Tutorial: Delineación de la Cuenca y las corrientes

Sitio: Open Courseware for GIS
Curso: QGIS para Aplicaciones Hidrológicas
Libro: Tutorial: Delineación de la Cuenca y las corrientes
Imprimido por: Guest user
Día: jueves, 17 de junio de 2021, 03:21

Descripción


1. Introducción

Uno de los usos más importantes del SIG en Hidrología es la delineación de Cuencas y corrientes. esta lección presenta un flujo de trabajo genérico para la delineación de corrientes y cuencas para áreas donde existen datos abiertos disponibles: El modelo de elevación SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) 1 Arc Second DEM. El flujo de trabajo será aplicado en el caso de la cuenca Rur en Alemania.


2. Teoría

Antes que nada, presentaremos la teoría necesaria para este ejercicio en algunos videos. Observa cada video cuidadosamente y contesta las preguntas abajo del video.

2.1. Los Modelos Digitales de Elevación en un SIG

Revisa el video acerca de los Modelos Digitales de Elevación en un SIG

2.2. Delineación de la Cuenca y corrientes

Estudia este video acerca de la teoría de la delineación de corrientes y cuencas

3. Descarga de mosaicos (Tiles) DEM

Para la zona de estudio Rur, descargaremos los mosaicos del Conjunto de Datos Globales SRTM 1 Arc-Second. Desde finales del año 2014, el Modelo de Elevación de 1-Arc second (aproximadamente 30 metros en el Ecuador) ha sido publicado como Datos Abiertos. Este Dataset cubre la mayor parte de la Tierra cubriendo desde 54 grados Latitud Sur y 60 grados latitud Norte. Una descripción de los productos SRTM se encuentran aquí.

Los siguientes pasos explican como descargar los mosaicos (Tiles) DEM SRTM para el área de estudio.

1. Abre un navegador y accede a la siguiente dirección http://earthexplorer.usgs.gov

La descarga de los mosaicos DEM STRM requiere una cuenta. En caso de fallar en la creación de una cuenta puedes usar los mosaicos SRTM proporcionados con los datos de la actual lección (4 GeoTiff files).

2. Haz Click Register y sigue el procedimiento. Después del registro, inicia sesión en el portal del USGS EarthExplorer.

Ahora, requieres indicar el parea de búsqueda. En EarthExplorer puede hacerse de formas distintas: (1) Búsqueda del nombre de lugares , (2) Acercarte en el mapa y usar las coordenas de la zona de acercamiento, (3) Cargar un archivo KML o Shapefile comprimido. En este caso, prepararemos un archivo Shapefile con un cuadro de delimitación (bounding box).

3. Escoge un archivo Shapefile y "sube" el archivo boundingbox.zip  (requieres comprimir todos los archivos que pertenecen al Shapefile boundingbox).

earth explorer shapefile

earth explorer search criteria

4. Escoge Data Sets para ir a la siguiente pantalla donde seleccionaremos el Conjunto de datos (data set).

5. Da un Click sobre el signo de más (+) para elegir Digital Elevation | SRTM | SRTM 1-Arc Second Global. Asegurate de verificar la casilla.

earth explorer select data

6. Da Click en  Results  para navegar a la siguiente pantalla.

Ahora, observa los resultados de la búsqueda: cuatro Tiles. Antes de la descarga, puedes verificar los mosaicos (Tiles); con el icono de pie (foot), por ejemplo, puedes observar la miniatura del mosaico.

earth explorer search results

7. Descarga cada mosaico (Tile) con un click en el botón Download Options earth explorer download options button.

8. En la ventana de las opciones de descarga (Download Options) descarga el DEM en formato GeoTIFF en el folder del ejercicio en tu Disco duro.

earth explorer download options dialogue

Los mosaicos (tiles) pueden descargarse a tu proyecto QGIS.

9. Ejecuta QGIS Desktop.

Iniciaremos con un proyecto nuevo.

10. En el panel de navegador (Browser)  agrega la carpeta con los datos para este capítulo a los Favoritos (Favorites).

11. Da un click derecho sobre uno de los mosaicos y selecciona las propiedades (Properties) para revisar los metadatos.

tile properties


12. Selecciona y arrastra los cuatro mosaicos al Map Canvas.

four srtm tiles

4. Unir los mosaicos DEM

Antes de seguir, tenemos que fusionar los cuatro mosaicos DEM, el cual en la terminología SIG es llamado Mosaico. Hay dos formas en que se hace esto con los mosaicos (Tiles):

  • Unir los mosaicos en un sólo archivo ráster (Por ejemplo GeoTIFF)
  • unir los mosaicos en un archivo virtual (.vrt)
La primera opción es lenta. Si contamos con muchos Tiles, recomendamos la creación de un archivo que une virtualmente todos los Tiles. Esto se realizará con los siguientes pasos:

1. Desde el menú principal selecciona Raster | Miscellaneous | Build Virtual Raster.
build virtual raster

2. En la ventana de "Construye una Capa virtual" (Build Virtual Raster), selecciona cada archivo en forma individual o fusiona todos los archivos en un directorio. Es posible, la unión de los archivos visibles desde el Map Canvas. Utilizaremos la última opción:

  • En las capas de entrada, haga click en Browse button.

  • Usa el botón Select all  que permite la selección de los cuatro mosaicos, después haga  click en el botón OK (figura inferior).
multiple selection dialog

  • Navega a la ubicación donde se desees guardar los archivos de salida y nombra al archivo como dem_mosaic.vrt.
  • Por default, la resolución  (Resolution) se encuentra en el promedio (average). En nuestro caso los archivos tienen la misma resolución(1 Arc  Second).
  • Deshabilita el checkbox en  Place each input file into a separate band. Esta opción requiere verificarse sólo si requieres la creación de un mapstack, por ejemplo con bandas de las imágenes de Percepción Remota.
  • Mantén el algoritmo Resampling algorithm como default a: nearest, el cual no tiene impacto porque el remuestreo no es requerido.
La ventana de diálogo es como la figura inferior.

build virtual raster dialog

3. Haga Click Run que corre el algortimo. Después con un Click en Close regresa a la pantalla principal donde puedes observar el DEM unido.

Observa que en el Map Canvas, los bordes de los Tiles no son visibles más en el DEM unido porque QGIS "estira" la escala de grises utilizando el mínimo y máximo del DEM unido. Sólo es para la visualización, los valores en los Tiles son los mismos que en el Mosaico completo.

4. Ahora borra los Tiles individuales  (not the dem_mosaic). Desde la lista de capas por medio de la selección mientras mantienes presionado el botón Ctrl . Así, con el Click-derecho sobre las capas seleccionadas, escoge la opción Remove Layer. Haz Click OK para confirmar. Esta acción borrará los Tiles en el monitor, pero permanecerá en el Disco Duro.

remove layers

5. Reproyecta el DEM

El DEM se encuentra en el sistema de coordenadas geográficas (GCS) Lat/Lon con datum WGS 84 (EPSG: 4326). No es recomendable el uso del GCS en un análisis DEM debido a que las unidades Z (por ejemplo metros) son diferentes que las unidades x y y (degrees). Se requiere elegir una proyección para nuestro proyecto, el cual, si cubre una proyección nacional. En nuestro caso, sin embargo, la proyección abarca múltiples países (Alemania, Holanda y Bélgica). De esta forma, utilizaremos una proyección global: UTM Zone 32 North, con WGS-84 como datum.

Buscaremos los códigos  EPSG en http://www.spatialreference.org

1. Utilizaremos el Sitio web para buscar UTM 32N wgs 84. Deja corriendo QGIS y abre un navegador.

La figura inferior muestra los resultados:

result spatialreference

Revisemos los códigos EPSG. Utilizaremos el código EPSG: 32632 a lo largo de este proyecto; al hacer Click sobre él se proporcionarás más detalles.

Así, reproyectemos el DEM desde un Sistema Coordenado sin proyección GCS (Lat/Lon WGS 84 - EPSG: 4326) a UTM Zone 32 North / WGS 84 (EPSG: 32632).

2. From the main menu choose Raster | Projections | Warp (Reproject).

raster projections warp


3. En la ventana de Reproyección Warp (reproject), Haz click para escoger  Target CRS.

4. En la ventana de diálogo, teclea 32632 en el campo de Filter y selecciona WGS EPSG: 32632 en la sección de enmedio de la ventana, después da click en OK.

crs selector dialogue 32632

5. Ahora, completa en la ventana:

  • En el método de muestreo (Resampling)  selecciona Nearest Neighbor que preserva los valores de elevación de los archivos originales.
  • Coloca los valores de NoData (No data value for output bands) a -9999 porque la capa ráster reproyectada tiene valores NoData en los bordes. De esta forma, definimos "no data" que tiene un valor -9999 y  no se visualicen y procesen como "data".
  • Indica la resolución del archivo de salida (Output file resolution) a 30 m.
  • Navega a la carpeta de ejercicios y nombra el archivo de salida como dem_reprojected.tif

La ventana de diálogo se muestra como la imagen inferior.
Observa que el comando gdalwarp que se ejecutará en background.

warp dem

6. Haz Click en  Run que correo el algoritmo. Después de que termine el proceso da click en el botón Close que cierra la ventana.

El DEM reproyectado ahora aparece en la lista de capas. El DEM podría lucir distorcionado a pesar de que la Proyección en el  Map Canvas aún se encuentra en Lat/Lon, como se indica en las coordenadas en la parte inferior del  Map Canvas y el código EPSG del Map Canvas en la esquina inferior derecha. A pesar de la proyección al vuelo, lo cual, causa diferencias entre la proyección en el archivo y la capa visualizada.

7. Para completar esta operación y mostrar correctamente el nuevo conjunto de datos, es necesario, cambiar la proyección al vuelo. Haga click en EPSG:4326 en la parte inferior derecha de la pantalla.

map canvas coordinates

8. En la ventada de diálogo selecciona la proyección EPSG:32632 que se encuentra en la lista de Sistemas  de Coordenadas recientemente utilizados (Recently used coordinate reference systems), como se muestra en la figura inferior, y despúes haz un click en el botón OK.

change otf dem

En el Map Canvas, el DEM es ahora desplegada en la posición correcta( Con el Norte apuntando hacia arriba), como se muestra en la figura inferior. Las coordenadas del nuevo despliegue  están en metros como se requiere.

otf reprojected

9. Ahora, puedes borrar la capa dem_mosaic.

Es un buen momento, para salvar tu proyecto.

6. Creación de un recorte del DEM

Para reducir el cálculo de procesamiento de los algoritmos, realizaremos un subconjunto ( recorte) de la capa ráster, es importante realizar un límite un poco más allá de la zona de estudio porque esto nos ayuda en la prevención de efectos de borde.

Una forma fácil es la selección del límite de la zona de estudio es el uso de OpenStreetMap. OpenStreetMap contiene  datos de fuentes múltiples. Si el complemento  QuickMapServices se encuentra instalado, puedes agregar  el mapa base OpenStreetMap a QGIS como sigue:


1. Desde el menú principal, navega  Web | QuickMapServices | OSM | OSM Standard.

2. Así, la capa de  OpenStreetMap se desplegará en el Map Canvas, temporalmente deshabilita el checkbox de la capa DEM o arrastra la capa OSM en la parte superior.

Para conocer la extensión aproximada de la Cuenca Rur, los datos del ejercicio contienen un archivo shapefile comprimido con el  bounding box (el mismo que utilizamos para la descarga de los mosaicos DEM ). Considera que en la realidad no habrá un cuadro delimitador (bounding box), pero utiliza tu experiencia que ubiquen los límites aproximados de la zona de estudio.

3. Descomprime boundingbox.zip en tu carpeta de  ejercicios.

4. Arrastra la capa boundingbox.shp en el  Map Canvas.

add bounding box


5. Ahora, desde el menú principal selecciona Raster | Extraction | Clip Raster by Mask Layer.

clip raster by mask layer

6. En la ventana de  Clip Raster by Mask Layer escoge dem_reprojected como la capa de entrada (Input layer). En el caso de la capa de mascara (Mask Layer), selecciona boundingbox. Mantén las demás opciones por default. Escoge la capa dem_subset para el corte de salida Clipped (mask) y haz click en el botón  Run. Despúes de hacer el proceso, cierra la ventana con un Click en Close.

clip raster by mask dialogue

Frecuentemente, no tendrás el shapefile del  bounding. En este caso, puedes dirigirte a  Raster | Extraction | Clip Raster by Extent. Entonces arrastra un cuadro en el Map Canvas y usalo para hacer un corte. Asegurate que la reproyección al vuelo es similar a la de la capa que quieres cortar porque las coordenadas del Map Canvas son utilizadas por el algoritmo.

7. Así puede borrar la capa dem_reprojected de la lista  como hemos hecho anteriormentes desde otras capas que no se requieren más.

7. Rellenado de huecos (depresiones)

Los DEM crudos o sin procesamiento tienen artefactos como las depresiones. Los artefactos son resultado del proceso de adquisición y deben ser removidos antes de utilizar un DEM en el análisis hidrológico como la delineación de Cuencas y corrientes o el modelado hidrológico. Existen varios agoritmos para el llenado de huecos. Utilizaremos del algoritmo desarrollado por  Wang and Liu (2006), el cual, es mucho más rápido que otros y funciona mejor en conjunto de datos de alta resolución. Este algortimo, implementado en las herramientas de SAGA, no sólo llena despresiones, también preserva la pendiente descendiente a lo largo de la trayectoria, logra esto preservando el gradiente de pendiente mínima entre celdas.


1. Usaremos la caja de herramientas (Processing Toolbox), en caso  de que la sección no sea visible en la parte derecha de la ventana, habilitala desde el menú principal, seleccionando Processing | Toolbox.

processing toolbox menu

2. En la caja de herramientas (Processing Toolbox) utiliza el campo de búsqueda Search y teclea fill sinks.

fill sinks toolbox

Observarás que hay más algoritmos para el llenado de huecos, cada uno de ellos tienen sus ventajas y desventajas en términos de l tiempo de cálculo, uso de memoria y exactitud. En el caso de tu investigación requieres tomar decisiones basadas en la documentación o resultados de cada uno.

3. Sigue la siguiente ruta, ejecuta y haz click en  SAGA | Terrain Analysis - Hydrology | Fill sinks (wang & liu).

4. En la ventana de diálogo, mantén los parámetros por default Minimum Slope [Degree] de 0.01. Asegúrate de seleccionar como entrada DEM dem_subset y como  Filled DEM  a dem_fill.sdat. Sólo requerimos  Filled DEM en este punto, así que puedes deshabilitar el checkbox para la apertura de la salida de la dirección de flujo (Flow Directions) y cuenca hidrográfica (Watershed Basins) (observa la figura inferior).

dem fill dialogue

5. Después da Click en Run y cuando haya terminado el proceso, cierra la ventana con Close.

6. Ahora, borra la capa dem_subset de la lista de capas, porque ya no son necesarias.

7.1. Estilizado del DEM

Las leyendas por default hechas por el software GIS Desktop, por lo regular, son poco intuitivas porque (1) el softwtare desconoce que información es presentada (2) el tipo de datos ráster  (ej. Boleano, discreto o datos continuos).  Para apoyar la interpretación de los resultados es buena practica estilizar las capas intuitivamente.

La capa DEM es un ráster continuo que representa gradientes y por lo tanto puede contener números reales (punto flotante). Los ráster continuos son estilizados en QGIS utilizando rampas en la ventana de Singleband pseudocolor.

1. Selecciona la capa  dem_filled y haz click en el icono Open layer styling panel button para abrir el panel de estilizado de la capa (Layer Styling) o presiona F7.

2. En el panel de estilizado (Layer Styling)  escoge Singleband pseudocolor desde la lista desplegable.

layer styling panel pseudocolor

La leyenda es automáticamente actualizada con la rampa default rojo a azul. Esto obviamente proporciona una impresión incorrecta de que existen lagos en el Sur, porque asociamos el color azul con las zonas bajas con agua. En el siguiente paso aplicaremos colores más intuitivos en el estilizado de los DEMs.

3. Con un click derecho sobre la rampa de color y selecciona  Create New Color Ramp.

create new color ramp

4. En la ventana emergente (popup) del tipo de rampa de color (Color ramp type)  selecciona  Catalog: cpt-city desde la lista desplegable.

color ramp type dialogue

El catálogo de cpt-city tiene muchas rampas de colores predefinidas que son muy útiles.

5. Selecciona Topography | Elevation. Observa que  cd-a y sd-a son también opciones agradables.

cpt city topography elevation

Esto nos da colores más intuitivos en el DEM donde podemos distinguir claramente las áreas superiores e inferiores. Ahora mejoraremos aún más la visualización.

6. Da un click sobre la capa dem_fill en el panel Layers y selecciona Duplicate Layer.

duplicate layer

Esto creará una copia de la capa dem_fill llamada dem_fill copy.

7. Desmarca la capa dem_fill y renombra la capa dem_fill copy a hillshade.

8. En el panel de estilizado (Layer Styling) panel, aún se encuentra abierto, asegurate de que la capa hillshade ahora este seleccionada. En la lista desplegable cambia Singleband pseudocolor a Hillshade.

Ahora la capa hillshade esta visualizada con un sombreado (shading).

¿De qué dirección proviene la iluminación? ¿Es posible en la realidad?
da los mejores resultados con una iluminación artificial en el noroeste, que en realidad no puede existir en el hemisferio norte.
Hillshade proporciona el mejor resultado con una iluminación artificial en el Noroeste, lo cual en realidad no existen en el Hemisferio Norte. Si mueves el marcador en el panel de estiizado (Layer Styling) al Sureste, observarás un relieve invertido. También observa la sección de muestreo (Resampling). El método de muestreo para el acercamiento (Zoomed in) y alejamiento (Zoomed out) es Vecinos cercanos (Nearest Neighbor). Este método es fino para la categorización  de datos sin embargo, la elevación es considerada como datos continuos. Por lo tanto, elige en  Zoomed in el méotodo de muestro Bilinear y en Zoomed out, el método de muestreo Average.

A continuación, mezclaremos el DEM con la capa hillshade.

9. Cambia a la capa dem_fill marcando el checkbox.

10. En el panel de estilizado (Layer Styling)  asegurate que la capa dem_fill se encuentre seleccionada. En el bloque del panel Layer Rendering , cambia el modo de mezclado (Blending mode) a Multiply.

layer rendering

Como puedes observar, el mezclado produce un efecto mucho mas agradable que la transparencia, la cual, desvanecerá los colores. Ahora vemos claramente las diferencias de elevación: el gradiente de Sur a Norte  y los valles donde se encuentran las corrientes.

color hillshade

Los modos de mezclado permiten una representación más elegante entre las capas SIG. Estos pueden ser más vistosos que simplemente ajustar la opacidad de la capa. Los modos de mezclado permiten efectos visuales donde la intensidad total de una capa subyacente es aún visible a través de la capa superior. Existen 13 modos de mezclado disponibles. Revisa aquí para mayor información.

8. Delineación de corrientes

Ahora que tenemos un DEM corregido hidrológicamente, gracias al algoritmo de llenado de huecos, procedemos con la delineación de las corrientes.

En primer lugar, calcularemos las ordenes de Strahler, después calibraremos el umbral de Strahler para determinar las corrientes. Finalmente, derivaremos la red de canales, la dirección de flujo y las cuencas.


8.1. Calibración del umbral de Strahler para determinar las corrientes

El siguiente paso es la aplicación del procedimiento de calibración para determinar el orden Strahler de las corrientes. Crearemos una capa boleana para el orden Strahler de las corrientes más largas, iguales que un valor umbral. Cada capa boleana se compara con una capa de referencia. En este punto, compararemos el orden Strahler de las corrientes con los ríos sobre OpenStreetMap. En áreas donde hay vacios de datos en OpenStreetMap, podrías utilizar Google Satellite; o ambas capas OpenStreetMap y Google Satellite que puedes encontrar desde el complemento QuickMapServices.


1. Use la calculadora Ráster (Raster Calculator)  para la creación de un mapa boleano con valores de 1 (True) con la orden de las corrientes Strahler >= 5 y 0 (False) para los otros valores.  Desde el menú principal, dirígete a  Raster | Raster Calculator.

2. Llena los parámetros de la ventana como se muestra en la figura inferior. Nombre al archivo de salida como strahler5.tif y haz un click en OK para ejecutar el cálculo.

strahler5 raster calculator

Es una buena practica estilizar la capa strahler5.

3. Dirígete al panel de estilizado (Layer Styling) y asegúrate que la capa strahler5 se encuentra seleccionada.

4. Selecciona Paletted/Unique values del menú desplegable.

5. Haz un Click en Classify.

Esta capa es boelana y por lo tanto contiene sólo pixeles con valores  0 y 1. Para la calibración es importante hacer los valores "cero" en transparentes y los valores "uno" en color azul así comparamos el ráster con las corrientes sobre la capa OpenStreetMap.

6. Da un Click sobre el color para el valor 1 y cambia este a un azul oscuro. No importa el color en el caso del valor 0 porque se volverán en pixeles transparentes. Puedes agregar las etiquetas  stream/no stream.

strahler5 boolean

7. Hacer los pixeles con valores "cero" en transparentes, dirígete a la pestaña transparency y agrega el valor 0 como additional no data value.

strahler5 transparency

En el Map Canvas observa ahora todas las corrientes mayores o igual al orden Strahler 5 y podemos compararlas con los ríos en OpenStreetMap.

8. Repite los pasos en esta subsección para diferentes umbrales en los valores de la orden de las corrientes Strahler y determina aquella que corresponda mejor con los ríos sobre OpenStreetMap. Borra las otras capas boleanas.

Tip: Puedes copiar los estilos de las capas: click derecho sobre la capa, selecciona Styles | Copy Style  entonces con un click derecho sonbre la capa destino y selecciona Styles | Paste Style. Aún requieres hacer los pixeles con valores zeros transparentes porque no son copiados.

copy style

8.2. Cálculo del orden Strahler de las corrientes

Antes de la obtención de las corrientes desde el DEM, requerimos determinar que consideramos como una corriente. Para este propósito utilizaremos el orden Strahler, el orden más alto tendrá la corriente más grande.

Strahler order method
1. Teclea  Strahler en el cuadro de búsqueda de la caja de herramientas (Processing Toolbox) y selecciona SAGA | Terrain Analysis - Channels | Strahler order.

strahler processing toolbox

2. En la ventana de diálogo, selecciona la capa dem_fill para el campo Elevation, utiliza strahler.sdat como el nombre del archivo de salida Strahler Order , y da un click en  Run. Da un Click en Close cuando el algoritmo haya terminado.

strahler dialogue

Hacer que la capa strahler tenga más sentido, estilizaremos esta.

Es la capa de ordenes Strahler una capa boleana, discreta o un ráster continuo?

La capa de orden Strahler es una capa discreta, pero el orden de las clases es importante. Para ráster discretos en QGIS utilizaremos el estilizado Paletted/Unique values. El valor mayor del orden, la corriente más grande utilizará la rampa de color desde el color blanco al color azul.

3. Abre el panel de estilizado (Layer Styling) si es que cerraste este antes y asegurate que la capa strahler es seleccionada.

4. Escoge del menú desplegable Paletted/Unique values .

5. Da un Click en  Classify.

strahler random colors

Cada valor único en el ráster es un color aleatorio único que ha sido asignado.

6. Con un click derecho sobre  Random colors y selecciona Blues.

blues

La capa strahler ahora luce de una forma más entendible que las corrientes mayores serán mayores que las corrientes de menor orden.

strahler styled

8.3. Cálculo de la red de canales, dirección de flujo y cuencas.

El siguiente paso es calcular la red de canales basado en el umbral Strahler determinado en pasos anteriores. Con la misma herramienta podemos la capa de dirección de flujo y una capa de todas las cuencas.

En la caja de herramientas (Processing Toolbox) puedes encontrar herramientas relacionadas que utilizan diferentes algoritmos. Siempre, revisa la documentación del algoritmo que te permitirá conocer el uso adecuado de cada uno o hacer análisis comparativos.

1. Busca la palabra Channel en la caja de herramientas y selecciona SAGA | Terrain Analysis - Channels | Channel network and drainage basin.

channels processing toolbox

2. En la ventana de diálogo, asegurate que seleccionas la capa dem_fill para la elevación y coloca el valor del umbral que encontraste durante la calibración en la sección previa, ej.  Significa que las corrientes con un orden Strahler igual o mayor a este valor se consideran como canales. El algoritmo calculará la dirección de flujo y el orden Strahler determinará los canales y cuencas de drenaje. Selecciona los checkboxes para las siguientes salidas:

  • Flow direction, guarda como flowdir.sdat
  • Channels, guarda como channels.shp
  • Drainage basins, guarda como basins.shp (la otra es para el ráster)

3. Una vez que la ventana de diálogo se encuentre configurado en forma similar a la figura inferior, da click en el botón Run.

channel network dialog

La capa de dirección de flujo (flow direction) muestra la dirección de cada pixel, que puede expresarse como la dirección de una brújula, sin embargo no es posible almacenar texto en una capa ráster. La dirección de la brújula puede expresarse en grados sobre un círculo donde el norte tiene 0 grados, el este tiene 90 grados, etc. Para almacenar los 360 grados requerimos más de 8 bits (0-255), que incrementará el tamaño del archivo. Además el método D8 utiliza direcciones  discretas con los pixeles circundantes. Por lo tanto el software SIG decodifica las  8 direcciones. Cada software, sin embargo, lo hace de modo propio. El algoritmo de SAGA de la caja de herramientas en QGIS toma el valor 0 para el Norte, 1 para el Noreste, etc; lo cual significa que almacena valores del 0 al 7.  El valor de 255 es utilizado en superficies planas
.

8.4. Estilizar la capa de canales

A continuación, estilizarás los canales para obtener un mejor entendimiento de los resultados.

1. Abre el panel de estilizado (Layer Styling)  y coloca la capa objetivo a  channels.

2. Escoge la representación de Graduated con las siguientes configuraciones:

  • Coloca  Value a ORDER y Precision a 0 debido a que los valores del  orden Strahler son enteros.
  • Coloca Method a Size.
  • Coloca valores  Size from desde 0.3 a 1.0 mm.
  • Coloca Mode a Equal Interval con el mismo número de clases de la cantidad de ordenes de Strahler que existen en tus datos. Revisa la tabla de atributos si se requiere. En este ejemplo se utilizan 3 clases. Da un Click en Classify.
  • Coloca los valores de la leyenda a valores enteros si es necesario.

3. Haz un Click en el botón Change y coloca Color a un valor de  RGB de 15 | 66 | 220.

4. Haz Click en el botón Go back go back buttonpara regresar al menú principal de la simbología.

styling channels

Ahora, Tu mapa debería asemejarse a la figura inferior, que muestra las corrientes identificadas con ordenes de Strahler superiores son los canales principales y las corrientes con valores  de orden Strahler menores son los tributarios.

channels styled

8.5. Estilizar la capa de dirección de flujo

A continuación, trabajarás sobre el estilo de la capa de dirección de flujo, esto ayudará en la revisión de los resultados y a asegurarse que corresponden con lo esperado. Emplearás una rampa de color circular que mostrará de forma intuitiva los flujos en la dirección Sur con colores cálidos y los flujos orientados al Norte con colores fríos.

1. Utiliza el panel de estilizado (Layer Styling panel)  e indica la capa objetivo a  flowdir.

2. Coloca la representación a  Paletted/Unique values y da un click en Classify.

3. Dado que el valor  255 representa superficies planas, selecciona el valor y haz un click en el botón Minus minus button para borrar este valor de la clasificación.

4. Escoge la rampa de color Spectral como punto de partida. Con un click derecho sobre la rampa de color y escoge Edit Color Ramp.

5. La ventana Select color ramp se abrirá, en esta puedes editar los límites (stops) de color para la rampa. La idea es que el lado extremo derecho e izquierdo representen los flujos hacia el Norte y colocarás estos límites con el mismo color azul. Después coloca en el centro un límite en color amarillo brillante que represente los flujos del Sur. Otro límite en el medio hacia la derecha representará los flujos del Oeste y un límite en medio hacia la izquierda representará los flujos del Este.

beginning circular color ramp

6. Da un click en el menú desplegable para  Color 1 y selecciona Pick color del menú contextual. Con el cursor de cuentagotas haz un click sobre Color 2.

7. Da un Click then el límite central que representará los flujos del Sur y asigna un amarillo brillante con los valores  RGB : 255 | 255 | 0.

8. Para el límite Este (eastern) asigna el color verde, introduce los valores RGB: 0 | 255 | 0.

9. Para el límite Oeste (western) utiliza el color magenta con valores RGB: 214 | 60 | 170.

circular color ramp

10. Da un Click OK para aceptar la nueva rampa de color.

11. Da un Click en el botón  Plus plus buttonque agrega un nuevo valor a la clasificación Value con  255. Este representa las zonas planas que fueron borradas antes de la creación de la rampa de color. Da un click en el círculo y selecciona white.

12. Para revisar los datos flowdir, ahora en el modo de mezclado (Blending mode) de  Multiply y habilita la capa hillshade. Esta acción nos permite observar los detalles del hillshade a través de la capa flowdir . En este punto, ya contamos con las capas channels, flowdir y hillshade habilitadas. Acercate en algunas montañas al Sur de la zona de estudio donde hay canales. Inspecciona los datos.

Deberías observar las laderas orientadas hacia el Sur representadas por colores cálidos, los flujos del Este tienen color más verdes y los flujos del Oeste de un color púrpura.


flowdir circular

9. Definir un punto de flujo de salida

Una cuenca es un área o extensión de superficie donde el agua superficial proveniente de la lluvia, derretimiento de la nieve o hielo, convergen en un punto único en una elevación baja, por lo regular la salida de la cuenca, donde las corrientes de agua se unen con otros cuerpos de agua como ríos, lagos, reservorios, estuarios, humedales, el mar u oceáno. Para delinear la cuenca requerimos:

  • las coordenadas de nuestro punto de salida con el mismo sistema coordenado del mapa que estamos utilizando.
  • la red de canales que coincide con las direcciones de flujo calculado a partir de un DEM hidrológicamente corregido.

El punto de salida en la Cuenca Rur esta en  Roermond, donde el Río Rur encuentra al Río Meuse (Maas in Holandés). La red de canales que ha sido hecha en pasos previos se encuentra en la capa channels.

1. Asegurate de que la capa  channels aparece en la parte superior, arriba de la capa OSM Standard agregada desde el complemento QuickMapServices.

2. Busca la ubicación  donde el Río  Rur desemboca en el Río Meuse. Considera que la capaNote de  OpenStreetMap utliza los nombre en holandés porque se encuentran en los Países Bajos.  Rur se escribe como Roer y Meuse se escribe comoMaas.

Considera que los canales delineados no corresponden totalmente con los canales sobre OpenStreetMap. Puede deberse a las siguientes razones: (1) Delineación automática incorrecta de las corrientes porque se hizo con un DEM con errores o áreas que son muy planas (2) Distorsión a pesar de la reproyección (al vuelo) y (3) la infuencia humana sobre el curso natural de los canales. La delineación de cuencas, sin embargo, sólo funciona cuando un punto de salida es definido sobre la red de canales porque corresponde con el DEM rellenado.

3. Selecciona un punto sobre el canal delineado que se encuentre cercano a un punto de salida real del Río Rur al Río Meuse (step 2).

4. Utiliza la herramienta  Coordinate Capture para obtener las coordenadas del punto de salida sobre la capa channels . La herramienta  Coordinate Capture la encuentras desde el menú principal Vector | Coordinate capture. Observa que el complemento requiere activarse (habilita el checkbox en el administrador de complementos - Plugins Manager). El panel de Coordinate Capture aparecerá.

coordinate capture panel

5. Da un Click sobre Start capture y haz un click en un punto sobre el río delineado cercano a la desembocadura del Río Rur como se muestra en la figura inferior. Asegúrate de capturar el punto desde el Río en la capa channels, porque el mapa base (OpenStreetMap) no ha sido derivado desde el DEM y habrá errores en la delineación de la cuenca.

move outlet

¿Qué proyección estamos utilizando?¿Cómo sabemos esto?

10. Delineación de la Cuenca

Ahora, utilizaremos estas coordenas para el cálculo de el área aguas arriba (ej. cuenca de captación) que produce la descarga en este punto.

1. En la caja de herramientas (Processing Toolbox) busca Upslope Area y selecciona SAGA | Terrain Analysis - Hydrology | Upslope Area.

upslope processing toolbox

2. Llena la ventana de diálogo como se muestra en la figura inferior. Utiliza las coordenas que que capturaste, cercano al punto de salida. Para  Elevation utiliz la capa  dem_fill. Utiliza el método por dafault  D8. Nombra al archivo de salida Upslope Area como  catchment.sdat. Da Click en  Run. Después del procesamiento cierra la ventana con un Click en  Close.

upslope dialogue

El resultado luce como la pantalla en la figura inferior, sí te acercas a la extensión completa de la capa. 
upslope layer result


En el caso dela superposición del límite de la cuenca con otros datos, es mejor convertirlo de ráster a vector (polígono).


3. Para convertir la capa ráster a una capa vectorial, dirígete desde el menú principal y selecciona Raster | Conversion | Polygonize (Raster to vector).

polygonize

4. Asegurate de elegir la entrada adecuada y nombra la salida como Rur_catchment.shp. Da Click en Run. Después del procesamiento, cierra la ventana principal  con un Click en Close.

polygonize dialogue

5. Observa el resultado. También verifica la tabla de atributos (con un click derecho sobre el nombre de la capa y selecciona Open attribute table).

¿Qué valor se asigna a la celdas dentro del polígono de la Cuenca de captación?¿Qué valores se encuentran fuera?

En el cálculo de la Upslope Area, las celdas dentro de la Cuenca con un valor de 100 mientras que las demás celdas contendrán un valor de 0. Durante la conversión de polígonos, puede haber errores de geometría (topología incorrecta) porque el límite del polígono hace un loop. Esto puede ocasionar errores cuando utilizamos el polígono para el procesamiento.Observa la figura inferior.

geometry error

Por supuesto, estamos interesados sólo en el área de la cuenca, por lo que eliminaremos el polígono exterior.

6. En la tabla de atributos, In the attribute table, cambia al modo de edición utilizando el botón Toggle editing button, después selecciona el registro que deseas borrar con un click sobre el renglón. La selección resaltará en amarillo sobre el mapa. Da un Click en el icono delete selected button para borrar el objeto seleccionado, desactiva la edición con un click otra vez Toggle editing button , y guarda los cambios.

delete polygons

7. Ahora borra todas las capas innecesarias de la lista de capas para que sólo tengamos las capas channels, Rur_catchment, dem_fill, y OSM Standard (en ese orden).

Para la visualización es más agradable recortar las capas al límite de la Cuenca.

8. Primero recortemos la capa vectorial  channels para ver sólo las corrientes que se encuentran dentro de la Cuenca. Dirígete desde el menú principal y selecciona Vector | Geoprocessing Tools | Clip.

clip vectors

9.  Llena la ventana de diálogo como en la figura inferior, utiliza la capa de la cuenca como "cookie cutter"  que corta la capa de entrada Input layer channels al límite de la capa Overlay layer Rur_catchment. Nombra la capa Clipped como channels_clip.shp. Da Click en  Run para correr la herramienta. Da un Click en Close para regresar a la ventana principal.

clip channels dialogue

Si  obtienes un error relacionado con la geometría, puedes arreglarlo. Desde la caja de herramientas (Processing Toolbox) selecciona Vector geometry | Fix geometries. Otra solución es utilizar las herramientas desde la caja de herramientas que son menos sensibles a los errores geométricos.

10. Borra la capa channels desde la lista de capas y arrástra la capa channels_clip  en la parte superior de la lista.

11. Corta el  DEM en la misma forma como vimos en  section 6 e a Subset of the DEM).  La única diferencia es que indicaremos valores de NoData a aquellos valores fuera de rango de las elevaciones. Puedes utilizar el valor -9999.

11. Almacenamiento de datos en un GeoPackage

Mantener los datos juntos y facilitar la distribución es recomendable guardar las capas como un GeoPackage.

1. En la caja de herramientas (Processing Toolbox)  busca la herramienta  Empaquetar capas (Package Layers).

2. En la ventana de diálogo de Package Layers haz un Click en el botón Browse buttony selecciona todas las capas. Considera que estas únicamente son capas vectoriales.

package layers

3. Guarda con el nombre del archivos Rur_data.gpkg y da click en Run y Close cuando haya terminado el proceso.

4. Podemos agregar las capas ráster desde el panel de navegación (Browser). Sólo arrastra las capas ráster (e.g. dem_catchment) a Rur_data.gpkg. Requieres refrescar el panel de navegación para ver el  archivo GeoPackage.

Finalmente, también podemos guardar el proyecto dentro el archivo  GeoPackage. De esta forma los datos y configuraciones son almacenados en un archivo que puede compartirse con otros, en vez de archivos shapefiles separados y estilizado de archivos.

5. Desde el menú principal, elige Project | Save to | GeoPackage...

save project to geopackage

6. Escoge la conexión Rur_data.gpkg y guarda el proyecto con un nombre ej. e.g. Rur

12. Estilizado de la Cuenca resultante

Mostrar los resultados de su análisis, puedes usar una técnica nombrada Inverted Polygon Shapeburst Fills que enfoca a la Cuenca Rur.

1. Abre el panel  (Layer Styling panel)  con un Click sobre el botón Open layer styling panel button. Indica la capa objetivo (target) a  Rur_Catchment.

2. Cambia la representación de Single symbol a Inverted polygons. Esta  renderea los datos como una geometría inversa, ej. estiliza todos los objetos fuera del polígono. Se crea una mascara alrededor de el Valle Rur.

3. Después selecciona el componente  Simple Fill .  Así cambia el tipo de símbolo (Symbol layer type) a Shapeburst fill. En la sección de  Gradient colors usa el método por default Two color . Cambia el primer color a un valaor de RGB de 135 | 135 | 135. El segundo color cambialo a blanco.

4. En la sección de  Shading style, con un click en la opción Set distance y coloca la distancia a 4 mm.

5. Bajo la sección de  Layer rendering indica la Opacity a 65%.

shapeburst fill

6. Finalmente en la parte superior del panel de estlizado Layer Styling, selecciona el componente Shapeburst fill.

7. Haz un Click en el botón Add symbol layer add renderer button. Cambia la representación  Simple fill a Symbol layer type of Outline simple line. Proporciona en color en negro y  Stroke width de 0.46 mm.

simple line fill

Esto nos proporcionará un estilo agradable de la Cuenca  como se muestra en la figura inferior.

rur invpolyshapefill

13. Conclusiones

En esta lección haz aprendido a:

  • encontrar y descargar  SRTM DEM tiles desde el sitio web de  EarthExplorer
  • hacer un mosaico completo de capas ráster en una capa ráster  virtual
  • reproyectar ráster
  • crear subconjuntos de capas ráster
  • llenar huecos en un  DEM
  • calcular y estilizar capas ráster flow direction
  • calcular orden Strahler de corrientes
  • delinear corrientes
  • delinear cuencas
  • estilizar capas para la visualización de Cuencas
Puedes observar el webinar para revisar el procedimiento completo: