Keywords: FDR-DEM Flow-direction Fill-DEM Map-Algebra Raster-Calculator Spatial-Analyst-Tools Arc-Hydro-Tools
Esta grilla define la dirección de la máxima pendiente del terreno para cada celda utilizando el modelo de relleno de sumideros - FIL. Esta capa es usada para a través del algoritmo de acumulación, crear el mapa discreto de acumulación de celdas que convergen hacia celdas más bajas y da como resultado ocho posibles direcciones en cada celda.
- Crear y validar el mapa de direcciones de flujo.
- A partir de la tabla de atributos de direcciones, crear un gráfico de conteo para evaluar la dirección predominante del flujo.
- Homologar mapas de direcciones de flujo a través de la calculadora ráster.
- ArcGIS for Desktop 10+
- ArcGIS Pro 2+ (opcional)
- QGIS 3+ (opcional)
- Grillas de relleno de sumideros o depresiones en modelos digitales de elevación – Fill Sinks – FIL. 🎓Aprender.
El libro de cálculo FdrDEM.xlsx de Microsoft Excel disponible en esta actividad, contiene un ejemplo básico de direcciones de flujo usando diferentes codificaciones.
El siguiente diagrama representa los procesos generales requeridos para el desarrollo de esta actividad.
Convenciones generales en diagramas: clases de entidad en azul, dataset en gris oscuro, grillas en color verde, geo-procesos en rojo, procesos automáticos o semiautomáticos en guiones rojos y procesos manuales en amarillo. Líneas conectoras con guiones corresponden a procedimientos opcionales.
Existen diferentes codificaciones para la marcación de direcciones de flujo que dependen principalmente de la herramienta utilizada.
| Orientación | ArcGIS | HidroSIG 4.0 | MapWindow 4.5 / D8 | QGIS 3.0 | QGIS 2.6 | rcfdtools | Manifold |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Este | 1 | 6 | 1 | 2 | 1 | 20 | 2 |
| Sureste | 2 | 3 | 8 | 3 | 8 | 21 | 3 |
| Sur | 4 | 2 | 7 | 4 | 7 | 22 | 4 |
| Suroeste | 8 | 1 | 6 | 5 | 6 | 23 | 5 |
| Oeste | 16 | 4 | 5 | 6 | 5 | 24 | 6 |
| Noroeste | 32 | 7 | 4 | 7 | 4 | 25 | 7 |
| Norte | 64 | 8 | 3 | 0 | 3 | 26 | 0 |
| Nordeste | 128 | 9 | 2 | 1 | 2 | 27 | 1 |
| No drena | 255 | 255 |
Las direcciones de flujo en ArcGIS for Desktop y ArcGIS Pro son idénticas y no requieren de homologación.
Cuando se crea el mapa de direcciones de flujo, p. ej. en QGIS, y el proceso posterior de acumulación va a ser realizado en ArcGIS, es necesario realizar la conversión y recodificación de las direcciones de flujo a la herramienta requerida utilizando un proceso intermedio de cambio de variable, lo anterior debido a que no se puede homologar directamente, p. ej. la dirección 1 - nordeste de QGIS a la dirección 1 - este de ArcGIS. Igual sucede con las direcciones 2, 4 y 8.
La columna rcfdtools contiene los valores de homologación a utilizar para recodificar mapas FDR.
La estimación de direcciones de flujo puede ser realizada con Spatial Analyst Tools de ArcGIS for Desktop, HEC-GeoHMS sobre ArcGIS 10.2.2 a través de Arc Hydro Tools, Spatial Analyst de ArcGIS Pro, Arc Hydro Tools sobre ArcGIS Pro, QGIS, HEC-HMS a través del menú GIS y otras herramientas y librerías.
-
En ArcGIS for Desktop, abra el mapa D:\R.LTWB\HECGeoHMS\HECGeoHMS.mxd creado en la actividad de reacondicionamiento de modelos digitales de elevación y modificado en la clase de relleno de sumideros que contiene las grillas FIL. En caso de que este generando un mapa nuevo, cargue directamente las grillas FIL contenidas en el directorio D:\R.LTWB\HECGeoHMS\Layers.
-
En la barra de herramientas HEC-GeoHMS, vaya al menú Preprocessing, seleccione la opción Flow Direction y cree la grilla de direcciones de flujo en formato GeoTIFF para los 3 modelos digitales de elevación con relleno de sumideros y asigne los nombres ASTERFdr.tif, SRTMFdr.tif y ALOSFdr.tif en la ruta D:\R.LTWB\HECGeoHMS\Layers.
En esta herramienta puede establecer el límite del mapa de direcciones con la opción Input Outer Wall Polygon.
Parámetros de entrada para direcciones de flujo ASTER
Resultados, ventana de ejecución grilla ASTER (dt: 01'11")
Resultados, ventana de ejecución grilla SRTM (dt: 01'12")
Resultados, ventana de ejecución grilla ALOS (dt: 09'08")
Para saber si las grillas FDR han sido creadas correctamente, en la simbología de representación desplegada en la tabla de atributos, únicamente deben ser visibles las direcciones 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 y 255 que corresponde a celdas sin dirección. En caso de que aparezcan números consecutivos 1, 2, 3, 4... hasta 255, deberá revisar y volver a generar el mapa de relleno de sumideros debido a que existen múltiples zonas con depresiones o sifones que no drenan sobre la superficie del modelo de elevación hacia una localización más baja.
- Visualice la tabla de atributos de la grilla ASTERFdr.tif que contiene valores discretos contables de las 9 direcciones de flujo (incluida la 255 o no dirección) y cree una gráfica de barras desde el menú View / Graphs / Create Graph.
Como puede observar en la gráfica y en la tabla de atributos, la dirección dominante en la grilla ASTER es 16 - Oeste con 7571807 celdas, similar a lo que ocurre en las grillas SRTM y ALOS en las que la dirección predominante también es 16.
Opcional: repita este procedimiento para los modelos digitales de elevación SRTM y ALOS.
| Herramienta | Procedimiento |
|---|---|
| ArcGIS for Desktop / Spatial Analyst Tools | En el ArcToolBox, busque la caja de herramientas Spatial Analyst Tools / Hydrology y seleccione la herramienta Flow Direction. Seleccione la grilla de entrada, asigne un nombre de la grilla de salida y opcionalmente ingrese el valor Output drop raster correspondiente a la máxima diferencia en % de elevación entre la celda de terreno para definir la dirección de drenaje. |
| ArcGIS 10.2.2 / Arc Hydro Tools | El procedimiento es el mismo presentado en esta actividad a través de HEC-GeoHMS debido a que esta herramienta utiliza Arc Hydro Tools. |
| ArcGIS Pro / Spatial Analyst | En el panel Geoprocessing, busque la caja de herramientas Spatial Analyst Tools / Hydrology y seleccione la herramienta Flow Direction. Seleccione la grilla de entrada, asigne un nombre de la grilla de salida y opcionalmente ingrese el valor Output drop raster correspondiente a la máxima diferencia en % de elevación entre la celda de terreno para definir la dirección de drenaje y seleccione el algoritmo que define el tipo de direcciones a obtener (D8, MFD, DINF). |
| ArcGIS Pro / Arc Hydro Tools Pro | En el panel Geoprocessing, busque la caja de herramientas Arc Hydro Tools Pro / Terrain Preprocessing y seleccione la herramienta Flow Direction. En esta herramienta puede delimitar la zona a ser evaluada con la selección de un polígono mediante Input External Wall Polygon Class. |
| HEC-HMS | En el panel lateral seleccione en Basin Models el modelo de cuenca creado, luego en el menú GIS seleccione la opción Preprocessing Drainage. Este procedimiento crea automáticamente las grillas de direcciones y acumulaciones de flujo. |
| QGIS 3 | En el Processing Toolbox busque el grupo de herramientas SAGA / Terrain Analysis y ejecute Fill Sinks (Wang & Lui) que además de rellenas las depresiones permite generar el mapa de direcciones de flujo. |
Los métodos para estimar el tipo de dirección de flujo en ArcGIS Pro son:
| Método | Descripción |
|---|---|
| D8 | The D8 flow option models flow direction from each pixel to its steepest downslope neighbor. All of the flow is directed to this steepest neighbor. The output of the D8 direction type is an integer raster whose values range from 1 to 255. |
| MFD | The Multiple Flow Direction (MFD) algorithm, described by Qin (2007), partitions flow from a pixel to all downslope neighbors. A flow-partition exponent is created from an adaptive approach based on local terrain conditions and is used to determine the fraction of flow draining to each downslope neighbor. |
| DINF | The D-Infinity (DINF) flow method, described by Tarboton (1997), determines flow direction as the steepest downward slope on eight triangular facets formed in a 3x3 pixel window centered on the pixel of interest. Flow direction output is a floating point raster represented as a single angle in degrees, progressing counterclockwise from 0 (due east) to 360 (again due east). |
Para recodificar el mapa FDR en formato ArcGIS a QGIS 3, primero convierta a formato rcfdtools con la siguiente expresión:
Conversión de ArcGIS a rcfdtools (dt: 00'06.33") ASTERFdrrcfdtools.tif
Con("ASTERFdr.tif"==1, 20, Con("ASTERFdr.tif"==2, 21, Con("ASTERFdr.tif"==4, 22, Con("ASTERFdr.tif"==8, 23, Con("ASTERFdr.tif"==16, 24, Con("ASTERFdr.tif"==32, 25, Con("ASTERFdr.tif"==64, 26, Con("ASTERFdr.tif"==128, 27, 255))))))))
Para otros modelos digitales de elevación, en la expresión, reemplace el nombre "ASTERFdr.tif" por el nombre de la grilla FDR requerida.
Conversión de rcfdtools a QGIS3 (dt: 00'06.70") ASTERFdrQGIS.tif
Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==20, 2, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==21, 3, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==22, 4, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==23, 5, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==24, 6, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==25, 7, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==26, 0, Con("ASTERFdrrcfdtools.tif"==27, 1, 255))))))))
Para otros modelos digitales de elevación, en la expresión, reemplace el nombre "ASTERFdrrcfdtools.tif", por el nombre de grilla FDR requerida.
En este momento, dispone de grillas de direcciones para acumulación de flujo sobre todo el modelo digital de elevación.
En la siguiente tabla se listan las actividades complementarias que deben ser desarrolladas y documentadas por el estudiante en un único archivo de Adobe Acrobat .pdf. El documento debe incluir portada (mostrar nombre completo, código y enlace a su cuenta de GitHub), numeración de páginas, tabla de contenido, lista de tablas, lista de ilustraciones, introducción, objetivo general, capítulos por cada ítem solicitado, conclusiones y referencias bibliográficas.
| Actividad | Alcance |
|---|---|
| 1 | Realice el procedimiento presentado en esta clase en ArcGIS for Desktop, ArcGIS Pro y QGIS. |
| 2 | Investigue y documente la codificación de direcciones de flujo en otra herramientas, p. ej. Autodesk, SWMM, Bentley, Workstation, Iber, Ansys. |
- Se recomienda desarrollar la marcación de direcciones de drenaje con el mismo grupo de herramientas donde desarrollo el reacondicionamiento, p. ej. si el AgreeDEM fue generado directamente con Arc Hydro Tools Pro de ArcGIS Pro, obtenga las direcciones con las mismas herramientas Terrain Processing.
- https://pro.arcgis.com/en/pro-app/latest/help/analysis/raster-functions/flow-direction-raster-function.htm
- https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/latest/tools/spatial-analyst-toolbox/flow-direction.htm
- https://acolita.com/direccion-del-drenaje-en-qgis-3/
- https://docs.qgis.org/2.6/en/docs/user_manual/processing_algs/taudem/basic_grid_analysis_tools/d8flowdirections.html
- https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/latest/extensions/spatial-analyst/map-algebra/what-is-map-algebra.htm
- https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/latest/tools/spatial-analyst-toolbox/conditional-evaluation-with-con.htm
- https://saga-gis.sourceforge.io/saga_tool_doc/2.2.1/ta_preprocessor_4.html
| Versión | Descripción | Autor | Horas |
|---|---|---|---|
| 2023.02.01 | Guión, audio, video, edición y publicación. | rcfdtools | 1.5 |
| 2022.07.26 | Versión inicial con direcciones de flujo para DEM ASTER, SRTM y ALOS. Algebra de mapas para recodificación FDR. Diagrama de procesos. | rcfdtools | 6 |
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