Manual curvas y Drenajes
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UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
DEPARTAMENTO CIENCIAS DE LA TIERRA
MANUAL PARA ArcGIS 9
“Construcción de Curvas de Nivel y Redes de Drenaje”
Requerido para la Asignatura de Fotogeología
Esteban Moisés Faúndez Vargas
Profesor Asignatura: Sr. Ramiro Ulises Bonilla Parra
Profesor Laboratorio Geomática: Sr. Luis Eduardo Vásquez Rivas
Concepción, diciembre de 2010
1
Índice
Página
1 Introducción .................................................................................................................................... 2
2 Para Comenzar …............................................................................................................................ 3
2.1 Utilizando un DEM ..................................................................................................................... 3
2.1.1 Descarga ............................................................................................................................... 3
2.1.2 Preparación del DEM en ArcGIS-ArcMap …………............................................................. 6
2.2 Ubicación de una Zona de Estudio Específica .................................................................... 8
2.2.1 Límites .................................................................................................................................. 9
2.2.2 Cortar el DEM ………….......................................................................................................... 9
3 Curvas de Nivel …………................................................................................................................... 11
4 Redes de Drenaje ......................................................................................................................... 13
4.1 Visualización de los Drenajes .………………………………………...............................…………………...… 13
4.2 Niveles de Detalle .………………………………………………………….......................................................… 16
4.2.1 Obtención del Máximo Detalle ……………………..….........................................................…… 16
4.2.2 Otros Niveles de Detalle ……………………......................................................................……… 18
4.3 Obtención de Redes de Drenaje en Formato Shapefile ……………...............................…… 19
4.3.1 Reclasificación ……………………............................................................................................… 19
4.3.2 Convertir la Imagen a Shapefile ……………………..………........................................................ 23
5 Recomendaciones y Sugerencias ………...…………………….............................………….....………. 25
2
1 Introducción
El presente manual tiene por objetivo señalar los pasos a seguir para confeccionar curvas de
nivel y redes de drenaje a partir de un DEM (Modelo de Elevación Digital, en sus siglas en inglés)
utilizando el software ArcGIS y sus componentes asociados (ArcMap y ArcCatalog). Ambos
elementos resultantes pueden utilizarse como apoyo para el análisis topográfico e hidrológico
de alguna zona de interés.
Se mencionarán algunas funciones específicas del software, que permiten que las curvas y los
drenajes puedan incluirse en un mapa geológico y sobreponerse con imágenes satelitales.
En particular, las redes hidrográficas obtenidas, se mostrarán a distintos niveles de detalle, con
el fin de lograr un mejor aprovechamiento de la información entregada a partir del DEM y servir
de apoyo para el proceso de fotointerpretación.
Para una buena comprensión de este documento, se sugiere manejar conceptos básicos en
cartografía y en la utilización del software.
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2 Para Comenzar
Los primeros pasos a seguir son análogos al inicio de cualquier proyecto de ArcGIS, por lo cual se
recomienda crear una carpeta en el disco duro local y, dentro de ésta, unas específicas que
pueden llamarse “DEM” (dónde quedarán todos los archivos relacionados con éste) y otra
llamada “SHAPEFILES” (para guardar las curvas de nivel y las redes de drenaje finales).
Una vez abierta la aplicación ArcMap, se debe hacer conexión con la carpeta creada para el
proyecto a través de ArcCatalog.
2.1 Utilizando un DEM
Un DEM, o Modelo de Elevación Digital, es una imagen obtenida de forma remota por un
sistema de radar y posee información de la elevación del terreno para una zona determinada.
Actualmente, existen algunos sitios en Internet desde los cuales es posible descargar imágenes
satelitales y DEM’s generados por una variada gama de sensores, de forma gratuita, pero no con
las mejores resoluciones espaciales.
2.1.1 Descarga
Una buena página web para descargar estos productos es la provista por Global Land Cover
Facility (GLCF), cuya dirección es la siguiente:
http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp
En este manual se utilizará un DEM de la zona correspondiente a la Región de Atacama, Chile,
disponible en la biblioteca de imágenes satelitales del programa estadounidense Landsat TM,
con una resolución espacial de 30 metros.
A continuación se presentan los pasos para descargar el DEM:
- Al ingresar a la página web, se debe hacer clic en el recuadro “Map Search”.
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- Luego, seleccionar el tipo de set de datos a utilizar, en este caso se marca la casilla “TM”
en la pestaña de “Landsat Imagery”.
- Acercarse a la zona particular que se quiere estudiar haciendo clic en el mapa mundial
que aparece, aunque, si se desea, es posible ingresar el lugar a partir de coordenadas
geográficas, utilizando la pestaña “Lat/Long” en la parte superior de la ventana del
mapa. Una vez centrada la zona, se debe hacer clic en la herramienta “Select” y luego
seleccionar la imagen disponible.
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- Hacer clic en la opción “Preview & Download”.
- Elegir una de las imágenes disponibles. En este caso se utiliza la más actualizada, del año
2007. Una vez seleccionada, se debe hacer clic en “Download”.
- En esta nueva ventana, se encuentran todas las imágenes satelitales de la zona en
distintas bandas, pero para este documento sólo se descarga el archivo del DEM y los
otros asociados que permiten que la imagen esté georeferenciada. Los archivos de texto
deben guardarse como formato de bloc de notas desde el navegador en la opción
“Archivo-Guardar como”. Todas las descargas quedan en la carpeta “DEM”.
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- Finalmente, se descomprime el archivo del DEM, el cual se encuentra en formato “.tif”.
2.1.2 Preparación del DEM en ArcGIS-ArcMap
- Al abrir el área de trabajo en ArcMap, lo primero es definir una cartografía. En este caso
se utiliza el sistema coordenado proyectado UTM, en el Datum WGS 1984 Zone 19S,
disponible en el software. La información de referencia espacial del DEM puede
encontrarse viendo las propiedades de éste a través de ArcCatalog.
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- Se inserta el DEM en el área de trabajo.
- Para trabajar mejor, exportamos el DEM a un nuevo formato de imagen más
comprimido llamado “GRID”. Para esto, se hace clic en “Data-Export Data” y luego se
selecciona el formato GRID, eligiendo guardarlo en la carpeta “DEM” y un nuevo nombre
corto (máximo 13 caracteres).
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- Se inserta el DEM en el nuevo formato y se remueve el anterior.
2.2 Ubicación de una Zona de Estudio Específica
Debido al gran uso de recursos que ocupa la confección de curvas y redes, para cumplir el
objetivo de este manual, se selecciona un área específica más pequeña dentro de la zona total
mostrada por el DEM, la cual se delimita creando un shapefile de tipo poli-línea o polígono a
partir de la aplicación ArcCatalog (con la misma cartografía que el proyecto), dentro de la
carpeta preparada previamente para este tipo de archivos. Este procedimiento se puede omitir
si se posee un computador de altos rendimiento y capacidad de procesamiento.
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2.2.1 Límites
Se inserta el shapefile generado anteriormente y se dibuja la zona que se desea estudiar, ya sea
tanto manualmente, como a partir de coordenadas particulares. Para este caso se delimita
manualmente una zona alrededor de la ciudad de Vallenar.
2.2.2 Cortar el DEM
El paso siguiente es cortar el DEM según los límites previamente preparados, lo cual se realiza a
través de herramientas especiales del software. A continuación se explican los pasos a seguir:
- Dentro de las herramientas que se encuentran en ArcToolbox, se debe localizar la
función “Clip”, que se encuentra en “Data Management Tools-Raster-Raster Processing”.
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- Se deben ingresar la imagen del DEM y los límites deseados. Marcar la casilla indicada
permite que se corte exactamente según el shapefile seleccionado. Es importante borrar
la extensión “.img” del nombre del nuevo archivo para mantener el formato GRID (o se
puede elegir otro formato de imagen, según se desee).
- Finalmente, se remueve el DEM general y sólo se mantiene la nueva imagen más
pequeña.
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3 Curvas de Nivel
A continuación se indican los pasos para generar curvas de nivel a partir del DEM descargado y
ya preparado:
- Activar todas las extensiones disponibles para la versión completa del software, las
cuales se encuentran en “Tools-Extensions”.
- Localizar en ArcToolbox, la función “Contour”, que se encuentra en “Spatial Analyst
Tools-Surface”.
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- Se ingresa la imagen cortada del DEM y se indica la carpeta de destino para las curvas,
previamente definida para shapefiles. Se indica la equidistancia, que en este caso es de
50 metros. Las otras opciones no se modifican.
- El color puede modificarse fácilmente como cualquier shapefile y los rótulos que indican
la cota se agregan activando la opción “Label Features” (campo base es “Contour”) en
propiedades de la forma. Pero si, por ejemplo, sólo se desea rotular cada 100 metros, se
pueden generar nuevas curvas con esta equidistancia, luego activar el rótulo y,
finalmente, dejar este shapefile sin color.
Debido a que la resolución espacial es de 30 metros, se da el caso de que a equidistancias
menores (p.e. cada 25 metros), algunas curvas de nivel no quedan dibujadas correctamente y
poseen formas rectangulares. Este efecto puede eliminarse parcialmente, utilizando la función
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“Smooth” del editor avanzado de shapefiles. Se recomienda utilizar grados bajos a medios de
suavizado (p.e. 5 a 10), ya que puede ocurrir que ciertas curvas lleguen a cortarse entre sí (notar
que para utilizar esta función, se deben seleccionar las formas a editar, ya sea una por una o
todas juntas a la vez).
4 Redes de Drenaje
A partir del DEM, pueden generarse las redes de drenaje de una zona determinada a varios
niveles de detalle, lo cual permite utilizar esta nueva información tanto para realizar análisis
hidrológicos como para insertarlas en mapas geológicos y/o topográficos.
A continuación, se describen los pasos a seguir para confeccionar estas redes, utilizando el DEM
preparado con anterioridad.
4.1 Visualización de los Drenajes
- Verificar que todas las extensiones del software estén activadas, tal cual se hizo para las
curvas de nivel. Ahora se debe localizar el set de herramientas especializadas para
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hidrología, el cual se encuentra en ArcToolbox, en “Spatial Analyst Tools-Hidrology”. Las
funciones que se utilizan son “Fill”, “Flow Direction” y “Flow Accumulation”, en ese
orden particular. Notar que todos los archivos creados a partir de estas funciones están
en formato de imagen.
- Aplicar la función “Fill”, ingresando el DEM cortado e indicando la localización del
archivo generado. Se recomienda guardarlo en la misma carpeta DEM y con un nombre
correspondiente a la función aplicada. No se considera un límite de altura para este caso.
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- Luego, aplicar la función “Flow Direction”, ingresando la imagen creada a partir del paso
anterior con la función “Fill” y utilizar la misma carpeta de destino con su nombre
correspondiente. Las otras opciones se dejan en blanco.
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- Finalmente, para ver las redes de drenaje de la zona, se aplica la función “Flow
Accumulation”, ingresando la imagen creada en el paso anterior y guardando la nueva
información en la misma carpeta, con su nombre correspondiente. Las otras opciones no
se modifican.
4.2 Niveles de Detalle
El nivel de detalle que se desea visualizar, se puede modificar alterando las clasificaciones de la
simbología de la imagen, lo cual se puede encontrar en las propiedades de ésta, dentro de la
pestaña “Symbology”, seleccionando la opción “Classified”.
4.2.1 Obtención del Máximo Detalle
- En la ventana de simbología, se debe hacer clic en el botón “Classify”.
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- Indicar el tipo de clasificación como “Geometrical Interval” y elegir un nivel de 32 clases.
1º
2º
18
- Así, se visualizan las redes con máximo detalle.
4.2.2 Otros Niveles de Detalle
- Para obtener otros niveles de detalle, se debe cambiar el tipo de clasificación siguiendo
los mismos pasos anteriores. Por ejemplo, se utiliza una nueva clasificación según
“Natural Breaks (Jenks)”, con 32 clases, y se obtiene lo siguiente:
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- También con menor detalle, utilizando la misma clasificación anterior, pero con 5 clases:
Existe una amplia gama de tipos de clasificación que se pueden utilizar, por lo tanto, dependerá
del uso que se quiera dar a la información obtenida, el nivel de detalle al cual se puede llegar a
visualizar.
4.3 Obtención de Redes de Drenaje en Formato Shapefile
Para poder utilizar las redes generadas sobre un DEM, imágenes satelitales, mapas, etc., es más
práctico si éstas se encuentran en un formato más simple y manejable, tal cual lo es un shapefile
de ArcGIS.
4.3.1 Reclasificación
Antes de generar estos archivos, se debe considerar el nivel de detalle que se desea utilizar y,
probablemente, sea necesario realizar varios ensayos antes de obtener un shapefile adecuado.
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Este proceso se realiza a partir de una función de la herramienta “Spatial Analyst”, llamada
“Reclassify”, la cual sirve para hacer una reclasificación de la simbología de la imagen,
permitiendo eliminar ciertos datos para, finalmente, mostrar sólo los requeridos.
Se sugiere crear una nueva carpeta para el proyecto, que se puede llamar “RECLASSIFY”, con el
fin de guardar todas las reclasificaciones creadas, las cuales se generan en formato de imagen.
A continuación se describen los pasos a seguir, utilizando una clasificación de máximo detalle
para la imagen de drenajes obtenida anteriormente.
- En la barra de herramientas “Spatial Analyst”, indicar que se desea trabajar sobre la
imagen de las redes de drenaje.
- El siguiente paso es verificar, con la función “Identify”, el valor de los pixeles cuya
información se desea eliminar de la clasificación (Class value). En este caso, se desea
eliminar el fondo negro y algunas redes más pequeñas, lo cual resulta en la identificación
de las primeras 9 clases.
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- Localizar y hacer clic sobre la función “Reclassify”.
- Eliminar las primeras 9 entradas o clases una por una, haciendo clic en “Delete entries”.
- Marcar la casilla indicada y especificar la carpeta de destino de la imagen reclasificada,
guardándola con un nombre de fácil identificación. Hacer clic para finalizar la operación
y luego aceptar la notificación que envía la aplicación.
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- La imagen resultante se superpone a la imagen de las redes y es posible observar la
nueva clasificación en la información de ésta en la barra lateral.
- Ocultando la imagen de los drenajes completos, se puede evaluar si la reclasificación es
satisfactoria.
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4.3.2 Convertir la Imagen a Shapefile
La imagen obtenida de la reclasificación se puede convertir en un shapefile utilizando una
función del “Spatial Analyst”.
Los pasos a seguir se detallan a continuación:
- Localizar la función “Convert” en la misma barra del “Spatial Analyst”, y hacer clic sobre
“Raster to Features”.
- Seleccionar e ingresar la imagen de la reclasificación. Se sugiere utilizar un shapefile de
tipo polígono y marcar la casilla indicada, con el fin de obtener un resultado de mejor
calidad. La carpeta de destino debe ser la predefinida para este tipo de archivos.
Confirmar la operación.
- Ahora, la información de las redes de drenajes aparece como un shapefile y el color se
puede modificar alterando sus propiedades, según sea más apropiado.
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Como es notorio, usar la reclasificación de la imagen de los drenajes permite generar una gran
variedad de éstas según se requiera para un estudio determinado.
A partir del nivel de detalle obtenido con este procedimiento, es posible realizar un análisis
bastante completo de la zona en cuestión, lo cual se puede complementar con los análisis de
color y textura de imágenes satelitales, con el fin de apoyar el proceso de la fotointerpretación.
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5 Recomendaciones y Sugerencias
Para optimizar la calidad de los resultados, es necesario trabajar sobre un DEM de mejor
resolución espacial que la utilizada en este manual. Esto implica la compra de esta información a
las agencias que la generan, ya que los productos que se obtienen gratuitamente en Internet
son, en general, de baja resolución.
El procedimiento para obtener las curvas y redes de drenaje sobre áreas más amplias que la
vista en este documento, en tiempos relativamente cortos, requiere de computadores de alto
poder de procesamiento y se sugiere que posean una tarjeta gráfica independiente para no
utilizar recursos de memoria internos.
Para ingresar esta información generada sobre mapas, es recomendable que éstos sean a escala
1:50.000 o superior, ya que a menores escalas, es posible observar los defectos producidos por
la baja resolución espacial del DEM utilizado.