Investigación y control de vertidos en un cauce con ArcGIS

Dentro de la extensión de Análisis Espacial (Spatial Analyst) de ArcMap contamos con el conjunto de herramientas de Hidrología (Hydrology) que nos permiten realizar cálculos para modelar el flujo de agua sobre una superficie y obtener algunos resultados que nos pueden ayudar a la toma de decisiones en este ámbito.

En esta ocasión trataremos un caso de aplicación concreto para la investigación y control de vertidos en un cauce. Imaginemos que se ha detectado un nivel anormal de alguna sustancia en un punto concreto de un río.

Para poder localizar la industria susceptible de ser el origen de este vertido nos interesa analizar la zona de estudio teniendo en cuenta todos los establecimientos aguas arriba del punto de estudio.

Veremos cómo determinar la cuenca vertiente a un punto utilizando las herramientas de hidrología y el modelo digital del terreno de la zona de estudio.

1) Preparación del modelo digital del terreno para los cálculos

Es importante eliminar las pequeñas imperfecciones que puedan contener nuestros datos de entrada (modelo digital del terreno), es decir, rellenar los sumideros para evitar cualquier discontinuidad que influya en la representación final de cuencas

Para ello utilizamos la herramienta Rellenar o Fill

2) Cálculo de dirección de flujo

Necesitamos obtener la dirección de flujo para cada celda. Partiendo de nuestro modelo digital del terreno ya corregido y utilizando la herramienta dirección de flujo ( Flow Direction) obtendremos un ráster con valores que simbolizan las direcciones de flujo de cada celda hasta su vecina.

Ráster de direcciones de flujo (valores de 1 a 120)

3) Cálculo de acumulación de flujo

De nuevo, partiendo del ráster de flujo anteriormente calculado, podremos calcular la acumulación de flujo celda a celda utilizando la herramienta Acumulación de Flujo o Flow Accumulation. El resultado será un ráster que contiene valores de acumulación de flujo para cada píxel.

Ráster de acumulación de flujo

4) Caracterización de la red de drenaje de la zona

Partiendo de los valores de acumulación de flujo podremos calcular la red de drenaje de la zona y así definir los cauces haciendo uso de la calculadora ráster ( para obtener el valor límite es suficiente con que exploréis vuestro ráster de acumulación, comprobaréis que prácticamente toda vuestra zona de estudio tienen valores bajos excepto las zonas de acumulación de flujo ( podréis comprobar que tienen diferente valor y por tanto diferente color ) e identificar el valor mínimo de los valores máximos.

Ráster con caracterización de red de drenaje

5) Vectorización de la red de drenaje de la zona

Podemos realizar otros cálculos sobre la red de drenaje, pero para el caso que nos ocupa necesitaremos pasar a vectorial el resultado de caracterización de la red de drenaje utilizando para ello la herramienta de Ráster a Entidad o Stream to Feature. Con esta herramienta seremos capaces de obtener nuestra red de drenaje en formato vectorial, teniendo en cuenta algunos parámetros de direccionalidad que ya hemos conseguido en los cálculos anteriores.

Previamente debemos haber reclasificado (a través de Reclasificar/ Reclassify) las celdas que están fuera de la red de drenaje como NoData.

6) Cálculo de la cuenca vertiente al punto de interés

Una vez tenemos todos los elementos anteriores preparados, podremos realizar el cálculo de la cuenca vertiente al punto de vertido a través de la herramienta Cuenca o Watershed.

Este punto de vertido debemos introducirlo como una nueva capa de tipo punto y éste debe estar exactamente dentro de la red de drenaje.

Delimitación de la cuenca vertiente a un punto y mapa base

De esta forma hemos sido capaces de delimitar la zona susceptible de albergar la actividad potencialmente contaminante. Realizar este tipo de análisis también pueden servirnos de ayuda a la hora de comprender la movilidad de estos contaminantes a través de la red de drenaje y a planificar campañas de muestreo entre otras.

En próximas entradas continuaremos explorando algunas de las posibilidades de este conjunto de herramientas de análisis hidrológico.

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