Delimitacin de cuencas con ArcGIS. Herramienta Hydrology de Spatial Analyst Tools

Para realizar un anlisis hidrolgico con ArcGIS, utilizando la herramienta Hydrology de Spatial Analyst, en primer lugar, debemos contar un modelo digital de elevacin del rea de estudio, el cual se puede obtener de algn servidor gratuito o interpolar a partir coordenadas XYZ o curvas de nivel con la ayuda de la herramienta 3D Analyst.

Para ello utilizaremos la herramienta Hydrology contenida en Arctoolbox-Spatial Analyst Tools (ver artculo relacionado).

Paso 1. Fill Sinks

Con esta herramienta se rellenan las imperfecciones existentes en la superficie del modelo digital de elevaciones, de tal forma que las celdas en depresin alcancen el nivel del terreno de alrededor, con el objetivo de poder determinar de forma adecuada la direccin del flujo.

Para ello a partir de Hydrology se da clic en Fill, se abre una ventana donde se debe rellenar la siguiente informacin.

Input surface raster: se selecciona el dtm que vamos a utilizar para el procesamiento, en este caso es dtm_cuencas.

Output surface raster: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, por defecto le colocar el nombre Fill_dtm_cue1.

Z limit (optional): indica la mxima profundidad de los sumideros que queremos rellenar. Las profundidades de sumideros o imperfecciones mayores al valor colocado en este campo no se rellenaran.

En caso de dejar el campo en blanco, el programa tomar por defecto rellenar todos los sumideros, independientemente de la profundidad. Para el caso del ejemplo la dejaremos en blanco.

Como resultado se obtiene el raster denominado fill_dtm_cue1

Paso 2. Flow direction

Se define aqu la direccin del flujo buscando el camino descendente de una celda a otra.

A partir de Hydrology se da clic en Flow direction, se abre una ventana donde se debe rellenar la siguiente informacin.

Input surface raster: se selecciona el raster creado en el paso anterior que se denomina Fill_dtm_ce1

Output surface raster: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, por defecto le colocar el nombre FlowDir_fill1.

Output drop raster (optional): Es una salida opcional. El drop raster muestra la relacin entre el cambio mximo en la elevacin de cada celda a lo largo de la direccin del flujo, expresada en porcentajes. No escribimos nada en este campo.

Como resultado se obtiene el raster denominado FlowDir_fill1 (direccin de flujo)

Paso 3. Flow accumulation

Crea el raster de acumulacin de flujo en cada celda. Se determina el nmero de celdas de aguas arriba que vierten sobre cada una de las celdas inmediatamente aguas abajo de ella.

A partir de Hydrology se da clic en Flow accumulation, se abre una ventana donde se debe rellenar la siguiente informacin.

Input direction raster: se selecciona el raster creado en el paso anterior que se denomina FlowDir_fill1

Output accumulation raster: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, por defecto le colocar el nombre FlowAcc_flow1.

Input weight raster (optional): Es una salida opcional.

Output data type raster (optional): Es una salida opcional. Por defecto dejamos FLOAT

Como resultado se obtiene el raster denominado FlowAcc_flow1

Paso 4. Stream definition

En esta fase se clasifican las celdas con acumulacin de flujo superior a un umbral especificado por el usuario como celdas pertenecientes a la red de flujo. El umbral debe ser especificado como el nmero de celdas vertientes a la que se est clasificando en cada momento. Aqu se debe entrar a sopesar que valor sera el ms indicado, ya que si el valor de acumulacin es muy bajo muchos pixeles sern seleccionados como pertenecientes a la red hdrica, si por lo contrario, el valor del pixel es muy alto solo aquellos drenajes de orden alto seran definidos como red hdrica.

En otras palabras, seleccionar un valor bajo del umbral significa que obtendremos afluentes pequeos en nuestra red de drenajes, en cambio un valor alto, modela los drenajes de mayor tamao.

Para crear una red de corriente a partir del raster de acumulacin de flujo, se procede de la siguiente forma.

a. En el men de la barra de herramienta desplegable de Spatial Analyst selecciona la

stream_Red = con([FlowAcc_flow1] > 20000, 1)

Calculadora Raster.

b. Con el fin de crear una red de drenajes, tendr que especificar un umbral para la cantidad de pxeles adyacentes que constituyen una corriente. Aqu vamos a especificar un valor lmite de 20000 pxeles de acumulacin (si hay ms de 20000 pxeles que desembocan en l se parte de la red de corriente).

d. en la calculadora raster escribimos la expresin siguiente:

Clic en Evaluate y como resultado se obtiene el raster stream_Red(red de flujo) que se muestra a continuacin.

Paso 5. Stream Link

Divide el cauce en segmentos no interrumpidos. Es decir, que dichas secciones en las que se divide el recorrido del flujo sern segmentos que conectan dos uniones sucesivas, una unin y un punto de desague o una unin y una divisin del rea de drenaje. Para ello se procede de la siguiente forma.

Clic en Hydrology, luego en Stream Link, en la ventana que aparece se debe rellenar los siguientes campos.

Input stream raster: se selecciona el raster streamRed creado en el paso anterior.

Input flow direction raster: Se selecciona el raster de direccin de flujo, denominado flowdir_fill1 creado en el paso 2.

Output raster: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, le colocaremos el nombre StreamLink1.

Despus de dar clic en OK, se obtiene el siguiente mapa.

Paso 6. Stream Order

Crea un raster del orden de las corrientes. Para ello se usan dos mtodos:

En el mtodo Strahler, el orden de la corriente se incrementa cuando se cruzando dos drenajes del mismo orden. Dos drenajes de diferentes ordenes no se traducir en un aumento del orden de la siguiente corriente.

En el mtodo Shreve los rdenes de corrientes son aditivos.

El procedimiento es el siguiente: Clic en Hydrology, luego en Stream Order, en la ventana que aparece se debe rellenar los siguientes campos.

Input stream raster: se selecciona el raster stream_red creado el paso 4.

Input flow direction raster: Se selecciona el raster de direccin de flujo, denominado flowdir_fill1 creado en el paso 2.

Output raster: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, le colocaremos el nombre Stream_order.

Method of stream ordering (optional). Se selecciona el mtodo STRAHLER.

El resultado es el siguiente.

Paso 7. Stream Feature

Crea un shape de drenajes. El procedimiento es el siguiente: Clic en Hydrology, luego en Stream Feature, en la ventana que aparece se debe rellenar los siguientes campos.

Input stream raster: se selecciona el raster stream_red creado el paso 4.

Input flow direction raster: Se selecciona el raster de direccin de flujo, denominado flowdir_fill1 creado en el paso 2.

Output polyline feature: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, le colocaremos el nombre Stream20000.

Clic en OK, Obtenemos o siguiente.

Paso 8. Feature Vertice To Point

Esta herramienta permite determinar los puntos donde se cortan cada uno de los drenajes, es decir convierte los vrtices a punto. Podemos determinar un punto al inicio, la mitad o al final de cada tramo de corriente, para este caso nos interesan los puntos finales que es donde hay acumulacin de flujo y es el punto importante para determinacin de las cuencas. Para ello seguimos los siguientes pasos.

Vamos a ArcToolsbox, luego Data Management tools, seguido de Feature y finalmente Feature Vertice to Point.

Aparece una ventana donde se debe rellenar la siguiente informacin

Input Feature: introducimos el shape de la red de drenaje creada en el paso 7 (Stream20000).

Output Feature Class: aqu seleccionamos la ruta y el nombre del archivo de salida, le colocaremos el nombre vertToPoint.shape

Point Type (optional): Seleccionamos la opcin END que agregar los puntos al final de cada tramo de corriente.

Como resultado obtenemos lo siguiente.

Paso 9. Watershed Delineation

Delinea una subcuenca por cada uno de los segmentos de cauce definidos en el paso anterior. Se procede de la siguiente forma: Clic en Hydrology, luego en Watershed Delineation, en la ventana que aparece se debe rellenar los siguientes campos.

Input flow direction raster: se intruduce el raster de direccin de flujo creado en el paso 2, denominado FlowDir_fill1.

Input raster or feature pour point data: se introduce el shape de puntos creado en el paso anterior vertToPoint

Pour point fiel (optional): Dejamos la opcin por defecto (ARCID).

Output raster: La ruta y el nombre del archivo salida, le damos el nombre Watershed

Finalmente obtenemos la delimitacin de las cuencas.

Le cambiamos la simbologa y se obtiene lo siguiente. En total salieron 341 cuencas, si no queremos tantas o queremos modelar cuencas principales o ms grandes, en el paso 5 colocamos un nmero mayor de celdas.

La creacin de la red de drenaje y delimitacin de cuencas, tambin se puede implementar a travs del Modelbuider que ha explicado con anterioridad, mas adelante lo veremos.