UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

DEPARTAMENTO CIENCIAS DE LA TIERRA

MANUAL PARA ArcGIS 9

“Construcción de Curvas de Nivel y Redes de Drenaje”

Requerido para la Asignatura de Fotogeología

Esteban Moisés Faúndez Vargas

Profesor Asignatura: Sr. Ramiro Ulises Bonilla Parra

Profesor Laboratorio Geomática: Sr. Luis Eduardo Vásquez Rivas

Concepción, diciembre de 2010

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Índice

Página

1 Introducción .................................................................................................................................... 2

2 Para Comenzar …............................................................................................................................ 3

2.1 Utilizando un DEM ..................................................................................................................... 3

2.1.1 Descarga ............................................................................................................................... 3

2.1.2 Preparación del DEM en ArcGIS-ArcMap …………............................................................. 6

2.2 Ubicación de una Zona de Estudio Específica .................................................................... 8

2.2.1 Límites .................................................................................................................................. 9

2.2.2 Cortar el DEM ………….......................................................................................................... 9

3 Curvas de Nivel …………................................................................................................................... 11

4 Redes de Drenaje ......................................................................................................................... 13

4.1 Visualización de los Drenajes .………………………………………...............................…………………...… 13

4.2 Niveles de Detalle .………………………………………………………….......................................................… 16

4.2.1 Obtención del Máximo Detalle ……………………..….........................................................…… 16

4.2.2 Otros Niveles de Detalle ……………………......................................................................……… 18

4.3 Obtención de Redes de Drenaje en Formato Shapefile ……………...............................…… 19

4.3.1 Reclasificación ……………………............................................................................................… 19

4.3.2 Convertir la Imagen a Shapefile ……………………..………........................................................ 23

5 Recomendaciones y Sugerencias ………...…………………….............................………….....………. 25

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1 Introducción

El presente manual tiene por objetivo señalar los pasos a seguir para confeccionar curvas de

nivel y redes de drenaje a partir de un DEM (Modelo de Elevación Digital, en sus siglas en inglés)

utilizando el software ArcGIS y sus componentes asociados (ArcMap y ArcCatalog). Ambos

elementos resultantes pueden utilizarse como apoyo para el análisis topográfico e hidrológico

de alguna zona de interés.

Se mencionarán algunas funciones específicas del software, que permiten que las curvas y los

drenajes puedan incluirse en un mapa geológico y sobreponerse con imágenes satelitales.

En particular, las redes hidrográficas obtenidas, se mostrarán a distintos niveles de detalle, con

el fin de lograr un mejor aprovechamiento de la información entregada a partir del DEM y servir

de apoyo para el proceso de fotointerpretación.

Para una buena comprensión de este documento, se sugiere manejar conceptos básicos en

cartografía y en la utilización del software.

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2 Para Comenzar

Los primeros pasos a seguir son análogos al inicio de cualquier proyecto de ArcGIS, por lo cual se

recomienda crear una carpeta en el disco duro local y, dentro de ésta, unas específicas que

pueden llamarse “DEM” (dónde quedarán todos los archivos relacionados con éste) y otra

llamada “SHAPEFILES” (para guardar las curvas de nivel y las redes de drenaje finales).

Una vez abierta la aplicación ArcMap, se debe hacer conexión con la carpeta creada para el

proyecto a través de ArcCatalog.

2.1 Utilizando un DEM

Un DEM, o Modelo de Elevación Digital, es una imagen obtenida de forma remota por un

sistema de radar y posee información de la elevación del terreno para una zona determinada.

Actualmente, existen algunos sitios en Internet desde los cuales es posible descargar imágenes

satelitales y DEM’s generados por una variada gama de sensores, de forma gratuita, pero no con

las mejores resoluciones espaciales.

2.1.1 Descarga

Una buena página web para descargar estos productos es la provista por Global Land Cover

Facility (GLCF), cuya dirección es la siguiente:

http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp

En este manual se utilizará un DEM de la zona correspondiente a la Región de Atacama, Chile,

disponible en la biblioteca de imágenes satelitales del programa estadounidense Landsat TM,

con una resolución espacial de 30 metros.

A continuación se presentan los pasos para descargar el DEM:

- Al ingresar a la página web, se debe hacer clic en el recuadro “Map Search”.

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- Luego, seleccionar el tipo de set de datos a utilizar, en este caso se marca la casilla “TM”

en la pestaña de “Landsat Imagery”.

- Acercarse a la zona particular que se quiere estudiar haciendo clic en el mapa mundial

que aparece, aunque, si se desea, es posible ingresar el lugar a partir de coordenadas

geográficas, utilizando la pestaña “Lat/Long” en la parte superior de la ventana del

mapa. Una vez centrada la zona, se debe hacer clic en la herramienta “Select” y luego

seleccionar la imagen disponible.

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- Hacer clic en la opción “Preview & Download”.

- Elegir una de las imágenes disponibles. En este caso se utiliza la más actualizada, del año

2007. Una vez seleccionada, se debe hacer clic en “Download”.

- En esta nueva ventana, se encuentran todas las imágenes satelitales de la zona en

distintas bandas, pero para este documento sólo se descarga el archivo del DEM y los

otros asociados que permiten que la imagen esté georeferenciada. Los archivos de texto

deben guardarse como formato de bloc de notas desde el navegador en la opción

“Archivo-Guardar como”. Todas las descargas quedan en la carpeta “DEM”.

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- Finalmente, se descomprime el archivo del DEM, el cual se encuentra en formato “.tif”.

2.1.2 Preparación del DEM en ArcGIS-ArcMap

- Al abrir el área de trabajo en ArcMap, lo primero es definir una cartografía. En este caso

se utiliza el sistema coordenado proyectado UTM, en el Datum WGS 1984 Zone 19S,

disponible en el software. La información de referencia espacial del DEM puede

encontrarse viendo las propiedades de éste a través de ArcCatalog.

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- Se inserta el DEM en el área de trabajo.

- Para trabajar mejor, exportamos el DEM a un nuevo formato de imagen más

comprimido llamado “GRID”. Para esto, se hace clic en “Data-Export Data” y luego se

selecciona el formato GRID, eligiendo guardarlo en la carpeta “DEM” y un nuevo nombre

corto (máximo 13 caracteres).

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- Se inserta el DEM en el nuevo formato y se remueve el anterior.

2.2 Ubicación de una Zona de Estudio Específica

Debido al gran uso de recursos que ocupa la confección de curvas y redes, para cumplir el

objetivo de este manual, se selecciona un área específica más pequeña dentro de la zona total

mostrada por el DEM, la cual se delimita creando un shapefile de tipo poli-línea o polígono a

partir de la aplicación ArcCatalog (con la misma cartografía que el proyecto), dentro de la

carpeta preparada previamente para este tipo de archivos. Este procedimiento se puede omitir

si se posee un computador de altos rendimiento y capacidad de procesamiento.

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2.2.1 Límites

Se inserta el shapefile generado anteriormente y se dibuja la zona que se desea estudiar, ya sea

tanto manualmente, como a partir de coordenadas particulares. Para este caso se delimita

manualmente una zona alrededor de la ciudad de Vallenar.

2.2.2 Cortar el DEM

El paso siguiente es cortar el DEM según los límites previamente preparados, lo cual se realiza a

través de herramientas especiales del software. A continuación se explican los pasos a seguir:

- Dentro de las herramientas que se encuentran en ArcToolbox, se debe localizar la

función “Clip”, que se encuentra en “Data Management Tools-Raster-Raster Processing”.

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- Se deben ingresar la imagen del DEM y los límites deseados. Marcar la casilla indicada

permite que se corte exactamente según el shapefile seleccionado. Es importante borrar

la extensión “.img” del nombre del nuevo archivo para mantener el formato GRID (o se

puede elegir otro formato de imagen, según se desee).

- Finalmente, se remueve el DEM general y sólo se mantiene la nueva imagen más

pequeña.

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3 Curvas de Nivel

A continuación se indican los pasos para generar curvas de nivel a partir del DEM descargado y

ya preparado:

- Activar todas las extensiones disponibles para la versión completa del software, las

cuales se encuentran en “Tools-Extensions”.

- Localizar en ArcToolbox, la función “Contour”, que se encuentra en “Spatial Analyst

Tools-Surface”.

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- Se ingresa la imagen cortada del DEM y se indica la carpeta de destino para las curvas,

previamente definida para shapefiles. Se indica la equidistancia, que en este caso es de

50 metros. Las otras opciones no se modifican.

- El color puede modificarse fácilmente como cualquier shapefile y los rótulos que indican

la cota se agregan activando la opción “Label Features” (campo base es “Contour”) en

propiedades de la forma. Pero si, por ejemplo, sólo se desea rotular cada 100 metros, se

pueden generar nuevas curvas con esta equidistancia, luego activar el rótulo y,

finalmente, dejar este shapefile sin color.

Debido a que la resolución espacial es de 30 metros, se da el caso de que a equidistancias

menores (p.e. cada 25 metros), algunas curvas de nivel no quedan dibujadas correctamente y

poseen formas rectangulares. Este efecto puede eliminarse parcialmente, utilizando la función

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“Smooth” del editor avanzado de shapefiles. Se recomienda utilizar grados bajos a medios de

suavizado (p.e. 5 a 10), ya que puede ocurrir que ciertas curvas lleguen a cortarse entre sí (notar

que para utilizar esta función, se deben seleccionar las formas a editar, ya sea una por una o

todas juntas a la vez).

4 Redes de Drenaje

A partir del DEM, pueden generarse las redes de drenaje de una zona determinada a varios

niveles de detalle, lo cual permite utilizar esta nueva información tanto para realizar análisis

hidrológicos como para insertarlas en mapas geológicos y/o topográficos.

A continuación, se describen los pasos a seguir para confeccionar estas redes, utilizando el DEM

preparado con anterioridad.

4.1 Visualización de los Drenajes

- Verificar que todas las extensiones del software estén activadas, tal cual se hizo para las

curvas de nivel. Ahora se debe localizar el set de herramientas especializadas para

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hidrología, el cual se encuentra en ArcToolbox, en “Spatial Analyst Tools-Hidrology”. Las

funciones que se utilizan son “Fill”, “Flow Direction” y “Flow Accumulation”, en ese

orden particular. Notar que todos los archivos creados a partir de estas funciones están

en formato de imagen.

- Aplicar la función “Fill”, ingresando el DEM cortado e indicando la localización del

archivo generado. Se recomienda guardarlo en la misma carpeta DEM y con un nombre

correspondiente a la función aplicada. No se considera un límite de altura para este caso.

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- Luego, aplicar la función “Flow Direction”, ingresando la imagen creada a partir del paso

anterior con la función “Fill” y utilizar la misma carpeta de destino con su nombre

correspondiente. Las otras opciones se dejan en blanco.

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- Finalmente, para ver las redes de drenaje de la zona, se aplica la función “Flow

Accumulation”, ingresando la imagen creada en el paso anterior y guardando la nueva

información en la misma carpeta, con su nombre correspondiente. Las otras opciones no

se modifican.

4.2 Niveles de Detalle

El nivel de detalle que se desea visualizar, se puede modificar alterando las clasificaciones de la

simbología de la imagen, lo cual se puede encontrar en las propiedades de ésta, dentro de la

pestaña “Symbology”, seleccionando la opción “Classified”.

4.2.1 Obtención del Máximo Detalle

- En la ventana de simbología, se debe hacer clic en el botón “Classify”.

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- Indicar el tipo de clasificación como “Geometrical Interval” y elegir un nivel de 32 clases.

1º

2º

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- Así, se visualizan las redes con máximo detalle.

4.2.2 Otros Niveles de Detalle

- Para obtener otros niveles de detalle, se debe cambiar el tipo de clasificación siguiendo

los mismos pasos anteriores. Por ejemplo, se utiliza una nueva clasificación según

“Natural Breaks (Jenks)”, con 32 clases, y se obtiene lo siguiente:

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- También con menor detalle, utilizando la misma clasificación anterior, pero con 5 clases:

Existe una amplia gama de tipos de clasificación que se pueden utilizar, por lo tanto, dependerá

del uso que se quiera dar a la información obtenida, el nivel de detalle al cual se puede llegar a

visualizar.

4.3 Obtención de Redes de Drenaje en Formato Shapefile

Para poder utilizar las redes generadas sobre un DEM, imágenes satelitales, mapas, etc., es más

práctico si éstas se encuentran en un formato más simple y manejable, tal cual lo es un shapefile

de ArcGIS.

4.3.1 Reclasificación

Antes de generar estos archivos, se debe considerar el nivel de detalle que se desea utilizar y,

probablemente, sea necesario realizar varios ensayos antes de obtener un shapefile adecuado.

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Este proceso se realiza a partir de una función de la herramienta “Spatial Analyst”, llamada

“Reclassify”, la cual sirve para hacer una reclasificación de la simbología de la imagen,

permitiendo eliminar ciertos datos para, finalmente, mostrar sólo los requeridos.

Se sugiere crear una nueva carpeta para el proyecto, que se puede llamar “RECLASSIFY”, con el

fin de guardar todas las reclasificaciones creadas, las cuales se generan en formato de imagen.

A continuación se describen los pasos a seguir, utilizando una clasificación de máximo detalle

para la imagen de drenajes obtenida anteriormente.

- En la barra de herramientas “Spatial Analyst”, indicar que se desea trabajar sobre la

imagen de las redes de drenaje.

- El siguiente paso es verificar, con la función “Identify”, el valor de los pixeles cuya

información se desea eliminar de la clasificación (Class value). En este caso, se desea

eliminar el fondo negro y algunas redes más pequeñas, lo cual resulta en la identificación

de las primeras 9 clases.

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- Localizar y hacer clic sobre la función “Reclassify”.

- Eliminar las primeras 9 entradas o clases una por una, haciendo clic en “Delete entries”.

- Marcar la casilla indicada y especificar la carpeta de destino de la imagen reclasificada,

guardándola con un nombre de fácil identificación. Hacer clic para finalizar la operación

y luego aceptar la notificación que envía la aplicación.

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- La imagen resultante se superpone a la imagen de las redes y es posible observar la

nueva clasificación en la información de ésta en la barra lateral.

- Ocultando la imagen de los drenajes completos, se puede evaluar si la reclasificación es

satisfactoria.

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4.3.2 Convertir la Imagen a Shapefile

La imagen obtenida de la reclasificación se puede convertir en un shapefile utilizando una

función del “Spatial Analyst”.

Los pasos a seguir se detallan a continuación:

- Localizar la función “Convert” en la misma barra del “Spatial Analyst”, y hacer clic sobre

“Raster to Features”.

- Seleccionar e ingresar la imagen de la reclasificación. Se sugiere utilizar un shapefile de

tipo polígono y marcar la casilla indicada, con el fin de obtener un resultado de mejor

calidad. La carpeta de destino debe ser la predefinida para este tipo de archivos.

Confirmar la operación.

- Ahora, la información de las redes de drenajes aparece como un shapefile y el color se

puede modificar alterando sus propiedades, según sea más apropiado.

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Como es notorio, usar la reclasificación de la imagen de los drenajes permite generar una gran

variedad de éstas según se requiera para un estudio determinado.

A partir del nivel de detalle obtenido con este procedimiento, es posible realizar un análisis

bastante completo de la zona en cuestión, lo cual se puede complementar con los análisis de

color y textura de imágenes satelitales, con el fin de apoyar el proceso de la fotointerpretación.

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5 Recomendaciones y Sugerencias

Para optimizar la calidad de los resultados, es necesario trabajar sobre un DEM de mejor

resolución espacial que la utilizada en este manual. Esto implica la compra de esta información a

las agencias que la generan, ya que los productos que se obtienen gratuitamente en Internet

son, en general, de baja resolución.

El procedimiento para obtener las curvas y redes de drenaje sobre áreas más amplias que la

vista en este documento, en tiempos relativamente cortos, requiere de computadores de alto

poder de procesamiento y se sugiere que posean una tarjeta gráfica independiente para no

utilizar recursos de memoria internos.

Para ingresar esta información generada sobre mapas, es recomendable que éstos sean a escala

1:50.000 o superior, ya que a menores escalas, es posible observar los defectos producidos por

la baja resolución espacial del DEM utilizado.