MODELING OF RIVER NETWORK BASED ON DIGITAL ELEVATION MODEL: THE PROBLEM OF 'SHORT' TRIBUTARIES
Authors: Tolkacheva Vasilisa F. , Gartsman Boris I. , Entin Andrey L. 
Published: February 2025

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.

Развитие гидрологического моделирования в условиях нестационарного климата и динамичности ландшафтного строения речных бассейнов при дефиците данных наблюдений, требует привлечение нового массива данных – данных анализа рельефа бассейнов и структуры речных систем. Появление глобальных цифровых моделей рельефа высокого разрешения создало принципиально новые возможности и требует разработки программного инструментария целевой обработки таких моделей. Принимая во внимание, что в последнее десятилетие структурно-гидрографический анализ речных систем столкнулся с размыванием и, в перспективе, утратой прежнего образа объекта исследований, и с потерей взаимной связи между структурой речной системы и рельефом её бассейна, если они получены из различных источников данных, исследования в этом направлении становятся ключевым для развития всего научного направления. В статье рассматривается некоторые аспекты получения адекватных моделей речной сети на основе цифровых моделей рельефа. Целью и основой исследования является развитие методов и технологии моделирования речной сети на основе цифровых моделей рельефа с использованием пространственных данных, представляющих климатические характеристики. На территории Черноморского побережья Кавказа, характеризующегося геологической «молодостью» рельефа и явно неравновесным характером речных систем на этапе активного врезания, с помощью авторских инструментов-надстроек для среды ArcGIS Desktop проведено моделирование речной сети в трех бассейнах, с различными общими высотными характеристиками рельефа, по 7 вариантам функции инициации. Выявлена и проработана методически новая концептуальная проблема, искажающая процесс калибровки моделей речной сети и препятствующая получению адекватных результатов моделирования. Авторами предложена оригинальная модель автоматического построения речной сети с двумя калибруемыми параметрами. Получены предварительные данные о разнородности характера формирования речной сети в разнообразных ландшафтных условиях, выраженных в различной значимости фактора уклона, а также в ландшафтно-обусловленных пространственных различиях пороговых значений функций инициации.