AgreeDEM

Reacondicionamiento de terreno - DEM Reconditioning – AgreeDEM

Keywords: AgreeDEM DEM-Reconditioning DEM-burning Buffer Feature-Envelope-To-Polygon Raster-Clip HEC-HMS HEC-GeoHMS Arc-Hydro-Tools-Pro Feature-to Raster

Para garantizar que la acumulación del flujo se realice sobre las celdas del modelo de terreno y por los cauces o drenajes obtenidos o digitalizados, es necesario reacondicionar los modelos digitales de elevación DEM incrustando los drenajes. Este procedimiento es especialmente requerido en zonas predominantemente planas o en zonas donde no puedan ser identificadas las celdas correspondientes a los drenajes.

_{Playlist: https://www.youtube.com/playlist?list=PLneiG4vC_8YupZFL2DtUEdcgtXyWT7Apt}

Objetivos

• Crear un polígono aferente a la envolvente de la zona de estudio.
• Recortar los modelos digitales de elevación DEM a partir del polígono buffer de la zona de estudio.
• Crear un proyecto HEC-HMS para el procesamiento de modelos digitales de elevación DEM.
• Reacondicionar los modelos digitales de elevación DEM incrustando la red de drenaje.
• Utilizar diferentes herramientas de reacondicionamiento.
• Visualizar perfiles de terreno reacondicionados.

Requerimientos

• ArcGIS Pro 2+
• ArcGIS for Desktop 10+ (opcional)
• QGIS 3+ (opcional)
• HEC-HMS 4.9+
• HEC-GeoHMS 10.2 for ArcGIS for Desktop 10.2.2
• Arc Hydro Tools Pro
• Polígono envolvente que delimita la zona de estudio. 🎓Aprender.
• Red de drenaje zona de estudio. 🎓Aprender..
• Modelo digital de elevación ASTER GDEM 30 m. 🎓Aprender.
• Modelo digital de elevación SRTM 30 m. 🎓Aprender.
• Modelo digital de elevación ALOS PALSAR 12.5 m. 🎓Aprender.
• 📂 Descargar mosaicos grillas DEM.

Diagrama general de procesos

El siguiente diagrama representa los procesos generales requeridos para el desarrollo de esta actividad.

_{Convenciones generales en diagramas: clases de entidad en azul, dataset en gris oscuro, grillas en color verde, geo-procesos en rojo, procesos automáticos o semiautomáticos en guiones rojos y procesos manuales en amarillo. Líneas conectoras con guiones corresponden a procedimientos opcionales.}

Procedimiento general

Recorte de modelos digitales de elevación DEM con ArcGIS Pro

1. Utilizando la herramienta Geoprocessing / Analysis Tools / Proximity / Buffer, cree un polígono aferente al rededor del polígono envolvente de la zona de estudio ZonaEstudioEnvelope.shp. Como criterio de aferencia, aplicar 2 veces el mayor tamaño de pixel o celda de los DEM, para el caso de estudio usaremos una distancia de 30 m x 2 = 60 m debido a que los modelos ASTER GDEM y SRTM han sido descargados en resoluciones de 30 m. Nombre el polígono resultante en la carpeta .shp como ZonaEstudioBufferDEM.shp. Como puede observar, el buffer contiene esquinas redondeadas debido a que la aferencia se mantiene en todas las aristas.

La aferencia garantiza que el posterior recorte de los DEM incluya todas las celdas perimetrales dentro de la zona de estudio.

Utilizando la herramienta Geoprocessing / Data Management Tools / Features / Feature Envelope To Polygon, obtenga el polígono regular sin esquinas redondeadas que será utilizado para recortar los modelos digitales de elevación. Nombre el polígono resultante en la carpeta .shp como ZonaEstudioEnvelopeBufferDEM.shp.

2. Utilizando la herramienta Geoprocessing / Raster / Raster Processing / Clip Raster, recorte las grillas de terreno hasta el buffer del polígono envolvente de la zona de estudio ZonaEstudioEnvelopeBufferDEM.shp asignando los nombres indicados en la siguiente tabla:

MDE	Grilla mosaico	Grilla mosaico recortada	Carpeta
ASTER GDEM	ASTGTMV003MosaicArcGISPro.tif	ASTGTMV003MosaicArcGISProZE.tif	D:\R.LTWB.dem\ASTER
SRTM	SRTMV003MosaicArcGISPro.tif	SRTMV003MosaicArcGISProZE.tif	D:\R.LTWB.dem\SRTM
ALOS PALSAR	APFBSRT1MosaicArcGISPro.tif	APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif	D:\R.LTWB.dem\ALOS

ASTER GDEM de la zona de estudio (59 MB aprox.)

SRTM de la zona de estudio (58 MB aprox.)

ALOS PALSAR de la zona de estudio (288 MB aprox.)

Especificaciones de las grillas recortadas de la zona de estudio, referencia espacial MAGNA_SIRGAS_CMT12:

MDE	Grilla mosaico recortada	Resolución, m	Cols	Filas	Area, km²	Cota mín, m	Cota máx, m	Descargar 📂
ASTER GDEM	ASTGTMV003MosaicArcGISProZE.tif	30.68	5408	8221	41860.42	0	5687	.rar
SRTM	SRTMV003MosaicArcGISProZE.tif	30.68	5408	8221	41860.42	-46	5696	.rar
ALOS PALSAR	APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif	12.5	13274	20179	41852.51	-48	5709	part1.rar, part2.rar, part3.rar

El procedimiento anterior puede ser ejecutado en ArcGIS for Desktop utilizando las herramientas ArcToolBox / Analysis Tools / Buffer y ArcToolBox / Analysis Tools / Feature Envelope To Polygon

También puede ser ejecutado en QGIS con las herramientas Processing Toolbox / Vector geometry / Buffer y Processing Toolbox / Vector geometry / Bounding boxes.

Reacondicionamiento de modelos digitales de elevación DEM con HEC-HMS

Antes de iniciar este procedimiento, se recomienda cerrar las herramientas GIS y demás aplicaciones que consuman masivamente recursos de su sistema operativo y equipo.

1. En HEC-HMS, cree un proyecto nuevo en blanco definiendo Metric en el sistema de unidades por defecto, guardar como HECHMS en la carpeta D:\R.LTWB.

Automáticamente, obtendrá una carpeta con la estructura de directorios y archivos requeridos por este modelo, que para la versión 4.9 contendrá:

2. En el menú Components – Create Component – Basin Model, cree 3 modelos de cuencas y nómbrelos como BasinASTER, BasinSRTM, y BasinALOS.

3. En la tabla de contenido localizada a la izquierda, seleccione HECHMS – Basin Models – BasinASTER, luego en el menú GIS – Coordinate System seleccione el sistema de proyección de coordenadas MAGNA_OrigenNacional.prj localizado en el directorio D:\R.LTWB\.ProjectionFile. Repita este procedimiento para los demás modelos de cuenca.

4. En el menú Components – Create Component – Terrain Data, cree los terrenos a partir de los modelos digitales de elevación - DEM recortados anteriormente hasta el límite de la zona de estudio localizados en las carpetas D:\R.LTWB\.dem\ASTER, D:\R.LTWB\.dem\SRTM y D:\R.LTWB\.dem\ALOS, seleccionando unidades verticales en metros, nombrar como TerrainASTER, TerrainSRTM y TerrainALOS.

Automáticamente, los archivos ASTGTMV003MosaicArcGISProZE.tif, SRTMV003MosaicArcGISProZE.tif y APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif serán copiados con los nombres TerrainASTER.elevation.tif, TerrainSRTM.elevation.tif y TerrainALOS.elevation.tif en la carpeta D:\R.LTWB\HECHMS\terrain y también en la carpeta D:\R.LTWB\HECHMS\gis dentro de subcarpetas independientes.

5. En la tabla de contenido, seleccione HECHMS – Basin Models – BasinASTER y en la parte inferior asocie el terreno creado al modelo de cuencas. Repita este procedimiento para los modelos de elevación SRTM y ALOS.

Este proceso puede tardar algunos segundos debido a la extensión del DEM y a su resolución.

6. En la tabla de contenido, seleccione HECHMS – Basin Models – BasinASTER y en el menú GIS, seleccione la opción Terrain Reconditioning. El primer paso (Step 1) permite crear paredes perimetrales de confinamiento utilizando el borde de una cuenca previamente digitalizada, dar clic en Next >.

Para el caso de estudio no ejecutaremos la generación de paredes perimetrales a partir de la zona de estudio correspondiente a la zona hidrográfica 28 - Cesar, debido a que realizaremos el cálculo de los caudales medios de largo plazo sobre todo el modelo digital de elevación.

El segundo paso (Step 2) permite modificar el terreno incrustando los drenajes, para ello seleccione la red de drenaje en formato Shapefile denominada DrenajeSencilloIGAC100kZEMerge.shp localizada en D:\R.LTWB\.shp, defina el número de celdas aferentes o Smooth drop cell buffer (p. ej. 5), la profundidad de suavizado lateral o Smooth drop height (p. ej. 10) y la profundidad de incrustación en el cauce o Sharp drop height (p. ej. 1000 para garantizar que en el relleno de sumideros se mantenga la localización de las celdas correspondientes a los drenajes marcados), de clic en Next >.

Espere hasta que el proceso se complete, para la grilla de terreno ASTGTMV003MosaicArcGISProZE.tif y la red DrenajeSencilloIGAC100kZEMerge.shp este proceso en HEC-HMS requiere de aproximadamente 10 horas.

Al igual que en la asociación y visualización en pantalla, este proceso puede tardar varios minutos debido a la extensión del DEM y a su resolución.

A través del monitor de procesos o Processes del administrador de tareas o Task Manager de su sistema operativo, verifique que se esté ejecutando el proceso OpenJDK Platform binary de HEC-HMS. Este proceso requiere de mínimo 8GB de memoria RAM para modelos de terrenos como los utilizados en el caso de estudio.

Reacondicionamiento completado.

Grilla obtenida localizada en D:\R.LTWB\HECHMS\gis\BasinASTER

Opcional: repita el procedimiento anterior en HEC-HMS para los modelos de cuenca BasinSRTM y BasinALOS. Los modelos de terreno serán almacenados en los directorios \HECHMS\gis\BasinASTER, \HECHMS\gis\BasinSRTM y \HECHMS\gis\BasinALOS.

Debido a que los algoritmos y motor de cálculo del componente GIS de HEC-HMS requieren de varias horas para completar los procesos de reacondicionamiento en modelos digitales de elevación de gran tamaño, se recomienda realizar este procedimiento en ArcGIS for Desktop a través de la herramienta HEC-GeoHMS o desde Arc Hydro Tools para ArcGIS.

Reacondicionamiento de modelos digitales de elevación DEM con HEC-GeoHMS sobre ArcGIS for Desktop

1. En Microsoft Windows, cree una carpeta nueva y nombre como HECGeoHMS en la ruta D:\R.LTWB.

Para garantizar el correcto procesamiento del modelo reacondicionado en indispensable establecer permisos de lectura y escritura sobre la carpeta HECGeoHMS a su usuario local. Desde el explorador de archivos de clic derecho sobre la carpeta HECGeoHMS, seleccione propiedades u oprima Alt+Enter. En la ventana de propiedades, seleccione la pestaña Security, de clic en el botón Edit

En la ventana de edición de permisos, de clic en el botón Add..., busque su cuenta de usuario y establezca permisos completos sobre el directorio.

2. En ArcGIS for Desktop 10.2.2, cree un mapa nuevo en blanco, guarde como HECGeoHMS.mxd en la carpeta D:\R.LTWB\HECGeoHMS y asigne el sistema de proyección de coordenadas MAGNA_Colombia_CTM12 disponible en la carpeta D:\R.LTWB\.ProjectionFile como MAGNA_OrigenNacional.prj.

3. Agregue al mapa la red de drenaje D:\R.LTWB\.shp\DrenajeSencilloIGAC100kZEMerge.shp, dando clic derecho en la capa, exporte la red de drenaje en la carpeta .shp como DrenajeSencilloIGAC100kZEMergeNoAttrib.shp.

Opcional, para simplificar el procesamiento del modelo reacondicionado puede eliminar los atributos de la capa vectorial de drenajes conservando y recalculando únicamente la longitud en el campo SHAPE_Leng.

Abra la tabla de atributos de DrenajeSencilloIGAC100kZEMergeNoAttrib.shp y dando clic derecho en la cabecera de cada campo de atributos, elimine los atributos a excepción de SHAPE_Leng.

En el campo SHAPE_Leng, dando clic en la cabecera y seleccionando la opción Calculate Geometry, recalcule la longitud geométrica en metros de cada entidad.

Obtenga las estadísticas de campo para los 17069 tramos de drenaje de la red utilizada en la zona de estudio. Clic derecho en la cabecera del campo SHAPE_Leng, seleccione Statistics. Podrá observar que la red de drenaje a incrustar en el terreno tiene una longitud de 42968 km.

4. Desde las subcarpetas contenidas en D:\R.LTWB\.dem, cargue al mapa las grillas recortadas hasta el límite de la zona de estudio ASTGTMV003MosaicArcGISProZE.tif, SRTMV003MosaicArcGISProZE.tif y APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif.

5. Desde el menú Customize / Toolbars, active la barra denominada HEC-GeoHMS

6. En la barra de herramientas HEC-GeoHMS de clic en el menú Preprocessing, seleccione la opción DEM Reconditioning. Reacondicione las grillas DEM utilizando los parámetros definidos en la siguiente ilustración y nombre cada grilla resultante como ASTERAgreeDEM.tif, SRTMAgreeDEM.tif y ALOSAgreeDEM.tif. Guarde las grillas en la carpeta _D:\R.LTWB\HECGeoHMS\Layers_

Resultados en ventana de ejecución para ASTERAgreeDEM.tif (dt: 01'21")

Resultados en ventana de ejecución para SRTMAgreeDEM.tif (dt: 01'12")

Resultados en ventana de ejecución para ALOSAgreeDEM.tif (dt: 07'21")

MDE reacondicionado	Cota mínima, m	Cota máxima, m	Descargar 📂
ASTERAgreeDEM.tif	-1006	5687	.rar
SRTMAgreeDEM.tif	-1044	5696	.rar
ALOSAgreeDEM.tif	-1046	5709	part1.rar, part2.rar, part3.rar

En caso de que el proceso de ejecución devuelva error de escritura en memoria y no permita generar las grillas, cree en la raíz del disco una copia de la carpeta D:\R.LTWB\HECGeoHMS, reinicie su equipo y ejecute el readoncicionamiento desde esta localización.

Si el error persiste, cree un nuevo usuario local tipo Administrador en su sistema operativo, cierre la sesión actual e inicie sesión con el nuevo usuario, luego ejecute el reacondicionamiento de terreno. Generalmente, el error se presenta por inconsistencia en los permisos de escritura de usuario en los directorios de la unidad local y estos permisos son generados nuevamente cuando se crea un nuevo usuario Administrador.

7. En ArcGIS for Desktop, cargue y visualice las grillas reacondicionadas y con la barra de herramientas 3D Analyst, cree perfiles de visualización alrededor de algunos drenajes para comprender el proceso de incrustación de la red de drenaje en los DEM.

Para conocer como realizar la visualización de perfiles en ArcGIS Pro y QGIS, clic aquí.

Reacondicionamiento de modelos digitales de elevación DEM con ArcGIS Pro

El reacondicionamiento de terreno ArcGIS Pro puede ser realizado con la herramienta Geoprocessing / Arc Hydro Tools Pro / Terrain Processing / DEM Reconditioning a través del complemento Arc Hydro Tools for Pro que puede ser obtenido desde http://downloads.esri.com/archydro/archydro/setup/Pro/.

Para el reacondicionamiento, primero deberá convertir la red de drenaje en una grilla ráster con la herramienta Geoprocessing / Conversion Tools / To Raster / Feature to Raster definiendo la menor resolución de las grillas de terreno que corresponde a 12.5 metros.¹

Reacondicionamiento.

Reacondicionamiento de modelos digitales de elevación DEM con QGIS

El reacondicionamiento de terreno con QGIS puede ser realizado con la herramienta Processing Toolbox / GRASS / Raster / r.carve que convierte los vectores que conforman la red de drenaje de un archivo Shapefile a una grilla raster extrayendo para cada celda o pixel el valor de la elevación del DEM y luego a partir de la definición del ancho de los drenajes y la definición de la profundidad adicional por debajo del terreno, se obtiene la grilla ajustada.²

En este momento dispone de grillas de terreno reacondicionadas para relleno de sumideros.

Recuerde que los modelos reacondicionados, únicamente serán utilizados para resolver las direcciones y acumulaciones de flujo, por lo que no se recomienda utilizar estos modelos, para el cálculo de parámetros morfométricos en cuencas o en drenajes.

Actividades complementarias:pencil2:

En la siguiente tabla se listan las actividades complementarias que deben ser desarrolladas y documentadas por el estudiante en un único archivo de Adobe Acrobat .pdf. El documento debe incluir portada (mostrar nombre completo, código y enlace a su cuenta de GitHub), numeración de páginas, tabla de contenido, lista de tablas, lista de ilustraciones, introducción, objetivo general, capítulos por cada ítem solicitado, conclusiones y referencias bibliográficas.

Actividad	Alcance
1	Realice el procedimiento presentado en esta clase en ArcGIS for Desktop, ArcGIS Pro y QGIS.
2	Investigue y documente otras herramientas, librerías, complementos o plug-in desde los que se pueda realizar el reacondicionamiento de modelo de terreno.

Compatibilidad

• Esta actividad puede ser desarrollada en versiones standalone de HEC-HMS 4.9 o superior, en HEC-GeoHMS sobre ArcGIS 10.2.2 y en QGIS.

Referencias

• https://www.hec.usace.army.mil/confluence/hmsdocs/hmsum/4.9/geographic-information/gis-menu
• https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-geohms/downloads.aspx

Control de versiones

Versión	Descripción	Autor	Horas
2023.01.30	Guión, audio, video, edición y publicación.	rcfdtools	1.5
2022.07.21	Reacondicionamiento de grillas ASTER, SRTM y ALOS con HEC-GeoHMS. Visualización de perfiles con 3D Analyst sobre ArcGIS for Desktop. Documentación general de la actividad.	rcfdtools	5.5
2022.07.20	Versión inicial con creación de polígono buffer a envolvente zona de estudio, recorte de grillas de terreno, creación de modelo HEC-HMS, creación de modelos de cuencas, asociación de modelos de terreno, reacondicionamiento ASTER GDEM.	rcfdtools	6.5

R.LTWB es de uso libre para fines académicos, conoce nuestra licencia, cláusulas, condiciones de uso y como referenciar los contenidos publicados en este repositorio, dando clic aquí.

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Footnotes

1. Burning stream network into DEM layer in QGIS https://www.youtube.com/watch?v=ZyM1jnxFamU ↩

2. Arc Hydro Tools for ArcGIS Pro http://downloads.esri.com/archydro/archydro/setup/Pro/ ↩