0

Panduan Praktikum Geoinformasi 2013

Acara 9

Surface Hydrology Tool

Asisten

Devy Rizky Panji Wijaya

Aloysius Dearga Purbo Waskita

Yogyakarta

Mei

2013

1

Tahapan Praktikum

A. Membuat Elevation Surface (Topo to Raster Tool)

B. Surface Hydrology Tools :

1. Fill Tool

2. Flow Direction Tool

3. Flow Accumulation Tool

4. Membuat jaringan sungai / stream network

5. Edit jaringan sungai / stream network

6. Basin Tool

7. Watershed Tool

8. Flow Lenght Tool

9. Rain Drop Tool

2

1. Membuat Elevation Surface

Surface hydrology tool merupakan tool yang bekerja dengan menggunakan data

yang termuat dalam cell file raster pada data elevation surface. Kualitas data surface

akan menentukan kualitas kerja tool ini.

Salah satu metode yang dapat digunakan untuk membuat elevation surface adalah

Topo to Raster Tool. Metode ini merupakan metode interpolasi multiresolusi yang

berarti metode ini akan menginterpolasi dari sel berukuran besar hingga kecil

sampai mencapai ukuran sel yang ditentukan. Langkah kerjanya adalah sebagai

berikut :

a) Buka map : TopoData.mxd (...\Excercise08\TopoData.mxd)

b) Pengaturan Lingkungan Kerja (Environment Settings)

Current workspace : .../Excercise08 (optional)

Scratch workspace : .../Excercise08 (optional)

Extent : Same as layer TopoBoundary

Cell size : As Specified Below, type 10

c) Gunakan Topo To Raster Tool (Spatial Analyst Tool\Interpolation\Topo to

Raster Tool).

Masukkan data/feature layer :

TopoSpot

TopoContour

TopoStreams

TopoLakes

TopoBoundary

Atur tipe data/feature layer,

TopoSpot => PointElevation

TopoContour => Contour

TopoStreams => Stream

TopoLakes => Lake

TopoBoundary => Boundary

Masing-masing tipe data/feature layer memiliki jenis dan fungsi tersendiri

yaitu sebagai berikut :

Point Elevation, merupakan data titik ketinggian khususnya untuk

lokasi penting yang tidak diakumulasi oleh data kontur seperti puncak

bukit

Contour, merupakan data ketinggian yang paling penting yang

digunakan untuk menentukan elevasi dan mendeteksi lembah dan

punggungan

3

Stream, merupakan data keberadaan sungai yang digunakan untuk

mengatur interpolasi agar menghasilkan pola penyaluran yang lebih

tepat

Lake, merupakan data lokasi danau yang digunakan untuk memastikan

area pada danau memiliki hasil interpolasi yang sama besar

TopoBoundary, merupakan data polygon tunggal yang menjadi batas

area interpolasi sehingga area diluar polygon ini akan tidak

diperhitungkan (Nodata cell)

Sink, merupakan data yang berisi titik-titik lokasi sink berada sehingga

membantu dalam membedakan sink sebenarnya dan sink akibat

kesalahan/eror interpolasi

Atur Field data :

TopoSpot => Spot_meter

TopoContour => Spot_meter

Field data yaitu field dalam data/feature layer yang memuat nilai/atribut yang

hendak diproses

Masukkan nama Output Surface Raster => topo2ras

Masukan nilai Output cell size => 10

Tentukan Output Extent => default coordinates

Tentukan Margin in Cell => default of 20

Parameter ini menentukan seberapa jauh interpolasi yang dilakukan diluar

batas/boundary. Hal ini penting sebab dapat meningkatkan akurasi nilai

interpolasi pada bagian pinggir daerah yang diinterpolasi

Tentukan nilai Smallest dan Largest z value yang digunakan dalam

interpolasi = > default of nothing

Tentukan Metode Drainage Enforcement => default of ENFORCE

Parameter ini mengatur bagaimana sink akan diatur. Terdapat 3 pilihan yaitu

ENFORCE = digunakan untuk menghilangkan semua sink

NO_ENFORCE = digunakan untuk tidak menghilangkan semua sink

ENFORCE_WITH_SINK = digunakan untuk menghilangkan sink yang

tidak teridentifikasi

Tentukan Primary type of input data => default CONTOUR

Paramater ini menentukan data mana yang akan diutamakan dalam

penentuan ridge dan stream

Tentukan Maximum number of iterations => default of 40

Semakin besar parameter ini maka akan cenderung untuk menghapus sink

Tentukan Roughness penalty => default of 1

Paramater ini mengatur perubahan kelerengan permukan dan mengatur

perubahan terrain seperti disekitar punggungan atau sungai agar lebih sesuai

Tentukan Discretisation error factor => default of 1

Parameter untuk menetukan tingkat smooting

Tentukan Vertical standart error => default of 0

4

Tentukan Tolerance 1 => 6

Parameter yang mengatur drainage enforcement dan sink removal. Sink yang

lebih dalam daripada parameter ini tidak akan dihapus. Jika datanya berupa

data kontur, nilai yang digunakan adalah setengah dari nilai interval kontur.

Tentukan Tolerance 2 => 100

`parameter ini mencegah agar algoritm tidak membuat stream channels

melalui barriers yang memiliki nilai lebih besar dari pada nilai toleransi 2.

Optional Outputs :

Output streams polyline features => tuliskan outstreams

Menghasilkan shapefile yang berisi ridge dan stream hasil interpolasi

Output remaining sink point features => tuliskan outsinks

Menghasilkan shapefile berisi sink yang masih tersisa dari hasil interpolasi

Output diagnosic file => tuliskan outdiagnosics

Menghasilkan laporan mengenai semua input dan parameter serta informasi

selama interpolasi

Output parameter file => default of nothing

Menghasilkan file yang menyimpan semua data setting yang dapat digunakan

kembali untuk menjalankan tool pada lain waktu

Klik OK untuk menjalankan Topo to Raster

d) Gunakan Hillshade Tool (Spatial Analyst Tool\Surface\Hillshade).

Input raster =>topo2ras

Output raster => topo2hill

Klik OK

e) Bandingkan TopoHillshade (DEM USGS 30 meter) dengan topo2hill

(surface 10m hasil Topo to Raster)

Ubah Strech Type (Layer Properties\Symbology\Stretched) topo2hill menjadi

Standard Deviations dengan nilai n=2

Bandingkan dengan menggunakan Swipe Layer atau Flicker Layer (Effect

Toolbar)

5

B. Surface Hydrology Tool :

1. Fill Tool

Fill tool memiliki fungsi untuk menemukan adanya sink dan kemudian mengisi /filling

dengan elevasi terendah yang berada didekatnya. Fill tool akan menghasilkan

surface elevation yang terkoreksi dan dapat digunakan untuk analisa.

Langkah Kerja :

a) Buat Map baru (New Map File)

b) Tambahkan Layer dari ...\Excercise08 Folder

Elevation.lyr => Raster elevation surface

LandMask.lyr => Raster of Land (area air = NoData)

c) Pengaturan Lingkungan Kerja (Environment Settings)

Current Workspace => ...\Excercise08

Scratch Workspace => ...\Excercise08

Extent => Same as Layer Elevation

Cell Size => Same as Layer Elevation

Mask => Land Mask

d) Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Fill

Input Surface Raster => pilih Elevation

Output raster => elevfill

Klik OK.

2. Flow Direction Tool

Tool ini memiliki fungsi untuk menentukan arah aliran dengan cara

membandingkan nilai elevasi dari sel-sel yang saling berdekatan. Tool ini akan

menghasilkan layer yang tidak terlalu menarik secara visual serta tidak dapat

digunakan secara langsung / direct uses, namun sangat penting dan digunakan

dalam hydrology tools lainnya.

Gambar 1. Penentuan Flow Direction

(http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/printBooks_topics.cfm?pid=6050)

Langkah kerja :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Flow Direction

6

Input surface raster => pilih elevfill

Output flow direction raster => elevflow

Klik OK

3. Flow Accumulation Tool

Cara kerja tool ini adalah menghitung pada setiap sel, jumlah air yang mengalir

pada sel tersebut. Sel yang memiliki nilai besar, dapat diasumsikan sebagai

sungai.

Gambar 2. Perhitungan Flow Accumulation

(http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/printBooks_topics.cfm?pid=6050)

Langkah kerja :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Flow Accumulation

Input surface raster => pilih elevflow

Output flow direction raster => elevacum

Klik OK

4. Membuat Stream Network

Data sungai/stream hasil Flow Accumulation Tool perlu dimanipulasi/klasifikasi

untuk mementukan nilai yang akan digunakan dalam menidentifikasikan

sungai/stream network. Manipulasi/klasifikasi ini dilakukan dengan mengatur

Symbology. Langkah kerja adalah sebagai berikut :

Zoom layer elevacum pada area yang akan diamati

Buka Layer Properties/ Symbology/ Classified

Classification => Manual

Classes => 5

Klik Classify

Masukkan 4 nilai pertama Break Value => 10, 70, 200, 500

Klik OK

Ganti semua simbol warna menjadi putih

Ganti simbol warna satu per satu menjadi hitam dan amati perubahan

Stream Network pada layer

(Nilai Flow Accumulation

7

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Conditional \ Set Null

Input Conditional Raster => pilih elevacum

Input false raster or constant value => tulis 1

Output raster => tulis strmnet

Expression => tulis Value LT 70

Klik OK

Dengan menggunakan Set Null maka sel yang memiliki nilai Flow Accumulated 70

atau lebih besar akan diberi nilai 1 sedang yang lain akan dirubah menjadi NoData.

Karena stream network hasil Set Null memiliki stream segmen yang bernilai sama,

maka dapat digunakan Stream Link untuk memberi masing-masing segmen ID yang

tersendiri. Langkahnya adalah :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Stream Link

Input Stream Raster => pilih strmnet

Input Flow Direction Raster => pilih elevflow

Output Raster => tulis strmlink

Klik OK

Dari hasil Stream Link Tool diperoleh 3453 segmen yang telah diberi ID.

5. Edit Stream Segment

Pada Attribute Table strmlink akan ditemukan segmen yang pendek atau memiliki

nilai yang rendah pada kolom Count Field (1553 segment dari 3453) yang dapat

diamati dengan menggunakan Select by Attribute pada Attribute Tabel. Tujuan

dari tahap ini adalah untuk menghilangkan stream segmen yang pendek ( 5 atau

8

Langkah Kerja :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Stream Order

Input Stream Raster => pilih strmlink

Input Stream Direction => pilih elevflow

Output Raster => tulis strmorder

Method of stream ordering => pilih STRAHLER

Klik OK

Tahap berikutnya adalah mengubah segmen yang memiliki stream order 1 dan

memiliki sel 5 atau lebih kecil menjadi NoData. Tahap ini tidak dilakukan dengan

menggunakan SetNull Tool karena SetNull Tool tidak dapat digunakan pada analisa

multiple layer, sehingga dilakukan dengan menggunakan SetNull function pada Map

Algebra.

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Map Algebra \ Single Output Map Algebra

Map Algebra Expression => SETNULL (strmorder EQ 1 AND strmlink.Count

LE 5, strmlink)

Output Raster => tulis strmedit

Pada layer strmedit, jumlah total segmen yang ada yaitu 2728 (lihat Attribute Table),

untuk melihat perbedaannya dapat digunakan Swipe Layer pada Effect Toolbar

(zoom pada area first order stream).

Setelah menghapus segmen yang pendek, jalankan kembali Stream Link Tool pada

layer hasil pengeditan (strmedit) dan kemudian diikuti oleh Stream Order Tool. Hal

ini dilakukan karena menghaspus segmen yang ada akan merubah susunan ID dan

order.

Tahap terakhir adalah merubah stream data yang berupa raster menjadi vector

dengan menggunakan Stream to Feature Tool. Langkah kerja :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Stream to Feature

Input Stream Raster => pilih strmedit

Input Stream Direction => pilih elevflow

Output Raster => tulis streams

Simplify polylines => default of cheked

Klik OK

9

6. Basin Tool

Basin atau catchment area merupakan istilah yang digunakan untuk area tempat

berkumpulnya air yang mengalir ke arah yang sama. Tempat atau titik

bertemunya air disebut sebagai pourpoint

Gambar 4. Drainage System

(http://resources.esri.com/help/9.3/ArcGISengine/java/Gp_ToolRef/spatial_analyst

_tools/how_watershed_works.htm)

Tool untuk membuat basin terdiri dari 2 yaitu Basin Tool dan Watershed Tool.

Basin Tool membuat pour point sendiri dan membentuk basin untuk seluruh map,

sementara Watershed Tool membentuk basin hanya berdasarkan data pour point

yang sudah ada.

Langkah untuk menjalankan Basin Tool :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Basin

Input Stream Raster => pilih elevflow

Output Raster => tulis basins

Klik Ok

Ubah Symbology menjadi Unique Value

Set Transparency menjadi 35%

Tambahkan Hilldhade.lyr dan tampalkan layer basins diatas hillshade.lyr

7. Watershed Tool

Dalam penggunaan Watershed Tool, yang menjadi tantangan adalah cara membuat

pour point sesuai dengan analisa yang digunakan. Dalam praktikum ini akan akan

ditentukan 2 pour point yang memiliki nilai terbesar dari seluruh map dan kemudian

diolah menjadi basin menggunakan Watershed Tool.

Tahap pertama adalah pemberian ID pada stream berdasarkan basinnya, misal

stream pada basin 1 akan diberi ID 1 dan seterusnya.

10

Gambar 5. Ilustrasi Region Group Tool

(http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?id=6244&pid=6237&topicname

=Region%20Group&)

Langkah kerja :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Generalization \ Region Group

Input Raster => pilih strmnet

Output Raster => strmgroup

Number of neighbors to use => EIGHT

Accept remaining defaults

Klik OK

Tahap berikutnya adalah menentukan akumulasi maskimum yang ada pada tiap

region. Tahap ini akan dilakukan dengan menggunakan Zonal Statistics Tool,

dengan layer strmgroup untuk mendefinisi region/zona dan layer elevacum untuk

mendefinisi nilai akumulasi.

Langkah kerja :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Zonal \ Zonal Statistics

Input Raster or Feature Zone Data => pilih strmgroup

Zone Field => pilih Value

Input Value Raster => pilih elevacum

Output Raster => flowmax

Statistics Type => Maximum

Ignore NoData in calculations => Defaults of Checked

Klik OK

Selanjutnya adalah menemukan sel pada tiap basin yang memiliki nilai flow

accumulated tertinggi. Langkah kerjanya :

Jalankan Single Output Map Algebra

Map Algebra expression : CON (elevacum EQ flowmax, strmgroup)

Output raster : pourpoint1

11

Ekrepesi tersebut dapat diartikan bahwa jika accumulated flow sebanding/sama

dengan maximum accumulated flow pada basin, maka akan dipertahankan basin ID

nya sementara jika tidak, maka akan dianggap sebagai NoData. Hasil dari tahap ini

adalah titik pourpoint (tampalkan pourpoint1 dengan land mask untuk

mempermudah pengamatan).

Pourpoint yang dimiliki sekarang, hanya memiliki atribut berupa ID basin sehingga

tidak dapat dipilih berdasarkan nilai accumulation flow. Oleh sebab itu, dapat

digunakan Combine Tool untuk membuat pourpoint yang memiliki atribut berupa

basin ID dan accumulation flow. Langkahnya adalah :

Jalankan Spatial Analyst \ Local \ Combine

Input Raster => pilih pourpoint1

Input Raster => pilih elevacum

Output raster => tulis elevacum

Klik OK

Hasil dari tahap ini berupa pourpoint akhir yang dapat digunakan dalam Watershed

Tool. Sebelum menggunakan Watershed Tool, tentukan 2 pourpoint yang memiliki

nilai accumulation flow tertinggi, langkahnya :

Buka Attribute Table Pourpoint2

Sort Descending pada kolom elevacum

Pilih 2 data teratas sebagai pourpoint terbesar

Setelah dipilih pourpoint yang terbesar, jalankan Watershed Tool dengan langkah :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Watershed

Input flow direction raster => pilih elevflow

Input raster or feature pour point data => pilih pourpoint2

Pour point field => pilih pourpoint1 (basin ID)

Output raster => tulis watershed

8. Flow Lenght Tool

Tool ini mengitung panjang aliran upstream atau downstream untuk tiap sel.

Panjang aliran downstream adalah jarak yang ditempuh air untuk mencapai

pourpoint, sementara panjang aliran upstream adalah jarak terjauh sepanjang

flow path hingga ujung basin (top of basin).

Penentuan panjang aliran ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti

membuat diagram distance-area untuk hujan dan runoff, hydrograph untuk basin

dan untuk menghitung time consentration suatu pencemar. Langkah kerja nya

adalah :

Jalankan Spatial Analyst Tool\ Hydrology \ Flow Length

Input flow direction raster => pilih eleflow

Output raster => flowlenght

12

Direction of measurement => pilih DOWNSTREAM

Input weight raster => default of nothing

Klik Ok

Atur tampilan dengan menampalkan layer streams, flowlength (transparency

50%) dan paling bawah berupa layer hillshade

Gambar 6. Warna merah merupakan area terjauh dari pour point

9. Rain Drops Path

Untuk dapat menggunakan Rain Drop Tool, tahap pertama adalah dengan

menambahkan toolbar Hydrology Modelling terlebih dahulu. Langkahnya adalah

Jalankan Arc Map sebagai administrator (Run as Administrator)

Pada Main Menu, Klik Tool \ Costumize \ Commands Tab

Klik Add from file dan cari serta pilih esrihydrology_v2.dll

Klik OK

Klik pada Toolbars Tab, cari dan tambahkan Hydrology Modelling toolbar

Tahap berikutnya adalah mengatur dan menggunakan Hydrology Modeling toolbar,

yaitu

Pada Hydrology Modelling toolbar, klik hydrology

Klik properties

Input flow direction => pilih elevflow

Input flow accumulation => pilih elevacum

Klik OK

Pengaturan diatas mengaktifkan tool yang lain. Salah satu tool yang dapat

digunakan adalah Rain Drop Tool. Tool ini berfungsi untuk menelusuri aliran hujan

ke arah downstream. Langkah kerjanya

13

Klik icon Rain Drop tool

Klik kursor pada tempat tertentu

Untuk menghapus, dilakukan dengan menggunakan tombol Delete

Daftar Pustaka

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?id=6244&pid=6237&topicname

=Region%20Group&

http://resources.esri.com/help/9.3/ArcGISengine/java/Gp_ToolRef/spatial_analyst_to

ols/how_watershed_works.htm

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/printBooks_topics.cfm?pid=6050