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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019



DELIMITACIÓN DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA EN ARCGIS Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 La delimitación de una subcuenca de forma manual puede ser un trabajo muy laborioso, sin embargo la plataforma ArcGIS cuenta con un potente conjunto de herramientas hidrológicas que permiten modelar el flujo de agua a través de una superficie de un Modelo de Elevación Digital (DEM). Por lo tanto, a través de las herramientas hidrológicas del software es posible construir una red hídrica a partir de un Modelo Digital de Elevación-DEM, para ello, es necesario considerar los siguientes aspectos: 1. Obtención del DEM. Un modelo de elevación digital, contiene una información aproximada de la geomorfología del relieve que se sustenta en diversas partes del globo. Tal modelo, puede obtenerse a partir de sensores satelitales disponibles para tal fin, un caso es el del radiómetro ASTER, mediante el programa TERRA de observación de la tierra, a cargo de la NASA. La información del proyecto puede ser vista a través del siguiente link: http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/index.jsp

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 2. Exportar el DEM a un archivo kml Con el DEM cargado en ArcGIS, exportarlo a un archivo kml, donde pueda apreciar a que parte de Colombia pertenece, y de esta forma poder tener una herramienta de juicio para asignar el sistema de referencia correspondiente. Esta herramienta se obtiene a partir de la siguiente ruta:

ArcToolbox > Conversion Tools > To KML > Layer To KML

De la ventana emergente, en la opción Layer - seleccionar el DEM previamente cargado y en Output File, asignar tanto la ruta de salida del archivo como el nombre a dar al mismo. Luego de obtener el archivo, abrirlo en la plataforma google earth, con el fin de que puedan conocer de una manera muy rápida, la zona a la que pertenece. (Tener en cuenta orígenes de coordenadas, para saber qué sistema espacial utilizar)

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3. Definir la proyección del DEM Mientras explora la zona geográfica comprendida en el DEM, debe proyectar el archivo ráster al sistema de referencia espacial que lo comprende. El archivo ráster por defecto trae asociado el datum WGS84, pero en el caso del territorio colombiano, debe asignar un sistema de proyección plano. Para ello, debe determinar qué origen de coordenadas le corresponde y seguir con la siguiente instrucción:

Arc Toolbox > Data Management Tools > Projections and Transformations > Raster > Project Raster

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 4. Corrección de rellenos y celdas vacías del DEM Una vez definida la proyección, se deberá usar la herramienta Fill, que permite rellenar vacíos en la superficie del ráster, con el fin de quitar imperfecciones en la información del DEM, tan solo es necesario trabajar con el DEM generado en el paso anterior.

Arc Toolbox > Spatial Analyst Tools > Hydrology > Fill Para ejecutar la acción, se debe cargar el DEM que ya fue proyectado, posteriormente, se debe direccionar el archivo a la carpeta donde será almacenado y ejecutar mediante la opción OK.

El resultado del proceso es un archivo ráster como el siguiente:

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5. Definir la dirección de la red hídrica.



Por medio de la herramienta Flow Direction, se crea un ráster con la dirección de flujo de cada una de sus celdas hasta su vecina cuesta abajo, aquí seleccionamos el ráster generado en el paso anterior y en output, el lugar donde será almacenado el archivo generado, al igual que el nombre de salida.

Arc Toolbox > Spatial Analyst Tools > Hydrology > Flow Direction

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El resultado del proceso es un archivo ráster como el siguiente:

6. Definir la acumulación hídrica



Ahora con la herramienta Flow Accumulation, se crea un ráster del flujo acumulado para cada una de sus celdas, la entrada de esta herramienta es el archivo ráster generado con la herramienta Flow Direction, mientras que en Output accumulation ráster se define la carpeta donde será almacenado el archivo, al igual que su nombre de salida.

Arc Toolbox > Spatial Analyst Tools > Hydrology > Flow Accumulation Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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El resultado del proceso es un archivo ráster como el siguiente:

7. Construir la red de drenaje La idea ahora, es construir la red de drenaje principal y la red de drenaje secundaria, la cual puede ser estimada mediante la herramienta ráster Calculator. Para ello, hay que tener en cuenta el tamaño del pixel (tamaño del DEM), para este ejemplo al construir la red hídrica primaria se puede determinar los valores del ráster Flow Accumulation mayores a 1250000, y para la secundaria mayores a 1250. Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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Arc Toolbox > Spatial Analyst Tools > Map Algebra > Raster Calculator

De la herramienta ráster calculator, debe seleccionar el ráster que contiene la acumulación de flujo y luego seleccionar el símbolo de mayor que, para finalmente escribir el valor a estimar: Como ejemplo se tiene (ver imagen de arriba) la acción hecha al software:

- Para la red primaria =» Flowacc > 1250000 - Para la red secundaria =» Flowacc > 1250 Archivo ráster generado para la red primaria:

Archivo ráster generado para la red secundaria: Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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8. Definir el orden para la red de drenaje Luego de tener cada una de las redes, se prosigue a estimar el orden de cada uno de los drenajes calculados. Esto se obtiene, mediante la herramienta Stream Order, en donde se asigna el orden numérico de cada uno de los segmentos del ráster que representan las ramas de una red lineal (red hídrica). Arc Toolbox > Spatial Analyst Tools > Hydrology > Stream Order

En Input stream ráster, se debe cargar la red de drenaje previamente calculada, en Input flow direction ráster, el archivo ráster calculado al inicio de esta guía (página 5), en Output ráster deberán asignar el nombre de archivo y la carpeta donde este será almacenado. El resultado será el siguiente: Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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Ahora que se ha elaborado la red hídrica con los distintos órdenes, convertir el ráster obtenido a shapefile con la herramienta Ráster to Polilyne.

Arc Toolbox > Conversion Tools > From Raster > Raster to Polyline El resultado será un archivo shapefile como el siguiente:

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 Del mismo modo, hacerlo para el ráster que contiene la red primaria y que fue calculado mediante el ráster calculator. La red primaria no necesita de orden, por lo que no es necesario realizarle un stream order.

9. Delimitación automática de la cuenca. Otra de las funciones del software es la delimitación automática de una cuenca hidrográfica, apoyándose en la herramienta Basin, este proceso elabora un ráster delineando todas las cuencas hidrográficas con base a la red de drenaje, el ráster de entrada es el creado con la herramienta Flow Direction, el archivo de salida debe ser direccionado a la carpeta donde están almacenando los archivos, al igual que el nombre del mismo. Arc Toolbox > Spatial Analyst Tools > Hydrology > Basin

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 El resultado del proceso es un archivo ráster como el siguiente:

Como lo que se obtiene es un archivo ráster y debe tenerse un shapefile para poder estimar el dato de área. Se debe convertir el archivo ráster a vector, mediante la siguiente acción: Arc Toolbox > Conversion Tools > From Raster > Raster to Polygon

El Input ráster es el archivo de las cuencas delimitadas, mientras que en Output polygon features, debe ser definido el nombre de salida del archivo y la carpeta donde será almacenado. El resultado del proceso, es un shapefile que contiene las cuencas pero a manera de polígonos. De esta forma, se podrán obtener las áreas de cada una de las cuencas. Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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10. Recortar una de las cuencas El DEM, contiene información de una amplia zona, por lo que es necesario trabajar en una de ellas. Para ello, se debe seleccionar una de las cuencas. La selección de una de las cuencas, se hace a través del icono select features y luego con la herramienta Clip de Geoprocessing, podrá extraerla de las demás.

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También, puede extraerla, si la selecciona y ejecuta el siguiente proceso:

ArcToolbox > Analysis Tools > Extract > Clip El resultado del proceso será un shapefile (polígono) como el siguiente:

También puede generar las respectivas subcuencas de una cuenca a partir de la herramienta Watershed que se encuentra dentro del paquete de herramientas de Hidrology y mediante la creación de puntos de fuga o de salida de una cuenca. Elaborado por: Ing. Ronal Jackson Sierra Parada M. Sc. Docente titular de la asignatura

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 11. Producto final Como producto final, recortar el shapefile de los órdenes con la cuenca, mediante la ejecución de la siguiente acción: Arc Toolbox > Analysis Tools > Extract > Clip

En Input Features, seleccionar el shapefile hecho a través de ráster to polyline. En Clip Features, seleccionar el shapefile que contiene la cuenca que fue seleccionada y en Output Feature Class, definir la carpeta donde será almacenado el archivo, así como el nombre que se dará al mismo. Repetir el proceso para la red primaria, dejar visibles solo los shapefiles de la red primaria, la red secundaria con orden y la cuenca delimitada, así;

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Universidad Santo Tomás Curso de Sistemas de Información Geográfica Facultad de Ingeniería Ambiental 23 de April de 2019 Nota: Entregar un archivo PDF, donde presente el mapa de la cuenca generada, con las respectivas subcuencas. La cuenca debe tener los sitios de interés, municipios que la limitan, nombre de los cauces y otros elementos, que puedan dar cuenta de un verdadero contexto geográfico. Adicionalmente, deben calcular el área de la cuenca, al igual que la longitud de cada uno de los cauces. Esta información, debe ser incorporada a la tabla de atributos de cada uno de los shapefile. Los drenajes deben ser editados y con un leve suavizado según indicaciones del docente. La resolución del archivo PDF debe ser superior a 400 DPI y debe ser presentado en clase. Los soportes del proceso, deben ser almacenados en una única carpeta y se debe realizar un mxd del taller realizado, que posteriormente se revisará en clase.

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