Crear un campo de velocidad
Empezará por descargar una cuenca hidrográfica para el área de Stowe que utilizará como área de estudio para su análisis posterior. A continuación, comenzamos por determinar cuánto tiempo tarda el agua en llegar a una salida, lo que permitirá al municipio predecir mejor en qué momento se producirá la inundación durante un hipotético evento de precipitaciones. Para determinar el tiempo que tarda el agua en fluir hasta un punto determinado, necesitamos determinar primero con qué velocidad se mueve. Calcularemos la velocidad del agua en movimiento gracias a un campo de velocidad. Existen muchos tipos de campos de velocidad y se pueden calcular con una amplia variedad de ecuaciones matemáticas. Crearemos un campo de velocidad variable espacialmente, pero invariable en el tiempo y la descarga. Esto significa que nuestro campo de velocidad se basará en las siguientes suposiciones:
- La velocidad se ve afectada por componentes espaciales tales como la pendiente y la acumulación de flujo (variables espacialmente).
- La velocidad en una ubicación dada no cambia con el paso del tiempo (invariable en el tiempo).
- La velocidad en una ubicación dada no depende del caudal de agua de la ubicación (invariable en la descarga).
En realidad, la velocidad podría ser variable en el tiempo, además de variable en la descarga. Sin embargo, la incorporación de estas variantes requeriría datasets adicionales que quizá no estén disponibles y requeriría técnicas de modelado que quizá no pueden replicarse en el entorno SIG. El campo de velocidad variable espacialmente e invariable en el tiempo y la descarga arrojará resultados por lo general exactos, aunque es importante recordar que cualquier método siempre será una aproximación de los fenómenos observados.
Descargar y abrir el proyecto
En primer lugar, descargará datos hidrológicos de Stowe. Estos datos se incluirán en un proyecto de ArcGIS Pro. Los archivos de proyecto contienen también una tarea que le guiará por el flujo de trabajo paso a paso.
- Descargue la carpeta comprimida Stowe_Hydrology.
- Busque el archivo descargado en su equipo.
Nota:
Dependiendo de su navegador web, puede que se le pida que elija la ubicación de archivo antes de iniciar la descarga. La mayoría de los navegadores descargan los archivos de manera predeterminada en la carpeta Descargas del equipo.
- Haga clic con el botón derecho en el archivo y extráigalo en una ubicación que pueda encontrar fácilmente, como su carpeta Documentos.
- Abra la carpeta descomprimida y, luego, la carpeta Stowe_Hydrology.
Esta carpeta contiene el archivo de proyecto Stowe_Hydrology para ArcGIS Pro, la geodatabase Stowe_Hydrology y la carpeta Index generada automáticamente. Ahora abrirá el proyecto.
- Si tiene ArcGIS Pro instalado en su equipo, haga doble clic en Stowe_Hydrology.aprx para abrir el proyecto. Si se le pide, inicie sesión en su cuenta con licencia de ArcGIS.
Nota:
Si no tiene acceso a ArcGIS Pro o una cuenta de organización de ArcGIS, consulte las opciones de acceso a software.
El proyecto contiene un mapa con un mapa base topográfico y las siguientes capas de datos:
- Pour_point: una capa de entidades de punto que representa la salida aguas abajo del río Little, donde creará un hidrograma unitario.
- Stowe_boundary: una capa de entidades poligonales que representa los límites de Stowe, Vermont. Esta capa se derivó de los datos disponibles en el Vermont Center for Geographic Information (VCGI).
- Stowe_watershed: una capa ráster que representa la cuenca hidrográfica en el área de Stowe. Esta se ha derivado de las otras capas incluidas en el paquete.
- Stowe_flow_accumulation: una capa ráster que indica dónde hay más probabilidad de que se acumule el agua. Esta se ha derivado de las otras capas incluidas en el paquete.
- Stowe_fill_flow_direction: una capa ráster que representa la dirección en la que fluye el agua. Esta se ha derivado de las otras capas incluidas en el paquete.
- Stowe_DEM: una capa ráster que representa la elevación en el área de estudio. También tiene una resolución de 30 metros. Se derivó de los datos facilitados por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS).
- Stowe_velocity_example: una capa ráster que representa un campo de velocidad variable espacialmente pero invariable en el tiempo y la descarga para el área de estudio. Veremos cómo crear esta capa más adelante (este ejemplo se ofrece como apoyo). Por ahora no necesitaremos esta capa, por lo que está desactivada.
Aunque no esté en el mapa, la carpeta del proyecto (Stowe_Hydrology) incluye un archivo de texto llamado Stowe_isochrones, que contiene rangos de clasificación para las zonas isócronas que creará en una lección posterior. La geodatabase del proyecto (Stowe_Hydrology.gdb) contiene varios datasets intermedios adicionales que han sido necesarios para crear la capa de la cuenca hidrográfica.
Nota:
Este tutorial da por supuesto que ya ha delineado la cuenca para su área de estudio. Para obtener información sobre cómo crear datasets de la cuenca hidrográfica, acumulación de flujo y dirección de flujo con el DEM de Stowe, pruebe el laboratorio de ArcGIS Realización de análisis hidrológicos con ArcGIS Pro. La creación de una cuenca hidrográfica es un requisito previo importante para muchos flujos de trabajo del análisis hidrológico.
A continuación, abrirá la tarea de ArcGIS Pro incluida en su proyecto. La tarea le guiará por el flujo de trabajo necesario para crear un hidrograma unitario.
- En el panel Catálogo, expanda la carpeta Tareas.
Nota:
Si el panel Catálogo no está abierto, en la pestaña Vista, en el grupo Ventanas, haga clic en Panel Catálogo.
- Haga doble clic en la tarea Crear hidrograma unitario en la salida.
Aparece el panel Tareas. Contiene varias tareas para partes específicas del flujo de trabajo.
Crear el ráster de pendiente
Las variables principales de la ecuación que emplearemos en nuestro campo de velocidad son la pendiente y el área de la cuenca contribuyente aguas arriba. Ya tenemos una capa ráster para el área de la cuenca contribuyente aguas arriba: la capa de acumulación derivada de Stowe DEM. No tenemos aún una capa de pendiente, por lo que crearemos una.
- En el panel Tareas, haga doble clic en la tarea Crear un campo de velocidad.
Esta tarea consta de cinco pasos. En el primer paso se abre la herramienta Pendiente, que calcula una capa ráster en la cual el valor de cada celda es la pendiente de esa celda. La pendiente se determina por la diferencia de elevación entre las celdas de forma que requiere como entrada nuestra capa de elevación original.
- En Ráster de entrada, elija Stowe_DEM.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_slope.
- En Unidades de medida de salida, elija Elevación en porcentaje.
La opción de medición Elevación en porcentaje calcula la pendiente como un porcentaje de la elevación vertical sobre la elevación horizontal, en lugar de una medida en grados. Dejaremos los demás parámetros como están. El método planar es adecuado para áreas a escala local (áreas pequeñas tales como esta cuenca hidrográfica) que presenta diferencias mínimas de pendiente entre los métodos planar y geodésico. El factor Z solo se usa si las unidades de medida de la distancia X e Y son distintas de las unidades de medida de la distancia Z (altura).
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y el ráster de pendiente se agrega al mapa.
Los colores más oscuros presentan una pendiente más pronunciada. Mientras que, por lo general, los picos de las montañas presentan las pendientes más pronunciadas, el lecho del curso de agua alrededor del cual se encuentra la ciudad tiene una pendiente relativamente plana.
Calcular el término pendiente-área
Ahora que ya tenemos una capa ráster tanto para la pendiente como para el área de acumulación de flujo, calcularemos una nueva capa ráster que las combine. La capa mostrará el término pendiente-área (el valor sb Ac de la ecuación de Maidment y otros). El siguiente paso de la tarea abre la herramienta Calculadora ráster, que permite crear capas ráster personalizadas a partir de una ecuación que especifiquemos.
- En el panel Tareas, en la expresión Álgebra de mapas, utilice Rásteres y Herramientas para crear la siguiente expresión:
SquareRoot("Stowe_slope") * SquareRoot("Stowe_flow_accumulation")
Sugerencia:
Como alternativa, puede copiar y pegar la expresión.
El motivo por el que averiguaremos la raíz cuadrada de la pendiente y la acumulación de flujo es que usaremos los coeficientes recomendados (b = c = 0.5) de Maidment y otros. Un coeficiente de 0,5 equivale a la raíz cuadrada del valor.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_slope_area_term.
Por último, modificaremos el entorno para la herramienta de geoprocesamiento, de modo que la capa de salida aparezca enmascarada (o limitada) por la extensión de la cuenca hidrográfica de Stowe. Así, podremos calcular más adelante el término medio pendiente-área de toda la cuenca, que constituye un componente clave de su ecuación de campo de velocidad.
- Por encima de los parámetros de la herramienta, haga clic en Entornos. En Máscara, elija Stowe_watershed.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y la capa se agrega al mapa.
Calcular el campo de velocidad
Ahora que ya disponemos del término pendiente-área, podemos calcular un campo de velocidad. Usaremos un método de creación de campos de velocidad propuesto por primera vez por Maidment y otros (1996).[1] En este método, se asigna a cada celda del campo de velocidad una velocidad basada en la pendiente local y el área de la cuenca contribuyente (el número de celdas que fluyen hacia esa celda, o acumulación de flujo). Se basan en la siguiente ecuación:
V = Vm * (sbAc) / (sbAcm) (1)Donde V es la velocidad de una celda individual con una pendiente local de s y un área de cuenca contribuyente de A. Los coeficientes b y c pueden determinarse mediante calibración, un método estadístico que afina los parámetros de modelo de modo que los datos predichos sean lo más cercanos posible a los datos observados. En este escenario, usaremos el valor recomendado del método, que es b = c = 0,5. Vm es la velocidad media de todas las celdas de la cuenca hidrográfica. Supondremos una velocidad media de Vm = 0,1 m/s. Por último, sb Acm es el término medio de pendiente-área en toda la cuenca hidrográfica. Para evitar resultados poco realistas, demasiado rápidos o lentos, estableceremos límites para las velocidades mínima y máxima. El límite inferior será de 0,02 metros por segundo, mientras que el límite superior será de 2 metros por segundo.
Esta ecuación es solo una de las muchas formas en que se puede calcular un campo de velocidad y acarrea varias suposiciones y limitaciones en sí misma. Además, este flujo de trabajo puede resultar complicado debido a que usa ecuaciones multivariables. Se nos ha proporcionado una copia de seguridad del campo de velocidad, llamada Stowe_velocity_example, por si tuviéramos problemas para completar el tutorial.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho en Stowe_slope_area_term y elija Propiedades.
Se abre la ventana Propiedades de capa para la capa de término pendiente-área.
- Haga clic en la pestaña Fuente y expanda el título Estadísticas.
Esta ventana presenta varias estadísticas importantes acerca de la capa, incluido su promedio (valor medio).
- Copie el valor Valor medio en el portapapeles y haga clic en Aceptar para cerrar la ventana Propiedades de capa.
- Vuelva al panel Tareas, en la página 3. Calcule la velocidad.
El siguiente paso de la tarea también usa la herramienta Calculadora ráster.
- Para la expresión de álgebra de mapas, cree la siguiente expresión:
0,1 * ("Stowe_slope_area_term" / [Término pendiente-area medio])
Donde [Término pendiente-área medio] es el valor copiado desde la ventana Propiedades de capa.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_velocity_unlimited.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y la capa se agrega al mapa. La nueva capa tiene un aspecto similar al de la capa de término pendiente-área porque se calculó multiplicando las celdas de la capa de término pendiente-área por valores fijos.
- En caso necesario, en el panel Contenido, amplíe la simbología de las capas Stowe_slope_area_term y Stowe_velocity_unlimited.
Los valores de la simbología de las capas confirma que las dos capas son diferentes, aunque tengan el mismo aspecto. (Sus números pueden diferir ligeramente de los de la imagen de ejemplo).
Limitar las velocidades
La capa ráster que creó es un campo de velocidad, pero sus velocidades máxima y mínima son poco realistas. Por ejemplo, algunos valores del campo presentan una velocidad de 0 metros por segundo, algo improbable durante un evento de precipitaciones extremas. Además, el valor máximo de aproximadamente 7,5 metros por segundo es poco realista incluso en una inundación grave. Limitaremos los valores de velocidad con un límite inferior de 0,02 metros por segundo y un límite superior de 2 metros por segundo.
- Vuelva al panel Tareas.
El siguiente paso de la tarea usa la herramienta Con, que realiza una evaluación condicional de los valores de una capa ráster basándose en una expresión que se especifica. En primer lugar, definiremos el límite inferior de la velocidad.
- En Ráster condicional de entrada, elija Stowe_velocity_unlimited.
- En Expresión, cree la cláusula Donde VALUE es mayor o igual que 0.02.
A continuación, definiremos el valor que usaremos en cada celda si la cláusula es verdadera. Dado que queremos que los valores sean los mismos si son mayores que o iguales a 0,02, elegiremos la misma capa ráster que la capa de entrada.
- Para Ráster verdadero o valor constante de entrada, elija Stowe_velocity_unlimited.
Si la cláusula es falsa en una celda (es decir, que el valor de la celda es inferior a 0,02), cambiaremos el valor de la celda a 0,02.
- En Ráster falso o valor constante de entrada, escriba 0,02.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_velocity_lower_limited.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y se agrega una nueva capa al mapa. La nueva capa es solo una capa intermedia, ya que aún tenemos que agregar el límite superior. El paso final de la tarea también usa la herramienta Con.
- En Ráster condicional de entrada, elija Stowe_velocity_lower_limited.
- En Expresión, agregue la cláusula Donde VALUE es menor o igual que 2.
- Para Ráster verdadero o valor constante de entrada, elija Stowe_velocity_lower_limited. En Ráster falso o valor constante de entrada, escriba 2.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_velocity.
- Haga clic en Finalizar.
La herramienta se ejecuta y su capa de campo de velocidad terminada se agrega al mapa.
En esta capa, los colores más oscuros representan una velocidad menor, mientras que los más claros representan una velocidad mayor. El agua tiende a fluir con la máxima velocidad en los cursos de agua, que es donde se acumula la mayor cantidad de agua. El área que rodea a Stowe no es ajena a esta máxima, lo que supone que el agua fluirá con la máxima velocidad al irse concentrando hacia el punto de salida situado aguas abajo de la ciudad.
- En el panel Contenido, desactive las siguientes capas:
- Stowe_flow_accumulation
- Stowe_watershed
- Stowe_slope
- Stowe_slope_area_term
- Stowe_velocity_unlimited
- Stowe_velocity_lower_limited
Nota:
Contraiga cada capa para que ocupen menos espacio en el panel.
- Guarde el proyecto.
Ha derivado un campo de velocidad variable espacialmente pero invariable en el tiempo y la descarga, partiendo de capas ráster de acumulación de flujo y pendiente. Para lograrlo, usamos una de las muchas fórmulas posibles que permiten calcular campos de velocidad. Ahora que sabe con qué velocidad fluyen las aguas a través de Stowe durante nuestro hipotético evento de precipitaciones, determinará cuánto tiempo tarda el agua en fluir hasta la salida.
Crear un mapa isócrono
Anteriormente, usamos sus capas de acumulación de flujo y cuenca hidrográfica para crear un campo de velocidad que predecía a qué velocidad fluirá el agua por Stowe, Vermont. Su campo de velocidad mostró que el agua tiende a moverse más rápido a lo largo de los cursos de agua que atraviesan la ciudad, pero seguimos sin poder crear un hidrograma unitario porque no sabemos cuánto tiempo tardará el agua en fluir hasta su punto de salida. A continuación, creará un mapa isócrono cuya función es cartografiar el tiempo que tarda en alcanzar una ubicación determinada desde cualquier punto de un área. Para crear el mapa isócrono, crearemos primero una cuadrícula de peso. A continuación, evaluaremos el tiempo que tarda el agua en llegar a la salida y reclasificaremos esos tiempos en zonas isócronas.
Crear una cuadrícula de peso
El tiempo de flujo se calcula con una ecuación relativamente simple: la longitud que debe recorrer el agua, dividida entre la velocidad a la que fluye. Aunque ya sabemos a qué velocidad fluye el agua gracias a su campo de velocidad, desconocemos la longitud de flujo. Para determinar la longitud de flujo, necesitamos dos variables: dirección del flujo (que conocemos) y peso (que no conocemos). El peso, respecto del caudal, representa la impedancia. Por ejemplo, el agua tarda más en fluir por suelo forestal que al resbalar sobre una superficie rocosa lisa, dado que se ve obstaculizada por el terreno. Aunque calcular el peso podría parecer difícil sin contar con datos detallados del terreno, es posible derivar una ecuación para calcularlo a partir de las dos ecuaciones siguientes para determinar el tiempo de flujo:
Tiempo de flujo [T] = Longitud de flujo [L] / Velocidad [LT-1] (1)Tiempo de flujo [T] = Longitud de flujo [L] * Peso [L-1T] (2)Al combinar estas ecuaciones, se obtiene una nueva ecuación:
Peso [L-1T] = 1 / Velocidad [LT-1] (3)De este modo, es posible determinar el peso a partir de nuestra capa de campo de velocidad. Más adelante, usaremos la capa de cuadrícula de peso junto con su capa de dirección de flujo para determinar la longitud y el tiempo de flujo.
- En el panel Tareas, haga doble clic en la tarea Crear un mapa isócrono.
La tarea consta de cuatro pasos. El primer paso abre la herramienta Calculadora ráster. Introduciremos la ecuación de peso para crear una cuadrícula de peso de la cuenca hidrográfica de Stowe.
- Para la expresión de álgebra de mapas, cree (o copie y pegue) la siguiente expresión:
1 / "Stowe_velocity"
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_weight.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y se agrega una nueva capa ráster de cuadrícula de peso al mapa.
Aunque esta capa no dice mucho por sí misma, podemos usarla junto con la capa de dirección de flujo creada anteriormente para determinar el tiempo de flujo.
- En el panel Contenido, active Stowe_fill_flow_direction.
Esta capa se creó a partir del DEM de Stowe y no de la cuenca hidrográfica, de modo que la extensión de la capa rebasa con mucho su área de interés. Extraerá una nueva versión de la capa de dirección de flujo que solo cubre la cuenca.
- Vuelva al panel Tareas.
El siguiente paso de la tarea usa la herramienta Extraer por máscara, que recorta (con una operación clip) una capa ráster a una extensión determinada en función de la extensión de otra capa.
- En Ráster de entrada, elija Stowe_fill_flow_direction. En Datos de máscara de entidad o ráster de entrada, elija Stowe_watershed.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_watershed_flow_direction.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y se agrega al mapa un ráster extraído para la dirección de flujo.
Nota:
La simbología predeterminada de su capa puede diferir de la imagen del ejemplo.
Ahora que hemos extraído su capa de dirección de flujo, no necesitamos mostrar la anterior en el mapa.
- En el panel Contenido, desactive la capa Stowe_fill_flow_direction. A continuación, vuelva al panel Tareas.
Evaluar el tiempo de flujo hasta el punto de fluidez en la salida
Finalmente tenemos todas las capas que necesitamos para determinar el tiempo de flujo. El siguiente paso de la tarea usa la herramienta Longitud de flujo. Aunque esta herramienta, como sugiere su nombre, calcula normalmente la longitud de flujo, cuenta con un parámetro opcional para incluir un ráster de peso. Si se incluye un ráster de peso, la herramienta calcula en su lugar el tiempo de flujo.
- En Ráster de dirección de flujo de entrada, elija Stowe_watershed_flow_direction.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_time.
- En Dirección de medición, confirme que se ha elegido Aguas abajo.
- En Ráster de peso de entrada, elija Stowe_weight.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y se agrega al mapa un ráster que representa el tiempo de flujo hasta la salida.
Cada celda de esta capa ráster contiene un valor que representa el tiempo en segundos que tarda el agua en fluir hasta la salida desde la celda. Los colores más oscuros representan tiempos de flujo más breves. El agua tarda el mínimo tiempo en fluir desde los lechos del curso inferior más cercanos a la salida, mientras que el agua que cae en las montañas del oeste tarda más.
- En caso necesario, en el panel Contenido, amplíe la simbología de la capa Stowe_time.
El tiempo que tarda el agua en fluir hasta la salida va de los 0 segundos (la lluvia que cae en la propia salida) hasta aproximadamente 50 000 segundos, ¡unas 14 horas! (Es posible que sus tiempos varíen).
Reclasificar el tiempo de flujo en zonas isócronas
La capa ráster de tiempo de flujo contiene un número ingente de valores únicos, lo que hace que el análisis posterior sea complicado y engorroso. Para facilitar las cosas, reclasificaremos la capa de tiempo de flujo en zonas isócronas.
Una isócrona es una línea de contorno que pasa por todos los puntos que presentan aproximadamente el mismo tiempo de desplazamiento hasta la salida de la cuenca. Definiremos isócronas a intervalos de tiempo iguales de 1800 segundos (o 30 minutos). En las áreas mayores, las isócronas pueden usar intervalos diferentes, pero para la cuenca de Stowe debe ser adecuado este intervalo de tiempo. Con este intervalo, cada celda de la primera zona isócrona requerirá aproximadamente 1800 segundos en alcanzar la salida, cada celda de la segunda zona isócrona requerirá 3600 segundos, y así en adelante. Más tarde usaremos estos intervalos de tiempo como la ordenada de su hidrograma unitario.
El siguiente paso de la tarea abre la herramienta Reclasificar. Usará esta herramienta para clasificar los valores de tiempo de flujo pertenecientes a un rango de valores específico (por ejemplo, 0 y 1800, o de 1800 a 3600) hasta el límite superior del rango. Por tanto, un valor de 907 se reclasificaría en 1800, mientras que un valor de 2145 se reclasificaría en 3600.
- Vuelva al panel Tareas. En Ráster de entrada, elija Stowe_time.
A continuación, introduciremos los valores de reclasificación. Los tiempos de su capa de tiempo de flujo van de los 0 a los 50 000 segundos, por lo que necesitaremos indicar intervalos de reclasificación para cubrir todos los valores. Aunque puede introducir manualmente los intervalos, el proceso puede resultar tedioso. Para los fines de este tutorial, cargaremos una tabla que ya contiene los intervalos de tiempo de la cuenca de Stowe. Esta tabla estaba incluida con el proyecto al descargarla en una lección anterior.
- En Reclasificación, en la tabla vacía, haga clic en el botón Cargar reasignación de tabla (el icono de carpeta de archivos).
- En la ventana Cargar reasignación, busque la carpeta Stowe_Hydrology (haga clic en Proyecto, abra Carpetas y abra Stowe_Hydrology). Haga doble clic en Stowe_isochrones.txt para seleccionarlo.
Nota:
Si aparece la ventana Confirmar sobrescritura, elija Sí.
Los valores de reclasificación de la tabla se cargan automáticamente a la herramienta. Existen 30 isócronas en total.
- En Ráster de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_isochrones.
La tabla que hemos cargado reclasifica los valores de la totalidad del rango de valores de la capa de tiempo de flujo, de modo que no es necesario activar Cambiar los valores ausentes por NoData.
- Haga clic en Finalizar.
La herramienta se ejecuta y la capa isócrona se agrega al mapa.
La simbología predeterminada de la capa no nos dice mucho porque los 30 rangos isócronos de la tabla que hemos usado se simbolizaron con solo 9 símbolos diferentes. Cambiaremos la simbología a un esquema de colores continuo, lo que presentará las 30 isócronas con un color diferente.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho del ratón en Stowe_isochrones y seleccione Simbología.
Aparece el panel Simbología. Simbolizaremos la capa con símbolos únicos sobre un esquema de colores de negro a blanco.
- En Simbología principal, elija Valores únicos. En Esquema de colores, elija el esquema de colores Negro a blanco.
La simbología de la capa se actualiza automáticamente en el mapa.
Con esta simbología, resulta más fácil elegir las isócronas individuales.
Sugerencia:
Al simbolizar cada valor único, la simbología del panel Contenido requiere un espacio considerable. Es posible contraer la simbología de la capa y cualquier otra capa para mostrar más capas en el panel.
- Cierre el panel Simbología.
A continuación, abriremos la tabla de atributos de la capa para ver cuántas celdas se clasificaron en cada isócrona y seleccionar isócronas concretas para un examen más detallado.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho del ratón en Stowe_isochrones y seleccione Tabla de atributos.
Aparece la tabla. Muestra el valor y el recuento de celdas de cada isócrona.
- En caso necesario, mueva la tabla de atributos o cambie su tamaño para que la totalidad de la capa Stowe_isochrones esté visible en el mapa.
- Haz clic en la casilla que aparece a la izquierda de la primera fila de la tabla de atributos.
La fila de la tabla se selecciona. También se selecciona la isócrona correspondiente del mapa.
Como quizá ya esperaba, la primera isócrona corresponde al lecho del curso de agua más cercano a la salida. Basándose en los valores de la tabla, solo aproximadamente 600 celdas se encuentran en la primera isócrona, que representa al agua que llega a la salida dentro de un intervalo de 1800 segundos (30 minutos). Las demás isócronas presentan muchas más celdas, lo que supone que llegará mucha más agua al punto de salida varias horas después de un evento de precipitaciones que cuando acaba de comenzar el evento.
- Seleccione algunas de las demás celdas de la tabla de atributos. En particular, seleccione algunas de las isócronas que presentan el mayor recuento de celdas.
Con frecuencia, las isócronas más grandes contienen celdas de áreas repartidas por toda la cuenca hidrográfica que terminan fluyendo hacia la salida aproximadamente en el mismo periodo de tiempo.
- Cuando termine de explorar el mapa isócrono, cierre la tabla de atributos. En la pestaña Mapa, en el grupo Selección, haga clic en el botón Borrar.
Todas las selecciones que habíamos realizado se borran.
- En el panel Contenido, desactive las siguientes capas:
- Stowe_velocity
- Stowe_weight
- Stowe_watershed_flow_direction
- Stowe_time
- Guarde el proyecto.
Hemos usado su capa ráster de campo de velocidad para crear una cuadrícula de peso. Esta cuadrícula de peso representaba la impedancia del flujo aguas abajo y ayudó a crear una capa ráster de tiempo de flujo. También reclasificamos los tiempos de flujo en isócronas con un mismo intervalo de 1800 segundos. A continuación, convertiremos su mapa isócrono en una tabla. Usaremos esta tabla para desarrollar una relación tiempo-descarga en la salida para el exceso de precipitación por unidad que se produce uniformemente, en todo el ámbito de la cuenca en intervalos de 1800 segundos. Por último, representaremos esta relación para crear su hidrograma unitario.
Crear un hidrograma unitario
Anteriormente, creó un mapa isócrono para el área de la cuenca hidrográfica. A continuación, convertiremos el mapa isócrono en una tabla que mostrará la relación entre el tiempo y el área del flujo del agua hacia la salida. A continuación, usaremos esta tabla para producir un hidrograma unitario que mostrará los momentos en los que la mayoría del agua fluye por la salida para permitir una mejor predicción de inundaciones en futuros eventos de precipitaciones.
Preparar la tabla del hidrograma unitario
Para crear un hidrograma unitario, primero obtendremos una tabla separada a partir de la tabla de atributos del mapa isócrono. La tabla de atributos mide actualmente el área de cada isócrona en número de celdas, de modo que también convertiremos el área a unidades métricas.
- En el panel Tareas, haga doble clic en la tarea Crear un hidrograma unitario.
La tarea consta de cinco pasos. El primer paso abre la herramienta Exportar tabla, que permite exportar una tabla de atributos en una tabla independiente almacenada en una geodatabase.
- En Tabla de entrada, elija Stowe_isochrones.
- En Tabla de salida, confirme que la ubicación de salida es la geodatabase Stowe_Hydrology y cambie el nombre de la salida por el de Stowe_isochrones_table.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y se agrega una nueva tabla al panel Contenido. En este momento, esta tabla es idéntica a la tabla de atributos de capa Stowe_isochrones. Aunque esa tabla cuenta con campos para los dos conjuntos de valores necesarios para crear un hidrograma unitario (tiempo y área de drenaje por tiempo), el área de drenaje se mide en celdas, no unidades métricas. El siguiente paso de la tarea abre la herramienta Agregar campo, que puede usar para agregar un nuevo campo a la tabla para calcular el área en metros cuadrados.
- En Tabla de entrada, elija Stowe_isochrones_table.
- En Nombre de campo, escriba Area_meters. En Tipo de campo, elija Doble.
El tipo de campo Doble permite almacenar valores con muchas posiciones decimales. Con este formato, nuestros valores de área serán más precisos. Los siguientes dos parámetros, Precisión del campo y Escala del campo, nos permiten limitar el número de dígitos y posiciones decimales del campo, por lo que dejaremos vacíos estos parámetros.
- En Alias del campo, escriba Área (metros cuadrados).
Los demás parámetros proporcionan más opciones para los campos. Vamos a realizar un simple campo de área, de modo que estos parámetros no son importantes y se pueden dejar tal cual.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y se agrega un nuevo campo a nuestra tabla independiente. Abriremos la tabla para confirmar que el campo se agregó correctamente.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho en Stowe_isochrones_table (se encuentra en la parte inferior de la lista de capas) y elija Abrir.
Aparece la tabla.
El campo se agregó correctamente al alias de campo que especificó. Sin embargo, el campo no contiene ningún valor en este momento.
- Cierre la tabla. Vuelva al panel Tareas.
El siguiente paso de la tarea abre la herramienta Calcular campo. Usaremos esta herramienta para calcular el área, en metros cuadrados, de cada isócrona. Cuando abrimos el proyecto por primera vez en una lección anterior, dijimos que su capa Stowe_DEM original tenía un tamaño de celda de 30 metros, lo que significa que cada celda presentaba un área de 30 por 30 metros. Dado que todas las capas posteriores se basaban de algún modo en la capa DEM, tienen el mismo tamaño de celda. Significa que podemos calcular el área multiplicando el campo Count (Recuento) de su tabla por las medidas de una sola celda.
- En Tabla de entrada, elija Stowe_isochrones_table. En Nombre de campo, elija Área (metros cuadrados) y en Tipo de expresión, elija Python 3.
- En Expresión, cree la expresión !Count! * 30 * 30.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y el campo se calcula. Si lo desea, puede echar un vistazo a la tabla para confirmar que los valores se calcularon correctamente. El siguiente paso de la tarea reabre la herramienta Agregar campo. Aún nos queda un campo por agregar a la tabla, aunque se basa en los campos existentes de la tabla. Este campo contendrá la ordenada del hidrograma unitario, que muestra la descarga en la salida por segundo.
Si creáramos un gráfico que mostrara el tiempo en un eje y el área de drenaje en el otro, solo sabríamos cuánta agua llega a la salida durante periodos de 1800 segundos (o 30 minutos). Este intervalo nos resultó útil para aplicar una discretización por intervalos (binning) al alto número de valores únicos de la capa original de tiempos de flujo para disponer de 30 valores únicos, más manejables. Sin embargo, en una hipotética emergencia, 30 minutos pueden marcar la diferencia entre la vida y la muerte. Las autoridades municipales de Stowe necesitan un intervalo más preciso para su planificación. Su nuevo campo estimará la cantidad de agua que llega a la salida cada segundo.
La ordenada del hidrograma unitario, Ui, en el momento iΔt, donde i = 1,2,….n, se indica mediante la pendiente del diagrama de tiempo-área acumulada dentro del intervalo [(i - 1)Δt,iΔt]. Se refleja en la siguiente ecuación:
Ui = U(i∆t) = (A(i∆t) - A[(i - 1)∆t]) / ∆t (1)- donde:
- A(t) es el área de drenaje acumulada que drena hacia la salida dentro del tiempo t desde que comenzaron las precipitaciones.
La ecuación (1) se puede reformular como sigue:
Ui = Ai / ∆t (2)- donde:
- Ai es el área de drenaje incremental de la zona isócrona número i.
- donde:
- Configure la herramienta con parámetros similares a los usados en el segundo paso de la tarea, pero nómbrelo UH_ordinate y asígnele el alias Ordenada de hidrograma unitario.
- Haga clic en Ejecutar.
La herramienta se ejecuta y el campo se agrega a la tabla. Como hicimos antes, calcularemos el campo. El siguiente paso de la tarea reabre la herramienta Calcular campo. Dividiremos el área de drenaje entre el intervalo de tiempo (1800) para calcular el área por segundo.
- En Tabla de entrada, elija Stowe_isochrones_table. En Nombre de campo, elija Ordenada de hidrograma unitario y cambie ETipo de expresión a Python 3.
- En Expresión, cree la expresión !Area_meters! / 1800.
- Haga clic en Finalizar.
La herramienta se ejecuta y el campo se calcula.
- Abra la tabla para confirmar el cálculo. Cuando haya acabado, cierre la tabla.
Generar el hidrograma unitario
En ArcGIS Pro es posible crear un gráfico a partir de cualquier tabla independiente. Usaremos esta funcionalidad para crea un hidrograma unitario a partir del campo de ordenadas de su tabla.
- En el panel Contenido, haga clic una vez en la tabla Stowe_isochrones_table para seleccionarla.
Al seleccionar la tabla, se agrega una pestaña contextual a la cinta. Esta pestaña contiene opciones específicas de las tablas independientes.
- En la cinta, haga clic en la pestaña Tabla independiente. En el grupo Visualizar, haga clic en Crear gráfico y elija Gráfico de líneas.
Se abren el panel Propiedades de gráfico y un gráfico vacío.
- En el panel Propiedades de gráfico, en la pestaña Datos, en Fecha o número, elija Valor.
Al cambiar el parámetro, la ventana se actualiza automáticamente con un gráfico de ejemplo. El campo Valor es el eje x y el campo COUNT (Recuento) se suministra automáticamente como eje y. Queremos que nuestro gráfico muestre la ordenada del hidrograma unitario en lugar del recuento de celdas.
- En el panel Propiedades de gráfico, en Agregación, seleccione <none>.
- En Campos numéricos, haga clic en Seleccionar. Marque la casilla Ordenada de hidrograma unitario y haga clic en Aplicar.
A continuación, cambiaremos el título y las etiquetas de los ejes del gráfico para explicar mejor el significado del gráfico.
- En el panel Propiedades de gráfico, haga clic en la pestaña General.
- En Título de gráfico, escriba Hidrograma unitario en el punto de salida.
- En Título de eje X, escriba Tiempo (segundos). En Título de eje Y, escriba Descarga en la salida por unidad de exceso de precipitación (metros cuadrados por segundo).
El gráfico de la ventana se actualiza automáticamente con los nuevos títulos. Con esto hemos terminado nuestro hidrograma unitario para la salida.
Nota:
Los incrementos mostrados en los ejes de su hidrograma unitario, así como el tamaño del hidrograma unitario, dependen del tamaño de la ventana.
- Guarde el proyecto.
Ha convertido sus zonas isócronas en una tabla. También agregó varios campos a la tabla para calcular el área de drenaje de agua de cada isócrona en metros cuadrados y determinar la ordenada del hidrograma unitario. Por último, usamos nuestra tabla para crear un hidrograma unitario que mostraba en qué momento la descarga de agua en la salida se encontraba en máximos durante un evento de precipitaciones predicho. En último término, sus resultados ayudarán a las autoridades de Stowe a prepararse mejor para las inundaciones y responder a ellas más eficazmente.
Encontrará más tutoriales en la galería de tutoriales.
