Rcgis101 Analise Hidro Spatial Analyst

8/22/2019 Rcgis101 Analise Hidro Spatial Analyst

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ArcGIS 10.1:Super Anlise Hidrolgica com Spatial Analyst


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ArcGIS 10.1: Super Anlise Hidrolgica com Spatial Analyst

Extrao de Rede de Drenagem, lgebra de Mapas e Delimitao de Bacia Hidrogrfica so ostemas que sero abordados neste fantstico tutorial. Eu tentei construir esta dica de modo que oprocedimento para extrao de rede de drenagem possa ser reproduzido em outro SIG, pois asferramentas so as mesmas.

A caixa de ferramentas Hydrology so algoritmos do Spatial Analyst para anlise hidrolgica noArcGIS. Vamos utilizar essas ferramentas para extrao de uma rede de drenagem a partir de um DEMSRTM.

Download e Processamento do SRTM Topodata

No tutorial abaixo voc pode obter uma grade vetorial contendo links para download do DEM Topodata.O procedimento para obter este modelo de elevao processado pelo INPE est tudo muito bemdocumentado no tutorial abaixo:

Topodata Modelo Digital de Elevao Processado pelo INPE | http://goo.gl/tKp2a

O DEM SRTM utilizado para extrao da rede de drenagem precisa de um ajuste de projeo e

reprojeo para o Sistema de Coordenadas Planas UTM de acordo com a localizao. O tipo de dadoutilizado no tutorial Unsigned Integer 16 bit (Nmeros Inteiros No Sinalizados de 16 bits) [1][2].

[1]|http://goo.gl/hoMcy

[2] |http://goo.gl/LtJHD

Familiarize-se com alguns termos associados a Hidro

importante tomar nota de alguns termos associados anlise hidrolgica conhecendo os seuscorrespondentes em Portugus:

Watershed = Bacia Hidrogrfica

Basin = Bacia Hidrogrfica

Drainage Network = Rede de Drenagem

Stream Network = Rede de Drenagem

Sub-Basin = Sub-Bacia

Stream = Crrego, Riacho, Rio

Upstream = Rio Acima (Em Geografia, upstream indica a fonte de um crrego ou rio contra adireo normal do fluxo de gua)

Downstream = Rio Abaixo

Traduo de algoritmos de Anlise Hidrolgica

Sink (Buraco, Depresso)

Cria um raster identificando todas as depresses, reas de drenagem interna e vazios ou erros doSRTM ou outro raster de superfcie.

Fill (Preencher)

Preenche pequenas imperfeies nos dados e remove todos os sinks do raster de superfcie.

Processamento Digital Geotecnologias e Software Livre |www.processamentodigital.com.br| Por Jorge Santos | 07 de maio de 2013 2
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Flow Direction (Direo do Fluxo)

Gera um raster contendo a direo do fluxo de cada clula. No Flow Direction, cada pixel potencialmente cercado por oito pixels vizinhos. A inclinao de cada uma destas oito direes pode sercalculada tomando-se a diferena em elevao indicada pelo valor de DEM para cada um destas oitolocalidades vizinhas e do valor no pixel a ser examinado.

Flow Accumulation (Acumulao de Fluxo)

O raster criado determina a acumulao de fluxo a partir do Flow Direction criado anteriormente.

Tutorial

Execute o ArcMap. A caixa de ferramentas Hydrology est localizada no menu Spatial Analyst Hydrology. O pr-processamento realizado fizemos no Modelo de Elevao Topodata seguiu estasetapas:

O arquivo foi entregue com projeo/Datum arbitrria, sem referncia espacial. Definimos aprojeo para GCS_WGS1984;

Reprojetamos o DEM com referncia geogrfica para WGS 1984 UTM Zone 22 S (esta aprojeo plana da regio de Jaboticabal-SP, nossa rea de estudo)

Foi feita a converso do tipo de dado de Float 32 bits para Unsigned Integer 16 bits.

Nosso DEM Topodata est pronto. Este PDF traz uma viso geral da regio onde vamos executarnossas anlises hidrlogicas no Spatial Analyst | http://goo.gl/XEYhX.

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Flow Direction Definindo as Direes dos RiosClique no menu Spatial Analyst Hydrology Flow Direction. Informe o DEM e o local de sada parao novo arquivo TIF:

Clique com o boto direito do mouse sobre o Flow Direction criado e selecione a opo OpenAttribute Table. No campo Count da tabela, o Flow Direction deve conter apenas os valores 1, 2, 4, 8,16, 32, 64 e 128 que representam as oito clulas adjacentes por onde a gua deve fluir. A tabela deatributos do nosso raster possui muitos valores associados ao Flow Direction, o que significa que hvazios, depresses ou mesmo erro nos dados SRTM.

Verifique o problema atravs desta imagem: | http://goo.gl/RfXeT

A ferramenta Sink cria um raster identificando possveis erros nos dados SRTM.

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Sink

Cria um raster identificando vazios e possveis imperfeies no raster de superfcie.

Clique no menu Spatial Analyst Hydrology Sink

Informe o Flow Direction no campo de entrada e indique um arquivo TIF no campo de sada. Execute oprocesso.

Agora podemos identificar os problemas do raster deixando apenas o Sink habilitado. A ferramenta Filldeve ser utilizada para correo de todos os sinks.

Verifique o problema de sinks atravs desta imagem: | http://goo.gl/ZvPxc

Fill Preenchimento de Vazios do DEM

A ferramenta Fill deve ser executada diretamente no DEM.

Clique no menu Spatial Analyst Hydrology Fill. Informe o Fill no campo de entrada e indique umarquivo TIF no campo de sada.



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Aguarde o trmino do processo. O raster Fill ser adicionado no mapa. Se o aspecto da imagem estivertotalmente cinza, clique com o boto direito do mouse sobre o raster Fill acesse as Propriedades do

Raster, guia Simbology e modifique o Stretch Type para Minimum/Maximum.Visualizao do DEM corrigido pela ferramenta Fill: | http://goo.gl/TAkHK

Com o novo DEM Filled, ser preciso gerar um novo Flow Direction. Vamos organizar nossoambiente de trabalho removendo do ArcMap o antigo DEM, o Flow Direction com problema e o prprioSink. S vamos manter no mapa o DEM preenchido pela ferramenta Fill.

Apenas o DEM corrigido pela ferramenta Fill deve permanecer no mapa: | http://goo.gl/Ew9a5



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Execute novamente o algoritmo Flow Direction e aguarde o trmino do processo.

Este o Flow Direction CORRETO. Tabela de valores com campo Cont que registram valores de 1 a128:

Visualizao do Flow Direction: | http://goo.gl/ETrrB

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Flow Accumulation Criando a Acumulao do Fluxo

Clique no menu Spatial Analyst Hydrology Flow Accumulation:

Execute o processo Flow Accumulation. Nas opes, informe a entrada, a sada e modifique o tipo dedado para Inteiro (Integer). O Flow Accumulation ser criado, mas o raster pode parecer escuro. preciso aproximar o mapa com a ferramenta Zoom para visualizar os locais onde ocorre o fluxo de guaacumulada:

Visualizao do Flow Accumulation: | http://goo.gl/BCaHd

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Para ampliar a visualizao, acesse as Propriedades da Camada Raster (Layer Properties). Na guiaSimbology, marque a categoria Classified e selecione 8 classes. Modifique a rampa de cores paraAzul Piscina Lils. Ser necessrio alterar a primeira cor da classificao para branco (clique sobreo retngulo). Clique no boto OK.

Nova Visualizao do Flow Accumulation: |http://goo.gl/cvKdL

Os rios agora podem ser visualizados no mapa.

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lgebra de Mapas para Extrao da Rede de DrenagemPara criar uma rede de drenagem, preciso estabelecer um limiar para descobrir quantos pixelsadjacentes devem formar os rios. Em nosso caso, vamos estabelecer um limiar de 500 pixels.

Restaure a simbologia cinza do Flow Accumulation atravs das Propriedades do Raster, guiaSymbology, categoria Stretch. Modifique o Stretch Type para Minimum/Maximum.

Formulao de Expresses Algbricas no SIGA expresso matemtica criada com base em proposies que podem surgir no decorrer do projeto. Afuno CON (Conditional) determina um teste lgico e retorna um resultado. Simples assim. Em relao rede de drenagem, poderamos estabelecer uma condio para criar o limiar, filtrando apenas os

pixels significativos. A condicional do limitar torna-se intuitiva quando lida desta maneira:Se o valor dos pixels do raster Flow Accumulation for superior a 500, deve-se substitu-los pelovalor 1. Caso contrrio, transformar em NODATA.

Com esta condio, todas as clulas do raster com valor superior a 500 sero consideradas durante acriao de um novo mapa raster. As demais clulas sero transformadas em NODATA. Esta aquesto lgica: o velho IF > ELSE. O prximo passo consiste em redigir essa informao na linguagemdo computador (expresso matemtica).

Clique no menu Spatial Analyst Map Algebra Raster Calculator

Digite a frmula abaixo:

Con("03_FLOW_ACCUMULATION.tif" > 500,1)



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Substitua na expresso a string 03_FLOW_ACCUMULATION.tif pelo nome do arquivo raster querepresenta o Flow Accumulation. Informe um local de sada para a Rede de Drenagem.

A rede de drenagem ser visualizada no mapa. Um aspecto interessante sobre o limiar: ele deve serutilizado com uma espcie de filtro para os rios. Dependendo da aplicao, o uso da hierarquia dos riospode ser ampliada ou omitida. Os algoritmos Strahler e Shreve so mais especficos para classificarrios segundo a ordem. Os testes que realizei aqui demonstram que, se o limiar for aumentado, osriachos podero ser omitidos. Segue um layoutcom a drenagem extrada de acordo com os limiares500, 1000 e 2000. O maior limiar gera crregos mais genricos.

Visualizao da Drenagem com Limiares 500, 1000 e 2000: |http://goo.gl/f4dlu

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Stream to Feature Converso da Drenagem para ShapefileClique no menu Spatial Analyst Hydrology Stream to Feature

Informe a Rede de Drenagem, o Flow Direction e o nome de sada para o arquivo shapefile de linhas.

A extrao/vetorizao da drenagem, para a resoluo espacial do DEM SRTM, ficou excepcional.Muito bom mesmo.

Alta resoluo:http://goo.gl/4krQ9

http://goo.gl/4krQ9http://www.processamentodigital.com.br/http://www.processamentodigital.com.br/http://www.processamentodigital.com.br/http://goo.gl/4krQ9http://www.processamentodigital.com.br/


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Basin Bacia HidrogrficaSpatial Analyst Hydrology Basin

ltimo processo. Informe o Flow Direction e o arquivo TIF de sada.

A bacia ser criada. Acesse as Propriedades do Raster e modifique a simbologia e classes como foifeito anteriormente.

Resultado Final

Bacias Hidrogrficas e Rede de Drenagem (PDF) |http://goo.gl/J4NU0

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Agora posso dar prosseguimento ao meu trabalho em Jaboticabal-SP, pois eu tenho a delimitaoperfeita da bacia hidrogrfica daquela regio.

Fim do tutorial. possvel reproduzir essa mesma dica em outro SIG, pois agora voc est um poucomais familiarizado com os algoritmos.

Dvidas e sugestes podem enviadas para o [email protected]

mailto:[email protected]://www.processamentodigital.com.br/http://www.processamentodigital.com.br/http://www.processamentodigital.com.br/mailto:[email protected]://www.processamentodigital.com.br/

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