07 ArcGIS - Delimitación de Cuencas

SIG APLICADO A LOS RECURSOS HDRICOS HIDROLOGA ESPACIAL

Delimitacin de cuencas con HEC-GeoHMS y ArcGIS 10.1

Los estudios hidrolgicos, requieren cada vez mayor uso de modelos matemticos como

herramienta de soporte para la planificacin y la toma de decisiones con el fin de la

implementacin de la Gestin integrada de los recursos hdricos en las cuencas

hidrogrficas. Estos modelos facilitan la cuantificacin de los diferentes procesos que

tienen lugar en la cuenca, permitiendo realizar el clculo de la respuesta de la cuenca

teniendo en consideracin las caractersticas geomorfolgicas. La utilizacin del HEC-

GeoHMS y su interaccin con el entorno SIG para la determinacin de los parmetros

hidrolgicos del modelo.

1. Trabajando con HEC-GeoHMS 10.1 y ArcGIS 10.1

Recopilacin de datos, ensamblaje de datos, pre procesamiento del terreno,

procesando la cuenca, caractersticas de los cauces y cuenca, parmetros

hidrolgicos.

HEC-GeoHMS es un conjunto de herramientas de ArcGIS especficamente diseados

para procesar datos geoespaciales y crear archivos de entrada para el Sistema de

Modelado Hidrolgico del Centro de Ingeniera Hidrolgica (HEC-HMS). Incluye la gestin

de datos integrada y una Interfaz Grfica de Usuario (GUI). A travs del GUI, que

consiste de mens, herramientas y botones, el usuario puede analizar la informacin

sobre el terreno, delinear subcuencas y arroyos/tramos, y preparar los inputs

hidrolgicos.

La relacin entre SIG, HEC-GeoHMS y HEC-HMS se ilustra en la Figura de abajo, con la

lnea discontinua vertical que separa las funciones de los SIG y la hidrologa de Cuencas

Hidrogrficas. HEC-GeoHMS proporciona la conexin para la traduccin de la

informacin espacial SIG en los archivos para el modelo HEC-HMS. La capacidad de los

SIG es utilizada para el formateo de datos, procesamiento y transformacin de

coordenadas. El resultado final del procesamiento SIG es una base de datos de

hidrologa espacial que consiste en el Modelo de Elevacin Digital (DEM), los tipos de

suelo, la informacin del uso de la tierra, la precipitacin, etc.


Vista general de los programas SIG e Hidrologa.

Actualmente, HEC-GeoHMS opera sobre el DEM para derivar la delimitacin de las

subcuencas y para preparar una serie de entradas hidrolgicas. HEC-HMS acepta estas

entradas hidrolgicas como punto de partida para el modelado hidrolgico. Los siguientes

pasos describen los pasos ms importantes en el inicio de un proyecto y llevarlo a travs

del proceso del HEC-GeoHMS.

Recoleccin de Datos

Ensamble de Datos

Pre-procesamiento del Terreno

Configuracin del proyecto HMS

Procesamiento de la Cuenca

Caractersticas de los Tramos y Cuencas

Parmetros Hidrolgicos

Archivos del modelo HMS

1.1. Recoleccin de Datos


Con el volumen de datos espaciales disponibles, es importante identificar los

datos que satisfaga las necesidades del proyecto. Los datos espaciales vienen en

muchos formatos, resoluciones, usos previstos, calidad y precios. Antes de la

recoleccin de datos, las especificaciones del proyecto deben ser revisados

minuciosamente para ver algunas recomendaciones. Cuando un proyecto no

especifica un conjunto de datos en particular, revisar las metas y los objetivos del

proyecto para ayudar a definir los datos aceptables en trminos de

almacenamiento de datos, la resolucin y la precisin. Adems, los factores

econmicos se deben considerar para determinar la efectividad de costos en la

recoleccin y el montaje de los datos o la compra de los datos de un proveedor. Si

los datos se recogen o compran, los metadatos tambin deben ser adquiridos

para proporcionar la documentacin necesaria.

1.2. Ensamble de Datos

El ensamblaje de datos a menudo requiere esfuerzos de un usuario SIG con

experiencia. Dado que los datos GIS tienen muchas formas y formatos, los

usuarios a menudo necesitan para convertir los datos en un formato comn y

luego en un sistema de coordenadas comn. Por ejemplo, los datos que describen

el terreno deben estar en formato cuadrcula ARC de ESRI mientras que los datos

vectoriales, como las alineaciones de arroyos y lugares de medicin de flujo,

deben estar en el formato de archivo shapefile. Al contar con un sistema de

coordenadas comn, estas bases de datos pueden ser superpuestos y las

operaciones espaciales se pueden realizar. Una lista de los sistemas de

coordenadas compatibles con HEC-GeoHMS se encuentra en el Captulo 5 del

Manual de Usuario del programa. Muchas veces, los datasets son proporcionados

en porciones rectangulares. En el ensamble de los datos, especialmente el

terreno, se requieren esfuerzos especiales para asegurar que los datos son

continuos a lo largo de los bordes.

1.3. Pre-procesamiento del Terreno

Utilizando los datos del terreno como entrada, el procesamiento previo del terreno

es una serie de pasos para derivar la red de drenaje. Las medidas consisten en el

clculo de la direccin del flujo, la acumulacin de flujo, definicin corriente,

y la delimitacin de cuencas. Estos pasos se pueden realizar paso a paso o de

una manera por lotes. Una vez que se desarrollan estos datasets, se utilizan en

los pasos posteriores para subcuenca y delineacin de la corriente/tramo. Es

importante reconocer que la cuenca y la delineacin de la corriente en las fases

del pre-procesamiento del terreno, es preliminarmente. Las herramientas estn

disponibles en el men de procesamiento de la cuenca que le da al usuario la

capacidad de delinear y editar las cuencas de acuerdo con las especificaciones

del proyecto.


1.4. Configuracin del proyecto HMS

El men de Configuracin del Proyecto HMS se utiliza para definir un rea de

estudio que se utilizar para desarrollar los archivos de entrada para un proyecto

de HEC-HMS. El usuario puede definir una salida y HEC-GeoHMS copiar todos

los datos de terreno pre-procesados para la zona aguas arriba de la ubicacin de

la salida. A continuacin, el usuario puede utilizar las herramientas en el men

Basin Processing para modificar la subcuenca y corrientes de la red, subdividir y

combinar, para cumplir con los objetivos del estudio. Mltiples salidas y proyectos

de HMS se pueden definir en el mismo proyecto HEC-GeoHMS. Esto ahorrara al

usuario de tener que ejecutar las herramientas de pre-procesamiento del terreno

para mltiples estudios.

1.5. Procesamiento de la Cuenca

En este paso, al usuario se proporciona con una variedad de herramientas

interactivas y de modo por lotes (batch) para delinear subcuencas. En el modo

interactivo, las herramientas permiten al usuario ver los resultados de delineacin,

evaluar los resultados, y aceptar o rechazar el trazado resultante. Cuando el

usuario realiza el procesamiento interactivo de la cuenca, el programa le pedir al

usuario que confirme los resultados. En el modo por lotes, el usuario puede

proporcionar los lugares de salida y el programa delinear las subcuencas en

esos lugares, pero sin interaccin para ver y revisar.

1.6. Caractersticas de los Tramos/corrientes y Cuencas

Cuando la delimitacin de la corriente y subcuenca ha sido finalizado, el usuario

puede extraer caractersticas fsicas. Las caractersticas fsicas de una corriente

incluyen la longitud, la elevacin de aguas arriba y aguas abajo, y la pendiente.

Esta informacin se extrae de los datos de terreno y se almacena en tablas de

atributos. Del mismo modo, las caractersticas fsicas de una subcuenca, tales

como longitudes ms largas de flujo, longitudes de flujo centroidales, y

pendientes, se extraen de los datos del terreno y se almacenan en las tablas de

atributos. Esta caracterstica fsica podra ser exportada y usada externamente

para estimar los parmetros hidrolgicos.

1.7. Parmetros Hidrolgicos


Adems de la extraccin de las caractersticas fsicas, el usuario tiene la opcin

de estimar los valores iniciales de diversos parmetros hidrolgicos. Parmetros

hidrolgicos, como el nmero de la curva y el porcentaje de rea impermeable, se

puede extraer como promedio de la cuenca y las cantidades de grilla-basadas en

los datos de suelos y uso de la tierra. Otros parmetros hidrolgicos, tales como el

tiempo de la concentracin, son calculados a partir de varios datasets que

incluyen terreno y datos de precipitacin.

1.8. Archivos del modelo HMS

HEC-GeoHMS produce una serie de archivos que pueden ser utilizados

directamente por el HEC-HMS. Estos archivos incluyen archivos background de la

forma, el archivo del modelo de cuencas, el archivo de modelo meteorolgico, y

un archivo de proyecto. Cuando los archivos HEC-GeoHMS generados se ponen

en un proyecto HEC-HMS, el usuario tiene un modelo HEC-HMS parcialmente

completado. Para completar el modelo, los parmetros hidrolgicos deben

estimarse e ingresarse en el modelo de cuencas utilizando el HEC-HMS. Adems,

el usuario puede aadir o eliminar elementos hidrolgicos y su conectividad para

reflejar las reas de modelado difciles. Por ltimo, el usuario necesita para

desarrollar un modelo meteorolgico, para representar la precipitacin y una

especificacin de control para definir en la ventana de tiempo de simulacin.

Cuando se hayan completado estos tres componentes del modelo, el usuario

puede calcular una ejecucin de simulacin y calibrar el modelo hidrolgico.


2. Ejemplo de aplicacin HEC-GeoHMS 10.1 y ArcGIS 10.1

Pre procesamiento del modelo de terreno, procesando la cuenca, sistema de

modelamiento hidrolgico.

2.1. Tarea I: Pre-proceso el modelo de Terreno

Abra un nuevo proyecto de ArcMap vaco.

Asegrese de que las cajas de herramientas ArcHydro y HEC-GeoHMS se

han cargado en ArcToolbox.

Cargar la barra de herramientas HEC-GeoHMS.

Cargar los datos del Terreno.

Guardar el Proyecto.

Realizar el anlisis de drenaje utilizando la aproximacin de 8-puntos de

vertido.

Extraer datos especficos del proyecto.

Cargar el archivo raster de elevaciones.

Llenar los huecos y/o sumideros que tuviese el DEM

Calcular la direccin de flujo


Calcular la acumulacin de flujo

Definir los tramos

Segmentar los tramos

Delimitar las cuencas


Convertir las cuencas a formato vectorial

Convertir los ros a formato vectorial

Adjuntar las cuencas

Vista de las cuencas en formato vectorial


Colocar el raster de stream segmentation arriba (o visible) y con el icono ,

definir el rea del proyecto.

Iniciar un nuevo proyecto


Clicar nuevamente el icono en el mismo punto donde se selecciono el rea de

proyecto, para definir la salida.

Luego generar el proyecto con Generate Project.

Definir los rasters del proyecto


Crear un nuevo proyecto en un nuevo dataframe

Generar los archivos del nuevo proyecto


Generacin satisfactoria


2.2. Tarea II: Procesamiento de la Cuenca

Revisar la delimitacin de las subcuencas.

Extraer las caractersticas fsicas de las corrientes y subcuencas.

Desarrollar los parmetros hidrolgicos.

Desarrollar las entradas HMS.

Unin de cuencas con Basin Merge


Perfil del ro

Determinacin de la longitud de ros


Determinacin del centroide de las subcuencas

Longitud de la recta del centroide a la salida de la cuenca

Vista del centroide y las diversas longitudes

Seleccionando el proceso


Unidades del proyecto


Asignacin de los campos para el HEC-HMS


Verificando los datos

Esquema HEC-HMS


Estableciendo la leyenda de los elementos


Adicionando coordenadas

Preparar datos para exportar el modelo


Creacin de los shapes de fondo

Generar el modelo de cuenca

2.3. Tarea III: Sistema de Modelamiento Hidrolgico

Configuracin de un modelo HMS con entradas del HEC-GeoHMS.


Crear un nuevo proyecto en HEC-HMS

Importando el archivo de cuenca

Vista del modelo de cuenca

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