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Apport des logiciels de SIG dans lamorphomeacutetrie des bassins versants LrsquoexempledrsquoArcGIS Guide meacutethodologique drsquoutilisation

DATASET middot DECEMBER 2014

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Mohamed El Mehdi Saidi

Cadi Ayyad University

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Available from Mohamed El Mehdi Saidi

Retrieved on 13 January 2016



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U niversiteacute Cadi Ayyad

Marrakech



Apport des logic iels de SIG dans la m orphomeacutetrie des bassins versants Lrsquoexemple d ArcGIS M E Saidi 2013

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Les deacutelimitations manuelles des bassins versants sur les cartes topographiques et les analyses morphomeacutetriques

classiques ont eacuteteacute les toutes premiegraveres mesures quantitatives utiliseacutees pour cerner la geacuteomorphologie des bassins

versants Ces analyses sont le preacuteambule agrave de nombreuses eacutetudes hydrologiques Aujourdrsquohui lrsquooutil informatique

permet drsquoentreprendre aiseacutement ces diffeacuterentes manipulations permettant la deacutelimitation des bassins versants la

mesure de la geacuteomeacutetrie de lrsquohypsomeacutetrie des pentes ou de lrsquoorganisation du reacuteseau hydrographique A cet effet

des logiciels des Systegravemes drsquoInformation Geacuteographique notamment ArcGis fournissent des outils inteacuteressants de

calculs et de mesures hydromorphologiques agrave partir des cartes MNT Un Modegravele Numeacuterique de Terrain (MNT) est

une repreacutesentation en trois dimensions de la surface de la terre creacuteeacutee agrave partir des donneacutees daltitudes du terrain

En 2009 un MNT a eacuteteacute mis gratuitement agrave disposition des internautes offrant une reacutesolution de 30 megravetres et

couvrant 99 de la surface du globe Il a eacuteteacute creacuteeacute par steacutereacuteoscopie agrave partir de couples de photos aeacuteriennes

ASTER (Advanced Spacebone Thermal Emission and Reflection Radiometer) par la NASA et le ministegravere de

lrsquoeacuteconomie du commerce et de lrsquoindustrie du Japon

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Deacutelimitation drsquoun bassin versant et deacuteterminations de ses caracteacuteristiques morphomeacutetriques

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Carte MNT

Logiciels Global Mapper amp ArcGIS 93 ou ulteacuterieur

Fichiers amp applications Fichier de projection amp lrsquoapplication Esrihydrology

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1- Geacuteoreacutefeacuterencer et deacutecouper la carte MNT avec Global Mapper

Ouvrir Global Mapper puis Ouvrir votre carte MNT (fichier dem)

Appliquer une projection agrave la carte MNT directement sous

Global Mapper cliquez sur lrsquoicocircne laquo Configuration raquo puis sur

la rubrique laquo Projection raquo et eacuteventuellement sur laquo Load From

File raquo pour chercher une projection agrave partir drsquoun fichier

disponible (Exemple Lambert Conforme Conique Maroc zone1)

Pour deacutecouper la MNT

Le fichier DEM ( Digital Elevation Map ou MNT) eacutetant ouvert

cliquez sur laquo File raquo puis sur laquo Export Raster And Elevation

Data raquo ensuite sur laquo Export DEM raquo Validez les OK

Dans la fenecirctre laquo DEM Export Options raquo cliquez sur la rubrique laquo Export

Bounds raquo puis sur laquo Draw a Box raquo

Seacutelectionez la zone agrave deacutecouper et validez deux fois par laquo OK raquo

Choisissez enfin un nom et un dossier drsquoenregistrement




2- Conversion de la DEM deacutecoupeacutee en image raster lisible par ArcGis

Ouvrir ArcMap puis convertir le fichier DEM en image Raster par

lrsquooutil ArcToolbox

Deacuteveloppez ArcToolbox et allez agrave lrsquooutil laquo Conversion Tools raquo puis

agrave laquo To Raster raquo et enfin double-cliquez sur laquo DEM to Raster raquo

Renseignez le champ laquo Input Dem File raquo avec votre DEM

deacutecoupeacutee Dans le champ laquo Output Raster raquo le logiciel speacutecifie le

fichier raster de sortie et son emplacement Validez par OK

Srsquoil nrsquoy a pas drsquoerreur la conversion srsquoeffectue et lrsquoimage raster grisacirctre srsquoaffiche

et une couche srsquoajoute dans le menu agrave gauche des laquo Layers raquo

- Veacuterifiez que votre projection est appliqueacutee en apercevant les coordonneacutees

Lambert sur la barre drsquoeacutetat (barre infeacuterieure) Sinon appliquez la eacuteventuellement par ArcToolBox ndash Data Management Tools ndash

Projection and Transformation ndash Define Projection Seacutelectionnez votre raster et cherchez votre fichier de projection par le

bouton laquo Select raquo ou importez le drsquoune couche preacute-eacutetablie (bouton laquo Import raquo) Validez par OK

Lrsquoeacutetude hydromorphologique drsquoun bassin versant par ArcGis srsquoeffectue agrave lrsquoaide de

lrsquoapplication hydrology qui se trouve dans ArcToolBox ndash Spatial Analyst Tools

3- La fonction Fill (Combler les puits)

Permet de combler des cellules identifieacutees comme eacutetant des points bas

(Par deacutefaut la commande recherche la plus faible valeur voisine

drsquoaltitude et lrsquoutilise pour combler la deacutepression) Cette fonction

srsquoexeacutecute sur votre couche raster (grisacirctre) eacutetablie preacuteceacutedemment par

ArcToolBox ndash Spatial Analyst Tools ndash hydrology - Fill

Apregraves lrsquoexeacutecution de cette commande une nouvelle couche est creacuteeacutee et ajouteacutee dans la

zone des laquolayersraquo

4- La fonction laquo Flow Direction raquo (Directions des eacutecoulements)

Cette commande permet drsquoidentifier les

directions des eacutecoulements dans la carteraster MNT Cochez la case Force flow at

edge et dans input surface votre carte

raster agrave puits combleacutes doit ecirctre speacutecifieacutee

En cliquant sur Ok la fonction va creacuteer et afficher une nouvelle couche

(ici Flow Direction1)

5- La fonction laquo Flow accumulation raquo (Accumulation des eacutecoulements)

Cette commande permet de calculer pour chaque cellule

la quantiteacute deau accumuleacutee dans la cellule du fait des eacutecoulements amont Dans le

champ Direction raster speacutecifiez la couche nouvellement creacuteeacutee par la fonction Flow

Direction On obtient une nouvelle couche raster (exemple ici Flow accumulation1)




6- La fonction Vectorisation du reacuteseau hydrographique

Cette commande permet de geacuteneacuterer une couche correspondant au reacuteseau

hydrographique Le niveau de deacutetail du reacuteseau peut ecirctre deacutefini par

lutilisateur en nombre de cellules 200 300 500 1000etc dans la fenecirctre

Expression Ceci en y tapant value gt nombre (Plus le nombre est petit plus

le deacutetail est grand)

Deacuteroulez ArcToolbox ndash Spatial Analyst Tools ndash Conditional ndash Con

Dans le champ Input conditional raster mettez

votre coche raster laquo Flow Accumulation raquo et Dans

le champ Input true raster mettez votre couche raster laquo Flow Direction raquo

Validez par Ok pour obtenir une nouvelle couche raster du reacuteseau hydrographique

Pour convertir ce reacuteseau en shapefile lineacuteaire

ArcToolbox ndash Spatial Analyst Tools ndash Hydrology ndash Stream to Feature

Remplissez les champs Input stream raster et

Input flow direction raster respectivement par la

couche raster (du reacuteseau hydrographique) qui

vient drsquoecirctre creacuteeacutee et la couche raster laquo Flow

Direction raquo

Vous obtiendrez une nouvelle couche de forme

lineacuteaire (shapefile) repreacutesentant le reacuteseau hydrographique

7- Deacutesigner un exutoire

Pour placer un exutoire particulier sur le cours drsquoeau et deacutelimiter de

bassin agrave cet exutoire

Ouvrez (eacuteventuellement) le fichier Excel contenant les coordonneacutees

de lrsquoexutoire Ceci par le bouton laquo Add Data raquo et allez chercher votre

fichier Excel et deacutesignez y votre feuille (feuille1)

La couche du tableur Excel srsquoouvre et se place en dessous de toutes les couches

Cliquez dessus avec le bouton droit puis Display XY Data (Ou eacuteventuellement

Creat XY)

Remarque Vous pouvez aussi placer directement le point sur le

cours principal par le bouton Go to XY et tapez les

coordonneacutees dans les deux cases X et Y

Attribuez une projection agrave la nouvelle couche ponctuelle via le bouton Edit et

importer (avec le bouton Import) le systegraveme de projection de lrsquoune de vos

couches (reacuteseau hydrographique ou limite du bassin hellip par exemple)

Le Shapefile ponctuel est aussitocirct creacuteeacute et placeacute (cette fois) au dessus de toutes

les couches




- Projections drsquoobjets ponctuels

Pour projeter des stations de mesures par exemple on procegravede de la mecircme faccedilon Ouvrir un fichier Excel preacuteeacutetabli

contenant ces stations et leurs coordonneacutees geacuteographiques Puis bouton droit et choisir Display XY Data et enfin

attribuez une projection agrave la nouvelle couche ponctuelle en lrsquoimportant drsquoune autre couche

8- La fonction Bassin versant

Cette fonction permet de creacuteer une carte de deacutelimitation drsquoun bassin versant On peut proceacuteder drsquoune faccedilon de

deacutelimitation entiegraverement automatique gracircce agrave une application agrave ajouter agrave ArcGis Il srsquoagit de lrsquoapplication

esrihydrology_v2dll (agrave teacuteleacutecharger eacuteventuellement drsquoInternet)

Remarque Cette application ne fonctionnerait pas sous Windows 7 ou 8 Il faudrait passer par Deacutemarrer ndash Tous les

programmes ndash ArcGis - Arc Map puis bouton droit sur ArcMap et choisir Proprieacuteteacutes Ensuite agrave la rubrique

Compatibiliteacute cochez la case laquo Exeacutecuter ce programme en mode de compatibiliteacute pour Windows XP (pack3) raquo

Enfin redeacutemarrer ArcMap

Pour inteacutegrer cette fonction agrave ArcToolBox (rubrique Spatial Analyst Tools) Menu Tools ndash Customize ndash Add From

file Allez chercher votre fichier (esrihydrology_v2dll) et cliquez sur ouvrir La commande hydrology modeling

srsquoajoutera agrave votre ArcToolBox Cochez-la pour lrsquoajouter agrave la barre drsquooutils visible drsquoArcMap

Lrsquoexutoire eacutetant indiqueacute il faut maintenant deacutecouper le bassin

versant agrave la limite de cet exutoire Pour cela dans la nouvelle

application ajouteacutee (hydrology modeling) allez agrave la fonction Interactive

Propertieshellip et renseignez les champs Flow direction et Flow

accumulation

Si vous validez lrsquoicocircne Watershed est activeacutee

En cliquant sur cette icocircne bleue le curseur se transforme

en signe + Vous pouvez alors cliquer directement sur votre

exutoire Le bassin versant fermeacute agrave cet exutoire est aussitocirct afficheacute Et sa couche raster

est ajouteacutee agrave la table des matiegraveres Il suffit alors la convertir en laquo shapefile raquo polygonal

par ArcToolbox - Conversion Tools - from Raster - Raster to polygon

Une nouvelle couche de forme polygonale est creacuteeacutee

Maintenant pour deacutecouper le reacuteseau hydrographique sur la limite finale du bassin versant

ArcToolbox ndash Analysis Tools ndash Extract ndash Clip

Renseignez les champs Input Features et Clip Features respectivement avec la couche agrave

deacutecouper (le reacuteseau hydrographique) et celle qui va servir de limite de deacutecoupe (le

shapefile du bassin versant)

Vous pouvez aussi deacutesigner le reacutepertoire de sauvegarde et le nom de la nouvelle

couche Validez enfin par OK

Une nouvelle couche de reacuteseau hydrographique limiteacute au contour du bassin versant estcreacuteeacutee Lrsquoancien reacuteseau peut donc ecirctre supprimeacute

Remarque Pour changer le dossier drsquoenregistrement des couches ou pour les renommer Bouton droit dessus ndash

Data ndash Export data




9- Attribuer la classification de Strahler au reacuteseau hydrographique

La classification de Strahler permet drsquoattribuer des ordres aux branches du reacuteseau

hydrographique selon leur importance

Pour lrsquoeffectuer ArcToolbox ndash Spatial Analyst Tools ndash Hydrology ndash Stream Link

Dans le champ ldquoinput stream rasterrdquo mettez votre couche raster du reacuteseauhydrographique (obtenu preacuteceacutedemment avec la fonction Con du paragraphe 6) et dans

le champ laquo Input flow direction raster raquo votre couche flow direction

Vous obtiendrez une nouvelle couche raster (agrave utiliser dans lrsquoeacutetape suivante)

Appliquez ensuite la fonction

ArcToolbox ndash Spatial Analyst Tools ndash Hydrology ndash Stream Order

Dans le champ ldquoinput stream rasterrdquo mettez la derniegravere couche raster que vous

venez de creacuteer et dans le champ laquo Input flow direction raster raquo toujours la couche

flow direction

Vous obtiendrez une nouvelle couche raster du reacuteseau hydrographique dont les

branches sont diffeacuterencieacutees par des couleurs Il faut ensuite convertir cette

couche en shapefile lineacuteaire par

ArcToolbox - Conversion Tools - from Raster - Raster to polyline

Le nouveau shapefile est ajouteacute agrave la table des matiegraveres Cliquez droit dessus

et choisissez Properties

Allez agrave Symbology puis agrave la rubrique Quantities et ensuite Graduated

Symbols

Dans le champ Value speacutecifiez GRID_CODE et choisissez le nombre de classes souhaiteacute et validez par OK Le

reacutesultat apparaicirct dans ArcMap

Pour eacutetiqueter les branches du reacuteseau hydrographique avec leurs ordres respectifs Clic droit sur la couche -

Properties ndash Labels

Cochez la case Labels features in this layer et dans le champ Label field speacutecifiez GRID_CODE puis validez

10- Mesurer la surface du bassin versant

Pour effectuer des mesures geacuteomeacutetriques du

bassin versant (Surface peacuterimegravetrehellip) il faut

ajouter des champs agrave la table attributaire de la

couche du bassin pour y calculer le paramegravetre en

question la surface par exemple

Pour cela

Clic du bouton droit sur la couche du bassin versant puis OpenAttribute Table puis Options ensuite Add Field

Nommez votre champ Surface (par exemple) et indiquez comme type

par exemple Long Integer (entier long)




Pour calculer la surface dans ce nouveau champ

Cliquez du droit sur le nom de ce ce champ et choisissez Calculate Geometry

Choisissez Area comme proprieacuteteacute et kmsup2 (sq km) comme uniteacutes En validant la surface est calculeacutee dans le champ

creacuteeacute agrave cet effet

11- Creacuteer la carte des pentes du bassin versant

Pour creacuteer la carte des pentes limiteacutee au bassin versant nous allons deacutecouper la carte DEM (agrave puits combleacutes par la

fonction Fill- paragraphe 3) aux limites du bassin et appliquer la commande de la pente (Slope)

Affichez votre couche DEM avec la couche du bassin versant (deacutelimiteacute agrave

lrsquoexutoire) et extraire les limites du bassin de la DEM par

ArcToolbox ndash Spatial Analyst Tools ndash Extraction ndash Extract By Mask

(Ou bien ArcToolbox ndashData Management Tools ndash Raster ndash Raster processing ndash Clip)

Speacutecifiez bien dans Input raster et dans feature mask data

respectivement la carte DEM globale preacuteciteacutee et la couche du bassin

versant fermeacute agrave lrsquoexutoire

Une nouvelle couche DEM limiteacute au bassin est creacuteeacutee

Maintenant pour creacuteer la carte des pentes

Cliquez sur les boutons ArcToolbox ndash 3D Analyst Tools ndash raster Surface ndash Slope

Vous pouvez nommer votre nouvelle carte des pentes et indiquer le dossier drsquoenregistrement dans Output raster

En validant une nouvelle couche rester des pentes est creacuteeacutee

12- Creacuteer la carte la carte hypsomeacutetrique du bassin versant

Affichez votre carte raster DEM limiteacutee au bassin versant

Cliquez sur les boutons 3D Analyst ndash Reclassify (ou bien

Sptial Analyst tools ndash Reclass ndash Reclassify)

Dans la fenecirctre qui srsquoaffiche indiquez votre couche raster DEM

limiteacutee au bassin versant et cliquez sur le

bouton Classify

Dans la fenecirctre suivante qui affiche les

statistiques hypsomeacutetriques de votre bassin

choisissez la meacutethode Manual et indiquez le nombre de classes

(correspondant aux tranches drsquoaltitudes) que vous souhaitez avoir




Vous pouvez forcer les limites des tranches en saisissant les chiffres au clavier dans le champ Break Value

Le bouton Precision vous permet de speacutecifier le nombre de chiffres apregraves la virgule (ici choisir zeacutero)

En validant par OK vous aurez une nouvelle fenecirctre avec le nombre de classes que vous avez speacutecifieacutees

Choisissez votre dossier de travail ou drsquoenregistrement (dans output raster) et nommez votre future couche des

tranches drsquoaltitudes puis validez par OK

Il vous faut maintenant convertir votre nouvelle couche raster des tranches drsquoaltitudes en fichier de forme

(shapefile) polygonal

ArcToolbox - Conversion Tools - from Raster - Raster to polygon

Vous pouvez diffeacuterencier les couleurs des tranches drsquoaltitudes en

cliquant du droit sur le nom de votre nouvelle couche puis Properties ndash

Symbology ndash Categories (unique values)

Dans le champ Value Field speacutecifiez GRIDCODE

Cliquez sur le bouton Add All Values puis choisissez votre deacutegradeacute decouleur dans le champ color ramp

Sous la rubrique Label vous pouvez ressaisir vos tranches drsquoaltitudes

telles que vous les avez deacutefinies preacuteceacutedemment (Si une tranche est

ajouteacutee vous pouvez la supprimer avec le bouton Remove )

Cliquez sur Appliquer pour visualiser le reacutesultat sur la carte Si ce

reacutesultat vous convient validez avec OK

La nouvelle carte des tranches drsquoaltitudes est afficheacutee

Pour calculer les surfaces eacuteleacutementaires des tranches drsquoaltitudes en

vue de tracer la courbe hypsomeacutetrique il faut ajouter un nouveau

champ agrave la table attributaire de la couche et y calculer ces surfaces

Clic droit sur le nom de la couche (dans la table des matiegraveres) puis

Open Attribute Table ndash Options ndash Add Field

Nommez le nouveau champ Surfaces et speacutecifiez Long Integer dans

le champ Type

Le nouveau champ est ajouteacute il faut maintenant y calculer les

surfaces A cet effet Clic droit (sur le nom du champ) ndash Calculate

Geometry

Choisissez area en property et lrsquouniteacute msup2 ou kmsup2 et validez par OK

Les surfaces sont aussitocirct calculeacutees et afficheacutees




Pour exporter la tableau vers Excel Options ndash Select All ndash Export

Le tableau est exporteacute sous format dbf (base de donneacutees) lisible par Excel

(Inutile drsquoajouter la table agrave votre affichage si on vous le demande)

Ouvrez Excel puis le fichier dbf creacuteeacute (et non pas xml) et rassemblez vos cellules par

tranches (mecircme GRIDCODE) pour les additionner Vous aurez ainsi la surface totale

de chaque tranche drsquoaltitude Ces surfaces partielles vous permettront ensuite de

tracer la courbe hypsomeacutetrique

13- La mise en page

La mise en page permet drsquoeacutediter une carte complegravete pour lrsquoimprimer ou lrsquoexporter dans un format

image (jpg bmp pnghellip) Crsquoest lrsquoeacutetape finale de lrsquoeacutelaboration des cartes theacutematiques Elle consiste

agrave mettre tous les eacuteleacutements indispensables tels que la leacutegende le titre lrsquoorientation lrsquoeacutechelle hellipetc

Pour seacutelectionnez la mise en page View ndash Layout View (affichage - mode mise en page) ou en

cliquant sur le symbole mode de mise en page en bas de lrsquoeacutecran

Pour ajouter des eacuteleacutements agrave votre carte comme le titre la flegraveche nord lrsquoeacutechelle la leacutegende ou une

image allez dans le menu insert et seacutelectionnez lrsquoeacuteleacutement deacutesireacute

La grille des coordonneacutees

Pour ajouter une grille ou un cadre de

coordonneacutees agrave votre carte

View ndash Data frame Propretieshellip

Dans la fenecirctre qui apparaicirct cliquez sur

Grid puis sur New Grid

Choisissez Mesured Grid Divides maps into a grid of map units

Choisissez un nom agrave la projection et cliquez sur Suivant

Choisissez lrsquoapparence qui vous convient (Etiquette uniquement par

exemple) puis deux fois suivant et enfin Terminer

Pour exporter la carte au format image File ndash Export Map

Choisissez un format drsquoimage et enregistrer votre carte pour lrsquoinseacuterer dans un

texte ou un exposeacute par exemple

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Marrakech




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Carte MNT



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Direction raquo











Creat XY)








les couches























accumulation
































flow direction








Symbols












Pour cela
































bouton Classify

































le champ Type



Geometry













13- La mise en page

























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Carte MNT



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Direction raquo











Creat XY)








les couches























accumulation
































flow direction








Symbols












Pour cela
































bouton Classify

































le champ Type



Geometry













13- La mise en page

















































































Direction raquo











Creat XY)








les couches























accumulation
































flow direction








Symbols












Pour cela
































bouton Classify

































le champ Type



Geometry













13- La mise en page












































accumulation
































flow direction








Symbols












Pour cela
































bouton Classify

































le champ Type



Geometry













13- La mise en page




































flow direction








Symbols












Pour cela
































bouton Classify

































le champ Type



Geometry













13- La mise en page


















































bouton Classify

































le champ Type



Geometry













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le champ Type



Geometry













13- La mise en page
































13- La mise en page






















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