà dans la liste des systèmes de référence de coordonnées récemment utilisés (Recently used coordinate reference systems), comme indiqué dans la figure ci-dessous, et cliquez sur OK.

Dans le canevas de la carte, le MNT est maintenant affiché dans la position et l'orientation correctes (avec le nord pointant vers le haut), comme le montre la figure ci-dessous. Les coordonnées du nouvel affichage sont également en mètres comme nous le souhaitons.

9. Vous pouvez maintenant supprimer la couche mnt_mosaic.

Ceci est un bon moment pour sauvegarder votre projet.

6. Subdiviser le MNT

Afin de réduire le temps de calcul des algorithmes, nous allons subdiviser (ou découper) la couche raster pour ne couvrir que la zone d'étude. Cependant, il est important d'agrandir un peu les limites de votre zone d'étude pour éviter les effets de frontières.

Un moyen facile de sélectionner les limites de votre zone d'étude est d'utiliser OpenStreetMap. OpenStreetMap contient des données participatives. Si l'extension QuickMapServices est installé, vous pouvez ajouter une OpenStreetMap au QGIS comme suit :

1. Dans le menu principal, choisissez Web | QuickMapServices | OSM | OSM Standard.

2. Maintenant, la couche OpenStreetMap sera affichée dans le canevas de la carte. Cachez temporairement le MNT en décochant la case ou en faisant glisser la couche OSM par-dessus.

Afin de connaître l'étendue approximative du bassin versant de la Roer, les données de l'exercice contiennent un shapefile zippé avec le carré de délimitation (le même que celui que nous avons utilisé pour télécharger les tuiles du MNT). Notez qu'en réalité, vous n'aurez pas de carré de délimitation, mais vous devriez utiliser vos connaissances d'expert pour localiser les limites approximatives de la zone d'étude.

3. Décompressez limiteencadrée.zip in your exercise folder.

4. Faites glisser la couche  limiteencadrée.shp  sur le canevas de la carte.

5. Maintenant, dans le menu principal, sélectionnez Raster | Extraction | Découper un raster selon une couche de masque.

6. Dans le dialogue Découper un raster selon une couche de masque, choisissez mnt_reprojet pour la Couche d'entrée. Pour la Couche de masquage, choisissez limiteencadrée. Conservez les valeurs par défaut pour les autres options. Choisissez mnt_subdiv  pour la sortie Découpé (masque) et cliquez sur Exécuter. Cliquez sur Fermer lorsque vous avez terminé.

Souvent, vous n'aurez pas de shapefile du carré de délimitation. Dans ce cas, vous pouvez choisir Raster | Extraction | Découper un raster selon une emprise. Vous pouvez ensuite faire dessiner une boîte dans le canvas de la carte et l'utiliser pour le découpage. En utilisant cela, assurez-vous que votre reprojection à la volée est similaire à la couche que vous voulez découper, car ce sont les coordonnées du canevas de la carte qui sont utilisées par l'algorithme.

7. Vous pouvez maintenant supprimer la couche mnt_reprojet de la liste des couches comme nous l'avons fait auparavant pour les autres couches qui ne sont plus nécessaires.

7. Remplir les puits

Les MNT bruts et non traités présentent des anomalies telles que des dépressions/puits. Ces anomalies sont le résultat du processus d'acquisition des MNT et doivent être éliminés avant qu'un MNT n'est utilisé dans une analyse hydrologique telle que la délimitation des bassins versants et des cours d'eau ou la modélisation hydrologique. Il existe plusieurs algorithmes pour le remplissage des puits. Nous utiliserons l'algorithme développé par Wang et Liu (2006), qui est plus rapide que les autres et fonctionne mieux avec des ensembles de données à haute résolution. Cet algorithme, implémenté dans les outils SAGA, permet non seulement de remplir les dépressions, mais aussi de préserver une pente descendante le long du trajet d'écoulement. Ceci est obtenu en préservant un gradient de pente minimum entre les cellules.

1. Nous utiliserons la Boîte à outils de traitement de QGIS. Si la Boîte à outils de traitement n'est pas visible à droite de votre écran, activez-la en choisissant Traitement | Boîte à outils dans le menu principal.

2. Dans la Boîte à outils de traitement, utilisez le champ de Recherche pour rechercher fill sinks.

Vous remarquerez qu'il existe davantage d'algorithmes pour le remplissage des puits. Chacun a ses propres avantages et inconvénients en termes de temps de calcul, d'utilisation de la mémoire et de précision. Pour vos propres recherches, vous devez prendre une décision basée sur la documentation des algorithmes ou en analysant les résultats de chacun.

3. Choisissez SAGA | Terrain Analysis - Hydrology | Fill sinks (wang & liu).

4. Dans le dialogue, maintenez la pente minimale par défaut (Minimum Slope [Degree]) de 0.01. Veillez à sélectionner mnt_subd comme MNT d'entrée et à définissez mnt_rempli.sdat  comme MNT rempli (Filled DEM). Nous n'avons besoin que du MNT rempli (Filled DEM) à ce stade, vous pouvez donc décocher les cases pour Flow Directions et Watershed Basins (voir figure ci-dessous).

5. Cliquez sur Exécuter et Fermer lorsque l'algorithme est terminé.

6. Supprimez maintenant mnt_subdiv de la liste des couches, car nous n'en avons plus besoin.

7.1. Style du MNT

Les légendes par défaut produites par le logiciel SIG Desktop ne sont souvent pas intuitives, car le logiciel ne sait pas (1) quelles informations sont présentées, et (2) le type de données raster (par exemple, données booléennes, discrètes ou continues). Pour faciliter l'interprétation des résultats, il est conseillé de styler vos couches de manière intuitive.

Le MNT est un raster continu. Les rasters continus représentent des gradients et peuvent donc contenir des nombres réels (ou en virgule flottante).Les trames continues sont stylisées dans le QGIS en utilisant des palettes de couleurs dans la fenêtre de dialogue Pseudo-couleur à bande unique.

1. Sélectionnez la couche mnt_rempli et cliquez sur le bouton pour ouvrir le Panneau de style des couches (ou appuyez sur F7).

La légende est automatiquement mise à jour avec la palette de couleur rouge à bleu par défaut. Cela donne évidemment la fausse impression qu'il y a des lacs dans le sud, parce que nous associons le bleu aux zones basses contenant de l'eau. Dans les prochaines étapes, nous appliquerons des couleurs plus intuitives au MNT.

3. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur la palette de couleurs et choisissez Créer une nouvelle palette de couleurs.

4. Dans la boîte de dialogue Type de palette de couleurs, choisissez Catalogue : cpt-city dans la liste déroulante.

Le catalogue de cpt-city dispose de nombreuses palettes de couleurs prédéfinies très utiles.

5. Choisissez Topography | Elevation. Notez que cd-a et sd-a sont de bons choix.

Cela nous donne des couleurs plus intuitives dans le MNT où nous pouvons clairement distinguer les zones plus hautes et plus basses. Maintenant, nous allons encore améliorer la visualisation.

6. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur la couche mnt_rempli dans le panneau des Couches et sélectionnez Dupliquer une couche.

Cela crée une copie de la couche mnt_rempli appelée mnt_rempli copie.

7. Décochez la couche mnt_rempli et renommez la couche mnt_rempli copie en ombrage.

8. Dans le panneau Style des couches, qui doit encore être ouvert, assurez-vous que la couche ombrage est sélectionnée. Dans la liste déroulante, changez le mode de rendement Pseudo-couleur à bande unique en Ombrage.

Maintenant, la couche ombrage est visualisée avec un effect d'ombrage. 

De quelle direction vient l'éclairage ? Est-ce possible dans la réalité ?

Hillshade donne les meilleurs résultats avec un éclairage artificiel dans le nord-ouest, qui en réalité ne peut pas exister dans l'hémisphère nord. Si vous déplacez le curseur de l'Azimuth dans le panneau de Style de couche vers le sud-ouest, vous verrez un relief inversé. Notez également qu'il y a une section de Rééchantillonnage. La méthode de rééchantillonnage par défaut, tant pour le Zoom avant que pour le Zoom arrière, est le Voisin le plus proche. Cette méthode convient aux données catégoriques, toutefois, l'altitude est considérée comme une donnée continue. Vous devez donc choisir une méthode de rééchantillonnage Zoom avant de Bilinéaire et une méthode de rééchantillonnage Zoom arrière de Moyenne.

Ensuite, nous allons mélanger le MNT avec la couche d'ombrage.

9. Activez la couche mnt_rempli en cochant la case.

10. Dans le panneau de Style de couches, assurez-vous que la couche mnt_rempli est sélectionnée. Dans le bloc Rendu des couches, changez le mode de fusion vers Multiplier.

Comme vous pouvez le constater, le mode de fusion donne un effet beaucoup plus agréable que la transparence. Avec la transparence, les couleurs pâlissent. Maintenant, nous pouvons clairement voir les différences d'altitude : le gradient du sud au nord et les vallées où nous prévoyons la présence des cours d'eau.

Les modes de fusion permettent un rendu plus élégant entre les couches SIG. Ils peuvent être beaucoup plus puissants que le simple réglage de l'opacité des couches. Les modes de fusion permettent d'obtenir des effets où toute l'intensité d'une couche sous-jacente est encore visible à travers la couche supérieure. Il existe 13 modes de fusion disponibles. Voir ici pour plus d'informations.

8. Délimitation des cours d'eau

Nous disposons maintenant d'un MNT corrigé pour des applications en hydrologie, grâce à l'algorithme de remplissage des puits, nous pouvons procéder à la délimitation des cours d'eau.

Nous allons d'abord calculer les ordres d'écoulement de Strahler, puis nous calibrerons le seuil de Strahler pour déterminer les cours d'eau. Enfin, nous dériverons le réseau de cours d'eau, la direction de l'écoulement et les limites des bassins versants.

8.1. Calculer les ordres de Strahler

Avant de pouvoir dériver les cours d'eau à partir du MNT, nous devons définir ce qu'est un cours d'eau. Pour ce faire, nous utilisons l'ordre de Strahler. Plus l'ordre est élevé, plus le débit d'écoulement est élevé.

1. Recherchez Strahler dans la Boîte à outils de traitement et sélectionnez SAGA | Terrain Analysis - Channels | Strahler order.

2. Dans la boîte de dialogue, sélectionnez mnt_rempli pour Elevation (élévation), utilisez strahler.sdat comme nom de fichier en sortie de l'ordre de strahler (Strahler order), et cliquez sur Exécuter. Cliquez sur Fermer lorsque l'algorithme est terminé.

Pour donner plus de sens à la couche de strahler, nous allons lui attribuer un style.

La couche d'ordre de Strahler est-elle un raster booléen, discrèt ou continu ?

La couche d'ordre de Strahler est un raster discrèt, mais l'ordre des classes est important. Pour les rasters discrets dans QGIS, nous utilisons le style de Palettes/valeurs uniques. Plus l'ordre de Strahler est élevé, plus le débit est important. Nous utiliserons donc une palette de couleurs allant du blanc au bleu.

3. Ouvrez le panneau Style de couche si vous l'avez déjà fermé et assurez-vous que la couche de strahler est sélectionnée.

4. Choisissez Palettes/Valeurs uniques à partir du menu déroulant.

5. Cliquez sur Classifier.

À chaque valeur unique dans le raster, une couleur aléatoire unique a été attribuée.

6. Faites un clic droit sur Random colors (Couleurs aléatoires) et choisissez Blues.

La couche de strahler montre maintenant de manière intuitive que les ordres supérieurs auront des débits plus importants que les ordres inférieurs.

8.2. Calibrer le seuil de Strahler pour déterminer les cours d'eau

8.3. Calculer le réseau des cours d'eau, la direction de l'écoulement et la délimitation des bassins versants

L'étape suivante consiste à calculer le réseau des cours d'eau, sur la base du seuil de Strahler déterminé à l'étape précédente. Avec le même outil, nous pouvons également calculer la couche de direction de l'écoulement et une couche avec tous les bassins versants.

Dans la Boîte à outils de traitement, vous trouverez également des outils associés qui utilisent différents algorithmes. Vérifiez toujours la documentation de l'algorithme pour trouver le bon ou effectuez une analyse comparative.

1. Recherchez le mot Channel  dans la Boîte à outils de traitement et sélectionnez SAGA | Terrain Analysis - Channels | Channel network and drainage basin.

2. Dans la fenêtre de dialogue, assurez-vous de sélectionner la couche mnt_rempli pour l'élévation et de définir le seuil à la valeur que vous avez déterminée lors de la calibration dans la section précédente, par exemple 8. Cela signifie que les cours d'eau dont l'ordre de Strahler est égal ou supérieur à cette valeur seront définis comme des cours d'eau. L'algorithme calculera la direction de l'écoulement et l'ordre de Strahler pour déterminer les cours d'eau et les bassins versants. Cochez les cases pour les couches en sortie suivantes:

3. Une fois que la fenêtre de dialogue est configuré de manière similaire à la figure ci-dessous, cliquez sur Exécuter.

Une couche de direction de l'écoulement indique la direction de l'écoulement pour chaque pixel. La direction peut être exprimée comme la direction de la boussole, mais nous ne pouvons pas stocker le texte dans une couche raster. La direction de la boussole peut également être exprimée en degrés sur un cercle où le nord est à 0 degré, l'est à 90 degrés, etc.  Pour stocker 360 degrés, il faut plus de 8 bits (0-255), ce qui augmente la taille du fichier. En plus, la méthode D8 utilise des directions discrètes vers les pixels environnants. Par conséquent, le logiciel SIG recode les 8 directions. Chaque logiciel le fait à sa manière.  L'algorithme SAGA utilisé dans la boîte de traitement QGIS utilise 0 pour le nord, 1 pour le nord-est, etc. Ce qui signifie qu'il enregistre de 0 à 7. Une valeur de 255 est utilisée pour les surfaces planes.

8.4. Styler la couche des cours d'eau

Dans ce qui suit, vous allez définir le style des cours d'eau afin de mieux interpréter les résultats.

1. Ouvrez le panneau de Style de couche et réglez la couche cible sur les cours_eau.

2. Choisissez le moteur de rendu Gradué avec les paramètres suivants :

3. Cliquez sur le bouton Modifier et réglez la Couleur sur une valeur RVB de 15 | 66 | 220.

4. Cliquez sur le bouton Retourpour revenir au panneau principal de symbologie.



Votre carte devrait maintenant ressembler à la figure ci-dessous. Elle illustre les cours d'eau identifiés comme ayant un ordre de Strahler plus élevé comme les cours d'eau principaux et les cours d'eau ayant un ordre de Strahler plus petit comme les affluents.

8.5. Styler la couche de directions d'écoulements

Maintenant, vous allez travailler sur le style du raster de la direction d'écoulement. Cela vous aidera à vérifier les résultats et à vous assurer qu'ils correspondent bien à ce que vous attendiez. Vous utiliserez une palette de couleurs circulaire pour montrer intuitivement les écoulements orientés vers le sud avec des couleurs chaudes et les écoulements orientés vers le nord avec des couleurs froides.

1. En utilisant le panneau Style de coubhe, réglez la couche cible sur dir_ecoul.

2. Réglez le moteur de rendu sur les valeurs Palettes/Valeurs unique et cliquez sur Classifier.

3. Puisque la valeur de 255 représente les surfaces planes, sélectionnez cette valeur et cliquez sur le bouton Moins pour la supprimer de la classification.

4. Choisissez la palette de couleurs Spectral. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur la palette de couleurs et choisissez Editer la palette de couleurs.

5. La fenêtre Sélectionner un dégradé de couleurs s'ouvre. Vous pouvez y modifier les arrêts de couleur pour la palette. L'idée est que les côtés gauche et droit représentent les écoulements vers le nord et que vous fixez ces deux arrêts à une couleur bleue identique. L'arrêt du centre sera alors d'un jaune vif pour les écoulements vers le sud. L'arrêt du milieu à droite représentera les écoulements vers le ouest et l'arrêt du milieu à gauche les écoulements vers l'est.

6. Cliquez sur le menu déroulant de la Couleur 1 et choisissez Piocher une couleur dans le menu contextuel. Avec le curseur de la pipette, cliquez sur la Couleur 2.

7. Cliquez sur l'arrêt central qui représentera les écoulements vers le sud et attribuez-lui un jaune vif en entrant ces valeurs RVB : 255 | 255 | 0.

8. Pour l'arrêt Est, attribuez la couleur verte en entrant ces valeurs RVB : 0 | 255 | 0.

9. Pour l'arrêt ouest, utilisez une couleur magenta, en RVB : 214 | 60 | 170.

10. Cliquez sur OK pour accepter la nouvelle palette de couleurs.

11. Cliquez sur le bouton Pluspour ajouter une nouvelle valeur à la classification pour le Valeur du type 255. Cela représente les zones planes que vous avez initialement supprimées avant de créer la palette de couleurs circulaire. Cliquez sur la tache de couleur et choisissez le blanc.

12. Pour examiner les données de la couche dir_eoul, vous allez maintenant lui appliquer un Mode de fusion de Multiplier et activez la couche d'ombrage. Cela vous permettra de voir le détail de l'ombrage à travers la couche de dir_ecoul. A ce stade, il suffit d'activer la couches cours_eau, dir_ecoul et ombrage. Faites un zoom sur certains des terrains les plus montagneux au sud de la zone d'étude où il y a également des cours d'eau. Inspectez et interprétez. 

13. Remplacez les valeurs dans la colonne de l'étiquette par les indications de la boussole (voir 8.3 pour plus d'informations sur les valeurs).

Vous devriez voir les pentes exposées au sud être représentées par des couleurs plus chaudes et le nord par des couleurs plus froides, les coulées de l'est seront plus vertes et celles de l'ouest plus mauves.

9. Définir l'exutoire

Un bassin versant est une étendue ou une zone de terre où l'eau de surface provenant de la pluie, de la fonte des neiges ou de la glace converge vers un point unique situé à une altitude inférieure, généralement l'exutoire du bassin, où les eaux rejoignent une autre masse d'eau, telle qu'une rivière, un lac, un réservoir, un estuaire, une zone humide, une mer ou un océan. Pour délimiter un bassin versant, il faut disposer de:

• les coordonnées de l'exutoire du bassin versant dans le même système de coordonnées que les cartes que nous utilisons
• le réseau des cours d'eau qui correspond aux directions d'écoulement calculées à partir du MNT hydrologiquement corrigé.

L'exutoire du bassin versant de la Roer se trouve à Roermond, où la Roer déverse dans la Meuse (Maas en Néerlandais). Le réseau de cours d'eau qui a été dérivé à l'étape précédente se trouve dans la couche des cours_eau.

1. Assurez-vous que la couche cours_eau est positionnée au-dessus de la couche OSM Standard de l'extension QuickMapServices.

2. Cherchez la position où la Roer se joigne dans la Meuse. Notez que sur la carte OpenStreetMap, les noms néerlandais sont utilisés, car il se trouve aux Pays-Bas. La Roer (Rur) s'écrit Roer et la Meuse s'écrit Maas.

Notez que les cours d'eau délimités ne correspondent pas parfaitement aux cours d'eau figurant sur OpenStreetMap. Cela peut être dû aux raisons suivantes : (1) Délimitation automatique incorrecte des cours d'eau, qui peut être causée par des erreurs dans le MNT ou la prépondérance des zones trop plates, (2) Distorsion due à la reprojection (à la volée) et (3) Influence humaine sur le cours naturel des rivières. La délimitation du bassin versant ne fonctionne cependant que lorsque l'exutoire est défini sur un cours d'eau délimité issus du MNT rempli.

3. Choisissez un point sur le cours d'eau délimité qui est proche de la sortie réelle de la Roer dans la Meuse (étape 2).

4. Utilisez l'outil de Saisie des coordonnées pour obtenir les coordonnées du point de sortie sur la couche des cours_eau. Vous pouvez trouver l'outil de Saisie de coordonnées dans le menu principal Vecteur | Saisie de coordonnées. Notez que l'extension doit être activée (cochez la case dans le gestionnaire des extensions). Le panneau Saisie de coordonnée apparaîtra.

5. Cliquez sur Démarrer la capture et cliquez sur un point de la rivière délimitée près de l'embouchure de la Roer comme indiqué dans la figure ci-dessous. Assurez-vous de le capturer exactement à partir de la rivière dans la couche cours_eau, car la carte de fond (OpenStreetMap) n'a pas été dérivée du MNT et entraînera des erreurs dans la délimitation du bassin versant.

Quelle projection sommes-nous en train d'utiliser ? Comment le pouvez-vous le savoir?

10. Délimiter le bassin versant

Nous allons maintenant utiliser ces coordonnées pour calculer la surface en amont de l'exutoire (c'est-à-dire la surface de drainage ou et le bassin versant) qui produit le débit à l'exutoire.

1. Dans la Boîte à outils de traitement, recherchez la fonction Upslope Area (Zone de pente ascendante) et choisissez SAGA | Terrain Analysis - Hydrology | Upslope Area.

2. Remplissez la fenêtre de dialogue comme dans la figure ci-dessous. Utilisez les coordonnées que vous avez saisies au niveau du point de l'exutoire. Pour Elevation, utilisez la couche mnt_rempli. Utilisez la méthode D8 par défaut. Nommez la sortie Upslope Area captage.sdat. Cliquez sur Exécuter. Cliquez sur Fermer une fois que l'algorithme est terminé.

Le résultat devrait ressembler à la capture d'écran de la figure ci-dessous si vous faites un zoom sur l'étendue de la couche.

Afin de superposer la limite du bassin versant avec les autres données, il est préférable de la convertir d'un raster en vecteur (polygone).

3. Pour convertir la couche raster en vecteur, allez dans le menu principal et choisissez Raster | Conversion | Polygoniser (Raster vers Vecteur).

4. Assurez-vous de sélectionner la bonne couche en entrée et appelez la sortie roer_captage.shp. Cliquez sur Exécuter. Cliquez sur Fermer pour revenir à l'écran principal.

5. Examinez le résultat. Vérifiez également la table d'attributs (cliquez avec le bouton droit de la souris sur le nom de la couche et choisissez Ouvrir la table d'attributs).

Quelle est la valeur attribuée aux cellules à l'intérieur du polygone de captage ? Quelle est la valeur attribuée à celles situées à l'extérieur ?

Dans le calcul de la surface du bassin (captage), les cellules appartenant au bassin versant obtiennent une valeur de 100, tandis que les autres cellules obtiennent une valeur de 0. Lors de la conversion en polygones, il peut arriver que des erreurs de géométrie soient commises. Si vous trouvez plus d'un élément avec une valeur de 100, cela indique une erreur de géométrie (topologie incorrecte), car la limite du polygone forme une boucle. Voir la figure ci-dessous. Cela peut donner des erreurs lorsque nous utilisons le polygone pour le géotraitement.

Bien sûr, nous ne nous intéressons qu'à la zone de captage, nous devons donc supprimer le polygone extérieur.

6. Dans la table d'attributs, basculez en mode édition à l'aide du bouton Basculer en mode édition, puis sélectionnez l'entité que vous souhaitez supprimer en cliquant sur la ligne correspondante. La sélection sera surlignée en jaune sur la carte. Cliquez sur le bouton pour supprimer l'élément sélectionné, basculez en mode édition en cliquant à nouveau sur le bouton Basculer en mode d'édition et enregistrez les modifications.

7. Supprimez maintenant toutes les couches non nécessaires de la liste des couches afin que nous n'ayons que les cours_eau, roer_captage, mnt_rempli, et OSM Standard (dans cet ordre).

Pour la visualisation, il est plus agréable de découper les couches sur la limite du bassin versant.

8. Commençons par découper la couche vecteur cours_eau sur les limites du bassin versant pour ne voir que les cours d'eau qui se trouvent à l'intérieur du bassin versant. Allez dans le menu principal et sélectionnez Vecteur | Outils de géotraitement | Couper.

9. Remplissez la fenêtre de dialogue comme dans la figure ci-dessous pour utiliser la couche de bassin versant comme un "emporte-pièce" afin de découper les cours d'eau de la Couche d'entrée à la limite de la Couche de superposition roer_captage. Appelez la couche Découpé cours_eau_coupé.shp. Cliquez sur Exécuter pour lancer l'outil. Cliquez sur Fermer pour revenir à l'écran principal.

Si vous obtenez une erreur liée à la géométrie, vous pouvez la corriger. Allez dans la Boîte à outils de traitement et choisissez Géométrie vectorielle | Réparer les géométries. Une autre solution consiste à essayer les outils de la Boîte à outils de traitement qui sont moins sensibles aux erreurs géométriques.

10. Supprimez les cours_eau de la liste des couches et faites glisser la couche cours_eau_coupé vers le haut de la liste.

11. Découpez le MNT de la même manière que nous l'avons fait dans la section 6 (Subdiviser le MNT). La seule différence est que nous devons spécifier une valeur pour les valeurs null (pas de données) qui est hors de la plage d'élévation. Vous pouvez utiliser -9999.

11. Stocker les données dans un GeoPackage

Pour regrouper les données et faciliter leur partage, il est conseillé d'enregistrer les couches du projet sous un GeoPackage.

1. Dans la Boîte à outils de traitement, cherchez l'outil Empaquetage de couches.

2. Dans la boîte de dialogue Empaquetage de couches, cliquez sur le boutonet sélectionnez toutes les couches. Notez que ce ne sont que les couches vecteurs.

3. Enregistrez-le sous le nom de  roer_données.gpkg et cliquez sur Exécuter et Fermer lorsque vous avez terminé.

4. Nous pouvons ajouter les couches rasters à partir du panneau Explorateur. Il suffit de faire glisser les couches rasters (par exemple mnt_bassin) vers le fichier roer_données.gpkg. Vous aurez peut-être besoin de rafraîchir le panneau Explorateur pour pouvoir voir le GeoPackage.

Enfin, nous pouvons aussi enregistrer le projet dans le GeoPackage. De cette façon, toutes les données et paramètres sont stockés dans un seul fichier qui peut être partagé avec les autres de façon beaucoup plus facile que des shapefile et fichiers de style séparés.

5. Dans le menu principal, choisissez Projet | Enregistrer sous | GeoPackage...

6. Choisissez pour la Connexion  roer_données.gpkg et donnez un nom au projet, par exemple  Roer.

12. Styler le bassin versant résultant

Pour montrer les résultats de votre analyse, vous pouvez utiliser une technique appelée les Polygones Inversé avec un Dégradé suivant la forme pour focaliser l'attention sur le bassin versant de la Roer.

1. Ouvrez le panneau de Styles de Couches en cliquant sur le bouton. Définissez la couche cible sur roer_captage.

2. Passez du moteur de rendu de Symboles uniques à un moteur de rendu de Polygones inversés. Cela rend les données comme étant l'inverse de la géométrie originale, c'est-à-dire que tout ce qui est à l'extérieur du polygone sera stylé. Cela crée un masque autour de la vallée de la Roer.

3. Sélectionnez ensuite la composante Remplissage simple. Ensuite, changez vers le type de symbole Remplissage dégradé en suivant la forme. Dans la section Dégradés de couleurs, utilisez la méthode des Deux couleurs par défaut. Changez la première couleur vers une composition RVB de 135 | 135 | 135. Changez la deuxième couleur en blanc.

4. Dans la section Style d'ombrage, cliquez sur l'option Définir la distance et fixez la distance à 4 mm.

5. Sous Rendu des couches, réglez l'Opacité à 65%.

6. Enfin, en haut du panneau de Styles de Couches, sélectionnez le composant de Remplissage dégradé en suivant la forme.

7. Cliquez sur le bouton Ajouter une couche de symboles. Changez la nouvelle couche Remplissage simple en un Type de symbole Bordure : Ligne simple. Donnez-lui une Couleur de noir et une Largeur de trait de 0.46 mm.

Cela nous donne ce beau bassin versant, comme l'illustre la figure ci-dessous.

13. Conclusions

Dans cette leçon, vous avez appris à :

• trouver et télécharger les tuiles de MNT SRTM à partir du site EarthExplorer
• fusionner en mosaïque des couches rasters en un raster virtuel
• reprojeter les rasters
• subdiviser des rasters
• remplir les puits dans un MNT
• calculer et styler les couches raster du sens d'écoulement
• calculer l'ordre d'écoulement de Strahler
• délimiter les cours d'eau
• délimiter les bassins versants
• attribuer un style aux différentes couche pour visualiser les bassins versants