EJERCICIO 3. Procesamiento Básico de los Modelos de Elevación Digital (DEM): Caracterización de Redes Hidrológicos y Superficies

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1 EJERCICIO 3 Procesamiento Básico de los Modelos de Elevación Digital (DEM): Caracterización de Redes Hidrológicos y Superficies Exploraremos los Modelos de Elevación Digital (DEM) para la caracterización de redes hidrológicas a través del uso de varias herramientas en SIG. Mientras realizamos este ejercicio, vamos a continuar nuestra familiarización con los datos en formato raster, aprenderemos sobre los procesos y la utilidad de convertir entre raster a vector y viceversa, y utilizaremos buenas prácticas para el manejo de datos. Explorar las herramientas básicas Datos requeridos: DEM (modelo de elevación digital) 1) Crear un nuevo proyecto en ArcMap. Guardarlo como: C:\Taller_SERVIR\3_DEM\DEM_flujo.mxd 2) En Tools / Extensions, cerciorarse que la extensión Spatial Analyst esté encendida. Si no lo está, encenderla. 3) Añadir la capa de elevación, dem_gtopo del directorio: C:\Taller_SERVIR\3_DEM\ Investigar las propiedades de la elevación (DEM) hacer doble clic sobre el nombre de la capa en la Tabla de Contenidos para abrir las propiedades. i. Cuál es el rango de valores? 1

2 ii. Cuál es la resolución? para regresar a la vista de los datos (Data View). Acercarse. i. Qué está en nuestra ventana? Podemos cambiar el esquema de colores (Color Ramp) para poder distinguir mejor entre elevaciones. En la Tabla de Contenidos, hacer doble clic en el nombre de la capa para abrir las propiedades. Seleccionar la pestaña de Symbology. 2

3 para regregar a la vista los datos. 4) Alejarse al nivel de la capa, o al alcance completo ( Full Extent) 3

4 5) Guardar el proyecto (File / Save) o (Ctrl + S). 6) Abrir ArcToolbox si todavía no está abierto posterior la carpeta de Spatial Analyst y después la carpeta de Hydrology. 7) En la Ventana de Herramientas (ArcToolbox Window), hacer doble clic sobre Flow Direction para determinar la dirección del flujo de todas las celdas en el DEM. Llenar los campos según los siguientes parámetros: El insumo es el DEM, y la salida se quedará en nuestra carpeta de 3_Hidrologia_DEM, llamada fdir1 Hacer clic en para correr Flow Direction. La salida fdir1 debe aparecer automáticamente en la Tabla de Contenidos y la Data View. Si no, añadirla. 8) Revisar el rango de valores (clic derecha sobre el nombre de fdir1 en la Tabla de Contenidos), y seleccionar Open Attribute Table. 4

5 Si la herramienta corrió exitosamente, deben haber solamente 8 valores, porque el agua solo puede fluir en 8 direcciones: O N E o Este 1 o Sureste 2 o Sur 4 o Suroeste 8 o Oeste 16 o Noroeste 32 o Norte 64 o Noreste 128 S Es muy probable que fdir1 tenga más que solamente 8 valores, como resultado de las depresiones en el DEM. El Spatial Analyst no puede dirigir la dirección de flujo si no existe solamente 1 camino en que el agua puede fluir. 9) Correr Sink dentro de la carpeta de herramientas de Hydrology para identificar las depresiones en el DEM que podrían interferir con las corrientes que van hacia el mar: Notar los valores que resultan en la salida sink1 estos reflejan las depresiones individuales o sinks" que tienen que ser llenadas. Probablemente tendría que apagar ( ) las otras capas para poder ver las depresiones. sinks 10) Será necesario llenar estas depresiones en el DEM. Correr Fill para llenar el DEM original: 5

6 Dependiendo de la resolución del grid, este paso puede tardar más en correr. Al final se produce un nuevo DEM llenado. (dem_fill). 11) Otra vez, correr Flow Direction, pero esta vez, usar el DEM llenado, dem_fill, y nombrar la salida fdir2. Notar los valores de la salida de la herramienta de Flow Direction (deben haber solamente ocho valores que reflejan las direcciones): 6

7 12) Correr Sink de nuevo, para estar seguro que todas las depresiones estén llenadas. Notar los valores en la salida sink2. Esto significa que no hay sinks o depresiones. 13) Ahora correr Flow Accumulation con el grid de dirección de flujo (fdir2) para ver que los ríos y riachuelos son propios de los datos del DEM: Observar los riachuelos derivados. Qué significa el valor máximo? 7

8 11,506 es el valor más alto en la capa facc. Los valores en la acumulación de flujo representa el número de celdas que fluyen hacía la celda en cuestión. En otras palabras, existe una celda en ésta salida que recibe agua de 11,506 otras celdas. 14) Guardar el proyecto (File / Save) o (Ctrl + S). Convertir tipo de dato a través de la identificación de ríos 15) De nuestra capa de Acumulación de Flujo (facc) identificaremos los ríos y riachuelos. Spatial Analyst Tools / Conditional / Set Null o Esta herramienta define como NoData los valores que no nos importan y guarda un grid de los píxeles en que estamos interesados. o En este caso, guardar todas las celdas que tiene una acumulación de flujo más que 500, entonces la expresión es value < 500 Resultado de Set Null: celdas de acumulación de flujo más que ) Frecuentemente, tenemos que jugar con los límites de la expresión. Repetir el proceso de Set Null dos veces más, igual que antes, pero cambiar la Expresión: Value < 100 y Value < 10. Lo que estamos buscando es una representación de una red conectada de ríos, pero a la vez algo que no indique ríos donde no existen. El valor representativo de ríos y riachuelos depende en la resolución y el número de celdas en el DEM. 8

9 o Celdas de acumulación de flujo más que 100 o Celdas de acumulación de flujo más que 10 o o Como vemos, la última salida contiene demasiadas celdas, pero la anterior quizás no tiene suficiente. Por eso, correr Set Null una última vez con Value < 50, y seguir intentando identificar los ríos entusiastamente. Celdas de acumulación de flujo más que 50 9

10 17) Conectar los ríos para poder tener una red de drenaje, y no solamente una representación visual de los ríos. Spatial Analyst / Hydrology / Stream Link Al ver la salida stream_link, notar que hay un gradiente de blanco a negro. Para visualizar mejor el significado de stream_link, abrir la Simbologia (hacer doble clic en el nombre de la capa, o hacer clic derecha y abrir las propiedades, y seleccionar la pestaña de Symbology). o Mostrar (Show) Unique Values, y seleccionar un esquema de colores (Color Scheme) variante. o Después, acercarse para ver la representación actual de los ríos. Notar que hay un valor y color para cada segmento de cada río generado. 18) Para dar un orden a cada segmento de los ríos, utilizar Spatial Analyst / Hydrology / Stream Order 10

11 Para más información acerca de la clasificación de Strahler y Shreve, leer la documentación proporcionada por ESRI (support.esri.com) Verificar que los órdenes combinan con las ubicaciones y conexiones de los ríos: 19) Para poder caracterizar y editar las propiedades es estos ríos, convertir la capa raster de los ríos a una capa vectorial, utilizando Stream to Feature, una herramienta diseñada específicamente para la conversión de ríos entre raster y vector. Si se convierta los ríos utilizando las herramientas de Conversion (Raster to Polyline), se obtendría una capa vectorial sin características de la conectividad. Por eso, usamos Cerciorarse que Simplify polylines NO ESTÁ SELECCIONADO. Stream to Feature. o Para enseñar la diferencia entre Simplify polylines el gráfico abajo muestra las dos opciones. La opción de líneas no simplificadas resulta en líneas que casan exactamente con el punto central de una celda. La opción de líneas simplificadas resulta en líneas que corren por rutas más suavemente pero no necesariamente a través de las celdas originales. 11

12 o Pensando en la posible necesidad de convertir de un tipo de dato al otro, los procesos de simplificación casi siempre causan la pérdida de precisión. 20) Delinear las cuencas, basadas en la dirección de flujo. Correr Hydrology / Basin 21) Como antes, cambiar la simbología y mostrar Unique Values. 12

13 22) Para un uso posterior, convertir este GRID de Basin (cuenca) a polígonos: Conversion Tools / Polygon o Guardar la salida como basin_poly.shp Raster to 23) Examinar la nueva delineación de la cuenca basin_poly. Cómo es? o Se puede visualizar las ubicaciones de los ríos en comparación con las cuencas. o También se podría añadir otros límites oficiales de cuencas para una comparación. o Se puede distinguir cuencas y ríos familiares utilizando está información generada? 24) Guardar el proyecto (File / Save) o (Ctrl + S). Caracterización de superficies 25) Apagar pero no borrar todas las capas excepto que el DEM. 26) Convertir el DEM a Pendiente: Arc Toolbox / Spatial Analyst / Surface / Slope. 27) Revisar las estadísticas en Properties / Symbology / Source. 13

14 o Se desea un promedio cerca de 3, y el valor máximo cerca de 30. Si el resultado solo contiene grados empinadísimos, probablemente hay un problema con la referencia espacial o la proyección. o Insumos de alta resolución afectan las salidas, en términos del grado. 28) Correr Hillshade para crear una capa sombreada, también bajo las herramientas de Superficie (Surface). o Es posible modificar el azimut y altitud para personalizaciones de la herramienta, pero para nuestros propósitos, dejar en blanco estos campos. o Azimut: ángulo de la fuente de luz (0-360º) o Altitud: ángulo de la fuente de luz sobre el horizonte (0-90º) 29) Modificar la simbología (Symbology) de la salida, para hacerla más transparente. o En la pestaña de Display, cambiar la transparencia a 80%. 14

15 30) Encender otra capa, por ejemplo las cuencas o pendiente para verla con un poco de relieve. 31) También, es posible cambiar la transparencia utilizando el Menú de Effects. Hacer clic derecha en un espacio vacío sobre la barra de herramientas, y seleccionar Effects: 15

16 32) Guardar el proyecto. Otras maneras de realizar análisis hidrológicos: Hydrology Toolbar, disponible en EDN (ESRI Developer Network); incluye herramientas interactivas Watershed y Raindrop: gymodeling.htm 16