Tutorial: Delimitação de Rios e Bacias Hidrográficas

Site: OpenCourseWare for GIS
Disciplina: QGIS Para Aplicações Hidrológicas
Livro: Tutorial: Delimitação de Rios e Bacias Hidrográficas
Impresso por: Guest user
Data: quinta-feira, 22 de fevereiro de 2024 às 01:25

Descrição


1. Introdução

Um dos usos mais importante do SIG em hidrologia é o delineamento de bacias e rios. Esta lição apresente um fluxo de trabalho genérico para delimitação de bacia e rede de drenagem para área onde apenas dados abertos estão disponíveis. Os dados do Modelo Digital de Elevação - MDE da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) com resolução de 1 Arc Segundo (≈30 metros) será usado.  O fluxo de trabalho será aplicado à bacia hidrográfica de Rur na Alemanha.


2. Teoria

Primeiro, apresentaremos a teoria necessária para este exercício em alguns vídeos. Assista a cada vídeo com atenção e responda às perguntas abaixo do vídeo.

2.1. Modelo Digital de Elevação em SIG

Assista a este vídeo sobre Modelos Digitais de Elevação em GIS.

2.2. Delimitação de Rios e Bacias Hidrográficas

Assista a este vídeo sobre a teoria de delimitação de rios e bacias hidrográficas.

3. Download do Modelo Digital de Elevação - MDE

Para a área de estudo de Rur, baixaremos os blocos de conjunto de dados global SRTM com resolução de 1 Arc-Segundo. Desde o final de 2014, um modelo digital de elevação global de 1-arc segundo (aproximadamente 30 metros no equador) foi lançado como dados abertos. Muitas partes do mundo foram cobertas por este conjunto de dados variando de 54 graus sul a 60 graus norte de latitude. Um descrição dos produtos de dados SRTM pode ser encontrada aqui.

As etapas a seguir explicam como baixar os blocos SRTM DEM para a área de estudo.

1. Abra o navegador e entre no site http://earthexplorer.usgs.gov

Para baixar os blocos MDE SRTM, você precisa criar uma conta. Se você não conseguir fazer uma conta, pode usar os blocos SRTM fornecidos com os dados desta lição.(4 arquivos GeoTiff).

2. Clique em Register e siga o procedimento. Após o registo, faça o login no portal USGS EarthExplorer.

Agora precisamos indicar a área de pesquisa. No EarthExplorer, isso pode ser feito de diferentes maneiras: (1) Pesquisa pelo nome da localização, (2) Ampliar o mapa e usar as coordenadas da área de zoom, (3) Carregar um KML KML ou shapefile compactado. Para este caso, preparamos um shapefile com uma caixa delimitada.

3. Escolha Shapefile e carregue o arquivo boundingbox.zip (primeiro você precisa compactar os arquivos pertencentes ao shapefile boundingbox).

earth explorer shapefile

earth explorer search criteria

4. Escolha Conjuntos de dados para ir até a próxima tela onde podemos selecionar o conjunto de dados.

5. Clique nos sinais de mais para selecionar Digital Elevation | SRTM | SRTM 1-Arc Second Global. Certifique-se de marcar a caixa.

earth explorer select data

6. Clique em Results para ir até a próxima tela.

Agora você vê os resultados da pesquisa: quadro blocos. Antes de fazer o download você pode verificar os blocos. Com o ícone do pé, por exemplo, você pode ver o bloco.

earth explorer search results

7. Faça o Download de cada bloco clicando no botão de opções de download do Earth Explorer earth explorer download options button.

8. Na caixa de diálogo Opções de Download baixe o MDE no formato GeoTIFF para a pasta de exercício em seu disco rígido.

earth explorer download options dialogue

Os blocos agora podem ser adicionados ao seu projeto QGIS.

9. Inicie o QGIS Desktop.

Começaremos com um novo projeto.

10. No painel Browser, adicione a pasta com os dados deste capítulo aos favoritos.

11. Clique com o botão direito em um dos blocos (MDE) e escolha Propriedades para revisar os metadados.

tile properties


12. Selecione e arraste os quatros blocos para a Tela de visualização do mapa.

four srtm tiles

4. Mosaico dos Blocos MDE

Antes de prosseguirmos, temos que mesclar os quatro blocos DEM, que na terminologia do SIG são chamados de mosaico. Aqui estão duas maneiras de fazer o mosaico dos blocos:

  • Mesclar os blocos em um arquivo raster físico (por exemplo, GeoTIFF)
  • Mesclar os blocos em um arquivo virtual (.vrt)
a primeira opção é mais lenta. Se tivermos muits blocos, preferimos criar um arquivo que mescla virtualmente todos os blocos. Isso será feito com as seguintes etapas:

1. No meu principal escolha Raster | Miscelânea | Construir Raster Virtual.
build virtual raster

2. Na caixa de diálogo Construir Raster Virtual, você pode escolher cada arquivo individualmente ou mesclar todos os arquivos em um diretório. Também podemos mesclar os arquivos que são visíveis na tela de visualização. Usaremos a última opção:

  • Em camadas de entrada clique no botão Browse button.

  • Use o botão Selecionar tudo para selecionar os quatro blocos e clique em OK, conforme figura abaixo
multiple selection dialog

  • Navegue até o local onde deseja salvar o arquivo de saída e dê o nome dem_mosaic.vrt.
  • Por padrão, Resolução é definida como média. No nosso caso, todos os arquivos têm a mesma resolução (1 Arc  Second).
  • Desmarque a caixa antes Place each input file into a separate band (Colocar Cada Arquivo de entrada em uma banda separada). Isso precisa ser verificado apenas se você deseja criar um mapa empilhado, ou seja, com faixas de sensoriamento remoto.
  • Mantenha o algoritmo de reamostragem no padrão: nearest (mais próximo). Isso também não tem impacto, porque a reamostragem não é necessária.
O diálogo agora deve ser semelhante à figura abaixo.

build virtual raster dialog

3. Clique em Executar para executar o algoritmo. Clique em Fechar para voltar à tela principal onde você pode ver o MDE mesclado

Você notará que na tela do mapa, as bordas dos blocos não são mais visíveis no MDE mesclado porque o QGIS estica a escala de cinza usando o mínimo e o máximo de todo o MDE mesclado. Isso é apenas para visualização, os valores nos blocos são os mesmos que no mosaico. 

4. Agora remova os blocos individuais (não o dem_mosaic) da lista de camadas selecionando-o enquando o botão Ctrl é pressinado. Em seguinda, clique com o botão direito em um dos nomes dos blocos e selecione Remove Layer. Clique em OK para confirmar. Isto removerá os blocos da tela, mas não do disco rígido.

remove layers

5. Reprojetar MDE

O MDE está no Sistema de Coordenadas Geográfica (SCG) original com datum WGS 84 (EPSG: 4326). Não é recomendado usar um SCG para análise de MDE, porque as unidades z (por exemplo, metros) são diferentes das unidades x e y (graus). Precisamos escolher uma projeção para nosso projeto. Se o projeto abranger um país, podemos escolher uma projeção nacional. Em nosso caso, entretanto, o projeto cobre vários países (Alemanha, Holanda e Bélgica). Portanto, usaremos uma projeção global: UTM Zona 32 Norte, com WGS-84 como datum.

Nos podemos encontrar os códigos EPSG em http://www.spatialreference.org

1. Use o site para pesquisar UTM 32N wgs 84. Você pode deixar o QGIS em execução e abrir um navegador.

A figura abaixo mostra o resultado.

result spatialreference

Precisamos dar uma olhada nos códigos EPSG. Usaremos EPSG: 32632 ao longo deste projeto - clicando nele forneceremos mais detalhes.

Agora vamos reprojetar o MDE de SGC não projetado GCS (Lat/Lon WGS 84 - EPSG: 4326) para UTM Zone 32 North / WGS 84 (EPSG: 32632).

2. No menu principal, escolha Raster | Projeções | Reprojetar Coordenadas.

raster projections warp


3. Na janela Reprojetar coordenadas, clique para escolher o SRC de destino.

4. Na caixa de diálogo que se abre, digite 32632 em Filtro e selecione WGS EPSG: 32632 no meio da janela de diálogo e clique em OK.

crs selector dialogue 32632

5. Agora complete o diálogo:

  • Para o método reamostragem, escolhemos Nearest Neighbor (vizinho mais próximo) para preservar os valores de elevação dos arquivos originais.
  • Defina o valor "sem dados" para as bandas de saída para -9999 porque quando a camada raster for projetada, "não haverá Dados" nas bordas. Desta forma, definimos que "Sem dados" tem o valor de -9999 e e não será visualizado e tratado como "dados".
  • Defina a Resolução do Arquivo de Saída para 30 m.
  • Navegue até a pasta de exercício e nomeie o arquivo de saída dem_reprojected.tif

A caixa de diálogo agora deve ser semelhante à figura abaixo.
Observe o comando gdalwarp  que será executado em segundo plano.

warp dem

6. Clique em Executar para executar o algoritmo. Após a execução, clique em Fechar para fechar a janela.

O MDE reprojetado agora aparece na lista de camadas. O MDE pode parecer distorcido devido ao fato de que a projeção do projeto ainda está em Lat / Lon, conforme indicado pelas coordenadas na parte inferior do tela de visualização e o código EPSG no canto inferior direito. Isso se deve à projeção on-the-fly, que causa uma diferença entre a projeção do arquivo e a que é visualizada.

7. Para concluir esta operação e exibir adequadamente o novo conjunto de dados, precisamos alterar a projeção on-the-fly do Projeto. Para fazer isso, clique em EPSG: 4326 no canto inferior direito da tela.

map canvas coordinates

8. Na nova janela de diálogo, selecione a projeção EPSG:32632 que já está na lista de Sistema de Referência de Coordenadas usados recentemente, conforme mostrado na figura abaixo, e clique OK.

change otf dem

Na tela do mapa, o MDE agora é exibido na posição correta (com o norte apontando para cima), conforme mostrado na figura abaixo. As coordenadas do novo display também estão em metros, conforme desejamos.

otf reprojected

9. Você pode agora remover a camada dem_mosaic.

Este é um bom momento para salvar seu projeto.

6. Criar um Subconjunto do MDE

A fim de reduzir o tempo de cálculo dos algoritmos, iremos subdividir (ou recortar) a camada raster. No entanto, é importante tornar o limite de sua área de estudo um pouco maior para evitar efeitos de limite.

Uma maneira fácil de selecionar o limite de sua área de estudo é usar o OpenStreetMap. O OpenStreetMap contém dados coletados. Se o complemento QuickMapServices estiver instalado, você pode adicionar um OpenStreetMap ao QGIS da seguinte maneira:


1. No menu principal, escolha Web | QuickMapServices | OSM | OSM Standard.

2. Agora a camada do OpenStreetMap será mostrada na tela de visualização. Oculte temporariamente o MDE desmarcando a caixa ou arrastando a camada OSM para o topo.

Para saber a extensão aproximada da área de captação de Rur, os dados do exercício contêm um shapefile compactado com a caixa delimitadora (o mesmo que usamos para baixar os blocos MDE). Observe que, na realidade, você não terá uma caixa delimitadora, mas deve usar seu conhecimento especializado para localizar os limites aproximados da área de estudo

3. Descompacte o boundingbox.zip na sua pasta de exercício.

4. Arraste a camada boundingbox.shp para a Tela de Visualização.

add bounding box


5. Agora, no menu principal selecione Raster | Extrair | Recortar Raster Pela Camada Máscara.

clip raster by mask layer

6. Na caixa de diálogo Recortar Raster Pela Camada Máscara, escolha dem_reprojected para a camada de entrada. Para a Camada Máscara, escolha boundingbox. Mantenha as outras opções padrões. Escolha dem_subset para a saída cortada (máscara) e clique em Executar. Clique Fechar quando terminar.

clip raster by mask dialogue

Frequentemente, você não terá um arquivo de forma de caixa delimitadora. Nesse caso, você pode escolher Raster | Extrair | Recortar Raster Pela Extensão. Então você pode arrastar a caixa na tela de visualização e usar-la para recortar. Enquanto estiver usando isso, certifique-se de que sua on-the-fly seja semelhante à camada que você deseja recortar, porque as coordenadas da tela de visualização são usadas pelo o algoritmo.

7. Agora você pode remover dem_reprojected da lista de camadas, como fizemos antes para outras camadas que não são mais necessárias.

7. Preenchimento de Depressões

MDE brutos e não processados têm artefatos como depressões. Artefatos são resultado do processo de aquisição de MDE e devem ser removidos antes que um MDE possa ser usado para análise hidrológica, como a delimitação de área de captação e rede de drenagem ou modelagem hidrológica. Existem vários algoritmos para o preenchimento de depressões. Usaremos o algoritmo desenvolvido por Wang e Liu (2006), que é mais rápido que os outros e funciona melhor com conjuntos de dados de alta resolução. Este algoritmo, implementado nas ferramentas SAGA, não só preenche as depressões, mas também preserva uma inclinação descendente ao longo do caminho do fluxo. Isso é obtido preservando um gradiente mínimo de inclinação entre as células.

1. Usaremos a Caixa de Ferramenta de Processamento QGIS. Se a caixa de Processamento não tiver visível à direita da tela, habilite-a escolhendo Processar | Caixa de Ferramenta no menu principal.

processing toolbox menu

2. Na Caixa de Ferramentas de Processamento, use o campo Pesquisar para  Fill sinks.

fill sinks toolbox

Você notará que há mais algoritmos para preencher depressões. Cada um tem suas próprias vantagens e desvantagens em termos de tempo de cálculo, uso de memória e precisão. Para sua própria pesquisa, você precisa tomar uma decisão com base na documentação dos algoritmos ou analisando os resultados de cada um.

3. Vá para SAGA | Terrain Analysis - Hydrology | Fill sinks (wang & liu).

4. Na caixa de diálogo, mantenha a Declividade Mínima [Graus] padrão de 0.01. Certifique-se de selecionar dem_subset como DEM de Entrada e defina dem_fill.sdat como o DEM Preenchido. Precisamos apenas do DEM Preenchido neste ponto, portanto, você pode desmarcar as caixas para abrir a saída de Direção de Fluxo e Bacias Hidrográficas (veja a figura abaixo).

dem fill dialogue

5. Clique em Executar e Fecha quando terminar.

6. Agora remova dem_subset da lista de camada, pois não é mais necessário.

7.1. Estilizando o MDE

As legendas padrão produzidas pelo software Desktop SIG muitas vezes não são intuitivas, porque o software não sabe (1) quais informações são apresentadas e (2) o tipo de dados raster (por exemplo, dados booleanos, discretos ou contínuos). Para ajudar a interpretar os resultados, é uma boa prática estilizar suas camadas intuitivamente.

O MDE é um raster contínuo. Rasters contínuos representam gradientes e, portanto, podem conter números reais (ou ponto flutuante). Rasters contínuos são estilizados no QGIS usando rampas Banda Simples Falsa-Cor.

1. Selecione a camada dem_filled e clique Open layer styling panel button para abrir o painel Estilo de Camada (ou pressione F7).

2. No painel Estilo de Camada escolha Banda Simples Falsa-Cor na lista suspensa.

layer styling panel pseudocolor

A legenda é atualizada automaticamente com a rampa padrão de vermelho para azul. Isso obviamente dá a impressão errada de que existem lagos no sul, porque associamos o azul às áreas mais baixas com água. Nas próximas etapas, aplicaremos cores mais intuitivas para MDEs.

3. Clique com o botão direito na rampa de cores e escolha Criar Nova Gradiente de Cor.

create new color ramp

4. No popup Tipo da cor de gradiente escolha Catálogo: cpt-city na lista suspensa.

color ramp type dialogue

O catálogo cpt-city tem muita rampas de cores predefinidas úteis.

5. Escolha Topography | Elevation. Observe que cd-a e sd-a também são boas escolhas.

cpt city topography elevation

Isso nos dá cores mais intuitivas no MDE, onde podemos distinguir claramente as áreas superiores e inferiores. Agora vamos melhorar ainda mais a visualização.

6. Clique com o botão direito na camada dem_fill  no painel de camadas e selecione Duplicar Camada.

duplicate layer

Isso cria uma cópia da camada dem_fill chamada dem_fill copy.

7. Desmarque a camada dem_fill e renomeie a camada de cópia dem_fill copy para Sombreamento.

8. No painel Estilo de Camada, que ainda deve estar aberto, certifique-se de que a camada hillshade está agora selecionada. Na lista suspensa, altere Banda Simples Falsa-cor para sombreamento.

Agora, a camada sombreamento é visualizada com uma sombra. 

De que direção está vindo a iluminação? Isso é possível na realidade ?

Sombreamento dá os melhores resultados com uma iluminação artificial no noroeste, o que na realidade não pode existir no hemisfério norte. Se você mover o dial no painel Estilo de Camada para sudoeste, verá um relevo invertido. Observe também que há uma seção de Reamostragem. O método de reamostragem padrão para Aproximado e Afastado é o vizinho mais próximo. Este método é adequado para dados categóricos, no entanto, a elevação é considerada dados contínuos. Portanto, você deve escolher um método de reamostragem com aproximado de Bilinear e um método de reamostragem com Afastado de Média.

A seguir, vamos combinar o DEM com a camada de sombra.

9. Ative a camada dem_fill marcando a caixa.

10. No painel Estilo de Camada, certifique-se de que a camada dem_fill esteja selecionada. No bloco Renderização da Camada do painel, mude o Modo de Mistura para Multiplicar.

layer rendering

Como você pode ver, a mesclagem oferece um efeito muito mais agradável do que a transparência. Com transparência, as cores vão desbotar. Agora podemos ver claramente as diferenças de elevação: o gradiente de sul para norte e os vales onde esperamos a rede de drenagem.

color hillshade

Os modos de mesclagem permitem uma renderização mais elegante entre as camadas SIG. Eles podem ser muito mais poderosos do que simplesmente ajustar a opacidade da camada. Os modos de mesclagem permitem efeitos em que a intensidade total de uma camada subjacente ainda é visível através da camada acima. Existem 13 modos de mistura disponíveis. Veja aqui para mais informações.

8. Delinear fluxos

Agora que temos um MDE corrigido hidrologicamente, graças ao algoritmo de preenchimento de depressões, podemos prosseguir com o delineamento dos riachos.

Primeiro, calcularemos as ordens de Strahler, depois calibraremos o limite de Strahler para determinar os fluxos. Finalmente, derivaremos a rede de canais, direção do fluxo e bacias.

8.1. Calcular Ordem Strahler

Antes de delinear os fluxos do MDE, precisamos determinar o que consideramos fluxos. Para este propósito, usamos a ordem de Strahler. Quanto maior a ordem, maior será o fluxo.

Strahler order method
1. Pesquisa Strahler na Caixa de Ferramentas de Processamento e selecione SAGA | Terrain Analysis - Channels | Strahler order.

strahler processing toolbox

2. Na caixa de diálogo, selecione dem_fill para a Elevação, use strahler.sdat como nome Strahler Order para o arquivo de saída, e clique Executar. Clique Fechar quando o algoritmo concluir.

strahler dialogue

Para dar mais sentido à camada strahler, vamos modificar o estilo.

A camada de Ordem de Strahler é um raster Booleano, discreto, ou contínuo?

A camada de ordem de Strahler é um raster discreto, mas a ordem das classes é importante. Para rasters discretos no QGIS, usamos o estilo de Paletizado / valores únicos. Quanto mais alta a ordem de Strahler, maior o fluxo. Portanto, usaremos uma rampa de cores do branco ao azul.

3. Abra o painel Estilo de Camada se você o fechou antes e certifique-se de que a camada strahler  está selecionada.

4. Escolha Paletizado/Valores Únicos no menu suspenso.

5. Clique Classificar.

strahler random colors

Para cada valor único no raster, uma cor única aleatório foi atribuída.

6. Clique com o botão direito em Random Colors e escolha Blues.

blues

A camada strahler agora mostra de forma intuitiva que as ordens superiores serão fluxos maiores do que as ordens inferiores.

strahler styled

8.2. Calibrar Limite de Strahler Para Determinar Fluxo

A próxima etapa é aplicar um procedimento de calibrar para determinar quais as ordens de Strahler consideramos serem fluxos. Criaremos camadas Booleana para pedidos de Strahler maiores ou iguais a um valor limite. Cara camada Booleana será comparada com uma camada de referência. Aqui, iremos comparar as ordens de Strahler com os rios no OpenStreetMap. Para áreas onde há falta de dados no OpenStreetMap, você pode usar o Google Satélite. Ambas as camadas OpenStreetMap e Google Satélite pode ser encontradas no complemento QuickMapServices.

1. Use a Calculadora Raster para criar um mapa Booleano com 1 (True) para ordem de Strahler >= 5 e 0 (False) para os outros valores. Vá para Raster | Calculadora Raster.

2. Preencha o diálogo como na figura abaixo. Chame o arquivo de saída de strahler5.tif e clique OK para executar o cálculo.

strahler5 raster calculator

Também é uma boa prática estilizar a strahler5.

3. Vá para o painel Estilo de Camada e certifique-se de que strahler5 esteja selecionada.

4. Escolha Paletizado/Valores Únicos no menu suspenso.

5. Clique em Classificar.

Esta camada é booleana e, portanto, possui apenas pixels com valores 0 e 1. Para nossa calibração é importante tornar os 0 transparentes e os 1 azuis para que possamos comparar o raster com os fluxos no OpenStreetMap.

6. Clique na cor do valor 1 e mude para azul escuro. Não se preocupe com a cor do valor 0, porque faremos esses pixels ficar transparente. Você pode adicionar rótulos fluxo/ sem fluxo.

strahler5 boolean

7. Para tornar os zeros transparentes, vá para a guia de transparência e adicione 0 como sem valor de dados adicionais.

strahler5 transparency

Na tela de visualização do mapa, podemos ver agora todos os trechos de rios maiores ou iguais à ordem 5 de Strahler e podemos compará-los com os rios no OpenStreetMap.

8. Repita as etapas nesta subseção para diferentes valores de limite de ordem de Strahler e determine aquele que melhor corresponde aos rios no OpenStreetMap. Remova as outras camadas booleanas.

Dica: você pode copiar os estilos das camadas: clique com o botão direito do mouse em uma camada, escolha Estilos | Copie o estilo e clique com o botão direito na camada de destino e escolha Estilos | Colar estilo. Você ainda precisa tornar os zeros transparentes, porque eles não podem ser copiados.


copy style

8.3. Calcular Rede de Canais, direção de Fluxo e Bacias

A próxima etapa é calcular a rede de canais, com base no limite de Strahler determinado na etapa anterior. Com a mesma ferramenta também podemos calcular a camada de direção do fluxo e uma camada com todas as bacias.

Na Caixa de Ferramentas de Processamento, você também pode encontrar ferramentas relacionadas que usam algoritmos diferentes. Sempre verifique a documentação do algoritmo para encontrar o correto ou faça uma análise comparativa.

1. Pesquise por Channel na Caixa de Ferramentas de Processamento e selecione SAGA | Terrain Analysis - Channels | Channel network and drainage basin.

channels processing toolbox

2. Na janela de diálogo, certifique-se de selecionar a camada dem_fill para a elevação e colocar o limite no valor que você encontrou durante a calibração na seção anterior, por exemplo, 8. Isso significa que os fluxos com uma ordem de Strahler igual ou maior do que esse valor serão considerados canais. O algoritmo calculará a direção do fluxo e a ordem de Strahler para determinar os canais e bacias de drenagem. Selecione as caixas de seleção para os seguintes resultados:

  • Direção do Fluxo e salve-o como flowdir.sdat
  • Canais e salve-0 como channels.shp
  • Bacia de Drenagem e salve-o como basins.shp (o outro é para raster)


3. Assim que a caixa de diálogo estiver configurada de forma semelhantes à figura abaixo, clique em Executar.

channel network dialog

Uma camada de direção do fluxo indica a direção do fluxo para cada pixel. A direção pode ser expressa como a direção da bússola, no entanto, não podemos armazenar texto em um raster. A direção da bússola também pode ser expressa em graus em um círculo onde o norte é 0 graus, o leste é 90 graus, etc. Para armazenar 360 graus, precisaríamos de mais de 8 bits (0-255), o que aumentaria o tamanho do arquivo. Além disso, o método D8 usa direções discretas para os pixels circundantes. Portanto, o software GIS recodifica as 8 direções. Cada software, entretanto, faz isso à sua maneira. O algoritmo SAGA usado na Caixa de Ferramenta de Processamento no QGIS usa 0 para norte, 1 para nordeste, etc. O que significa que ele armazena de 0 a 7. Um valor de 255 é usado para superfícies planas.

8.4. Estilizando as Camadas de Canais

Em seguida, você definirá o estilo dos canais para obter uma melhor compreensão dos resultados.

1. Abra o painel Estilo de Camada e defina a camada destino para channels.

2. Escolha o renderizador Graduado com as seguintes configurações:

  • Defina o Valor  para ORDER e a Precisão para 0, pois os valores da ordem de Strahler são inteiros.
  • Defina o Método para Tamanho.
  • Defina o Tamanho dos valores de 0.3 para 1.0 mm.
  • Defina o Modo como Intervalo Igual com o mesmo número de classes de Ordem Strahler que existem em seus dados. Revise a tabela de atributos, se necessário. Neste exemplo, é definido para 3 classes. Clique em Classificar.
  • Defina os valores da legenda para valores inteiros, se necessário.


3. Clique no botão Alterar e defina a Cor para um valor RGB de 15 | 66 | 220.

4. Clique no botão Voltargo back button para retornar ao painel principal de simbologia.

styling channels

Seu mapa agora deve se parecer com a figura abaixo, mostrando que os trecho de rios estão identificados como tendo Ordens Strahler mais altas são os canais principais e os trechos menores são tributários. 

channels styled

8.5. Estilizando Camada de Direção de Fluxos

Em seguida, você trabalhará no estilo do raster de direção do fluxo. Isso o ajudará a verificar os resultados e garantir que eles correspondam ao que você esperava. Você empregará uma rampa de cores circular para mostrar intuitivamente os fluxos orientados para o sul com cores quentes e os fluxos voltados para o norte com cores frias.

1. Usando o Painel Estilo de Camada defina de destino como flowdir.

2. Defina o renderizador para Paletizdo/Valores Únicos e clique em Classificar.

3. Como os valor 255 representa superfícies planas, selecione esses valores e clique no botão Menos minus buttonpara removê-lo da classificação.

4. Escolha a rampa de cores Spectral  como um inicial. Clique com o botão direito na rampa de cores e escolha Editar Gradiente de Cores.

5. A janela Rampa de cores selecionada abrirá. Aqui você pode editar as paradas de cor para a rampa. ideia é que os lados esquerdo e direito representem os fluxos do norte e você definirá ambas as paradas para a mesma cor azul. Em seguida, você definirá a parada central para um amarelo brilhante para fluxos do sul. A parada no meio à direita serão os fluxos do oeste e a parada no meio à esquerda serão os fluxos do leste.

beginning circular color ramp

6. Clique no menu suspenso da Cor 1 e escolha Selecionar Cor no menu de contexto. Com o cursor de conta-gotas, clique na Cor 2.

7. Clique na parada central que representará os fluxos do sul e atribua a ela um amarelo brilhante inserindo valores RGB: 255 | 255 | 0.

8.  Para a parada leste, atribua a cor verde inserindo estes valores RGB: 0 | 255 | 0.

9. Para a parada oeste, use uma cor magenta, RGB: 214 | 60 | 170.

circular color ramp

10. Clique OK para aceitar a nova rampa de cores.

11. Clique o botão Mais plus buttonpara adicionar um novo valor à classificação para o tipo de valor 255. Isso representa as áreas planas que você removeu inicialmente antes de criar a rampa de cores circular. Clique no Patch de cor e escolha o branco.

12. Para revisar os dados do flowdir, você agora atribuirá a ele um modo de mesclagem de Multiplicar e ativará a camada de sombra. Isso permitirá que você veja os detalhes da sombra da colina através da camada flowdir. Neste ponto, basta ativar as camadas channels, flowdir, e sombreamento. Aproximo o Zoom em alguns dos terrenos mais montanhosos no sul da área de estudo, onde também há canais presente. Inspecione os dados.

Você deve ver as encostas voltadas para o sul sendo representadas por cores mais quentes e o norte por cores mais frias, os fluxos orientais serão mais verdes e os fluxos ocidentais mais roxos.


flowdir circular

9. Definindo Exutório

Uma bacia hidrográfica é uma extensão ou área de terra onde a água superficial da chuva, neve derretida ou gelo converge para um único ponto em uma elevação mais baixa, geralmente a saída da bacia, onde as águas se juntam a outro corpo d'água, como um rio , lago, reservatório, estuário, pântano, mar ou oceano. Para delinear uma área de captação, precisamos ter:

  • as coordenadas de nossa saída (exutório) no mesmo sistema de coordenadas do mapa que estamos usando
  • A rede de canais que corresponde às direções de fluxo calculados a partir de um MDE hidrologicamente corrigido.

O ponto de saída da bacia hidrográfica do Rur está em Roermond, onde o Rur desagua no rio Meuse (Maas em holandês). A rede de canais que foi derivada na etapa anterior está na camada de canais.

1. Certifique-se de ter a camada canais a cima da camada OSM Standard do complemento QuickMapServices.

2. Procure o local onde o rio Rur deságua no Meuse. Observe que no OpenStreetMap os nomes holandeses são usados, porque ele está localizado na Holanda. Rur é soletrado como Roer e Meuse é soletrado como Maas.

Observe que os canais delineados não corresponde bem aos canais do OpenStreetMap. Isso pode ser pelos seguintes motivos: (1) Delineamento automático incorreto dos fluxos, que pode ser causado por erros no DEM ou áreas que são muito planas, (2) Distorção devido a reprojeção (on-the-fly) e (3) Influência humana no curso natural dos canais. A delimitação da área de captação, entretanto, só funciona quando o exutório é definido em um canal já delineado, pois isso corresponde ao DEM preenchido. 

3. Escolha um ponto no canal delineado que está próximo à saída real do Rur no Meuse (passo 2).

4. Use a ferramenta Coordinate Capture para obter as coordenadas do exutório na camada de canais. você pode encontrar a ferramenta Coordinate Capture no menu principal Vetor | Coordinate capture. Observe que o complemento precisa ser ativado (marque a caixa de no Gerenciador de Complementos). O painel do Coordinate Capture aparecerá.

coordinate capture panel

5. Clique em Start capture e clique em um ponto no rio delineado próximo a foz do Rur, conforme indicado na figura abaixo. Certifique-se de capturar do rio da camada canais, porque o mapa de fundo (OpenStreetMap) não foi derivado do DEM e resultará em erros na delimitação da bacia hidrográfica.

move outlet

Que projeção estamos usando? Como você sabe?

10. Delimitação da Bacia Hidrográfica

Agora vamos usar essas coordenadas para calcular a área a montante (ou seja, bacia) que produz descarga neste ponto. 

1. Na caixa de ferramentas de processamento pesquise por Upslope Area e escolha SAGA | Terrain Analysis - Hydrology | Upslope Area.

upslope processing toolbox

2. Preencha a caixa de diálogo como na figura abaixo. Use as coordenas que você capturou próximo ao ponto de saída (exutório). Para Elevação use a camada dem_fill. Use o método padrão Deterministic D8. Nomeie a saída Upslope Area catchment.sdat. Clique em Executar. Clique fechar após concluir o algorítimo.

upslope dialogue

O resultado deve se parecer com a captura de tela na figura abaixo se você aplicar zoom na extensão da camada.

upslope layer result

Para sobrepor o limite da bacia hidrográfica com outros dados, é melhor convertê-lo de raster em vetor (polígono).

3. Para converter a camada raster em vetor, vá ao menu principal  escolha Raster | Converter | Raster para Polígono (Poligonizar).

polygonize

4. Certifique-se de escolher a entrada e chamar a saída Rur_catchment.shp. Clique Executar. Clique Fechar para voltar à tela principal.

polygonize dialogue

5. Observe o resultado. Verifique também a tabela de atributo (clique com o botão direito do mouse no nome da camada e escolha Abrir tabela de atributo).

Qual valor é atribuído às células dentro do polígono de captação? Qual é o valor para quem está de fora?


No cálculo com o algorítimo UPSLOPE, as células pertencentes à bacia hidrográfica obtêm o valor 100, enquanto as outras células obtêm o valor 0. Durante a conversão para polígonos, pode acontecer que sejam introduzidos erros de geometria. Se você encontrar mais de um recurso com um valor de 100, isso indica um erro de geometria (topologia incorreta), porque o limite do polígono faz um laço. Veja a figura abaixo. Isso pode gerar erros quando usamos o polígono para geoprocessamento.

geometry error

Claro que estamos interessados apenas na área de captação, então temos que remover o polígono externo.

6. Na tabela de atributos, alterne para o modo de edição usando o botão Toggle editing button, então selecione a feição que deseja remover clicando na linha. a seleção será destacada em amarelo no mapa. Clique no botão delete selected button para deletar a feição selecionada, desative a edição clicando no botão  Toggle editing button novamente, e salve as alterações.

delete polygons

7. Agora remova todas as camadas desnecessárias da lista de camadas para que tenhamos apenas channels, Rur_catchment, dem_fill, e OSM Standard (nessa ordem).

Para visualização, é melhor cortar as camadas até o limite da área de captação.

8. Vamos primeiro cortar a camada vetorial channels para ver apenas os trechos que estão dentro da área de captação. Acesse o menu principal e selecione Vetor | Geoprocessamento | Recortar.

clip vectors

9. Preencha a caixa de diálogo como a figura abaixo para usar a camada de captação como um "cortador de biscoitos" para recortar a camada de entrada de canais a partir dos limites da camada Rur_catchment. Chame a camada Recortada de channels_clip.shp. Clique Executar para executar a ferramenta. Clique em fechar para retornar à tela principal.

clip channels dialogue

Se a receber um erro relacionado à geometria, poderá corrigi-lo. Vá para a caixa de ferramentas de processamento e escolha Geometria do Vetor | Corrigir Geometrias. Outras solução é tentar ferramentas da Caixa de Ferramentas de Processamento que seja menos sensíveis a erros geométricos.

10. Remova a camada channels da lista camadas e arraste a camada channels_clip para o topo da lista.

11. Corte o MDE da mesma maneira que fizemos na  seção 6 (Criar um Subconjunto do MDE). A única diferença é que temos que fornecer um valor sem dados que esteja fora do intervalo de elevações. Você pode usar -9999.

11. Armazenando os Dados em um GeoPackege

Para manter os dados juntos e permitir uma distribuição fácil, é bom salvar as camadas como um GeoPackage.

1. Na Caixa de Ferramentas de Processamento, procure a ferramenta Camada de Pacote (Package Layers).

2. Na caixa de diálogo Camadas de Pacote (Package Layers) clique no botão  Browse buttone selecione todas as camadas. Observe que essas são apenas as camadas vetoriais.

package layers

3. Salve-o como Rur_data.gpkg e clique Executar e Fechar quando terminar.

4. Podemos adicionar as camadas raster do painel Navegador. Basta arrastar as camadas raster (e.g. dem_catchment) para Rur_data.gpkg. Pode ser necessário atualizar o painel do Navegador para ver o GeoPackage.

Por fim, também podemos salvar o projeto no GeoPackage. Dessa forma, todos os dados e configurações são armazenados em um arquivo que pode ser compartilhado com outras pessoas de uma maneira muito mais fácil do que shapefiles e arquivos de estilo separados.

5. No menu principal, escolha Projeto | Save como | GeoPackage...

save project to geopackage

6. Escolha para Conexão Rur_data.gpkg e dê um nome ao projeto (Ex. Rur)

12. Estilizando a área de captação resultante

Para mostrar os resultados de sua análise, você pode usar uma técnica chamada Preenchimentos de Shapeburst de Polígono Invertido para chamar a atenção para a Captação de Rur.

1. Abra o Painel de Estilo da Camada clicando no botãoOpen layer styling panel button. Defina a camada destino Rur_Catchment.

2. Mude de um renderizador de Símbolo Simples para um renderizador de Polígono InvertidosIsso renderiza os dados como o inverso de sua geometria, ou seja, você estilizará tudo fora do polígono. Isso cria uma máscara ao redor do vale Rur.

3. Em seguida, selecione o componente Preenchimento Simples. Então altere o tipo de camada símbolo para Shapeburst fill. Na seção Cores de Gradiente, use o método padrão de duas cores. Altere a primeira cor para um valor RGB de 135 | 135 | 135. Mude a segunda cor para Branco.


4. Na seção Estilo de Sombreamento, clique na opção Definir distância e defina a distância para 4 mm.

5. Em Renderização de camada defina a Opacidade para 65%.

shapeburst fill

6. Finalmente, na parte superior do painel Estilo da Camada, selecione o componente de preenchimento Shapeburst.
7. Clique no botão Adicionar Camada de Símbolo add renderer button. Mude o novo renderizador  de Preenchimento Simples para um tipo de camada de símbolo de linha simples. Dê a ele uma cor preta e uma largura de traço de 0,46 mm.

simple line fill

Isso nos dá a bacia bem estilizada, conforme mostrado na figura abaixo.

rur invpolyshapefill

13. Conclusão

Nesta lição você aprendeu a:

  • encontrar e fazer o donwload de blocos MDE SRTM do site EarthExplore
  • Criar mosaico de camadas raster em um raster virtural
  • reprojetar rasters
  • Criar subconjuntos de rasters
  • Preencher depressões em um MDE
  • calcular e estilizar camadas de direção de fluxo
  • calcular as ordens pelo método de Strahler
  • delimitar os fluxos
  • delimitar bacias hidrográficas
  • Estilo de camadas para visualizar as bacias de captação
Você pode assistir a este webinar para ver o procedimento completo: