CAPÍTULO 2: “CARACTERÍSTICAS DEL HEC-HMS Y LA EXTENSIÓN HEC-
2.3 Características del Arc-View y su extensión HEC-GEO-HMS
El ArcView es una herramienta SIG que comercializa la empresa estadounidense ESRI la cual ha lanzado ya al mercado una versión avanzada de ArcView conocida como ArcGIS. La firma ESRI es uno de los fabricantes líderes de la tecnología SIG ocupando más del 35% del mercado mundial. ArcInfo fue por varios años unos de los sistemas más exitosos lanzados por ESRI. A principios de los 90 desarrolló otra herramienta SIG de menor tamaño denominada ArcView, la cual surgió como visualizador de los proyectos de ArcInfo (de ahí su nombre) y para hacer algún análisis de datos muy sencillo, pero que continuó su desarrollo adquiriendo mayores capacidad y facilidades. Hoy en día esta herramienta devino en un poderoso SIG que ha fusionado todos estos productos en un solo paquete de programas llamado ArcGIS (Fernández, 2005).
No obstante, las capacidades del ArcView y la experiencia en su utilización aún sustentan su uso común. Es un sistema informático que permite el trabajo integrado de datos geográficos a los cuales se puede acceder, desplegar, consultar, analizar y modificar, al mismo tiempo proporciona herramientas avanzadas de geoprocesamiento. Su diseño en forma modular le permite al sistema, aumentar sus capacidades de procesamiento de la información geográfica, ofreciendo optimización de los recursos, al tiempo que facilita un análisis de gama alta, ya que se carga sólo la parte del "software" que se va a utilizar.
Arcview 3.3 posee su propio lenguaje de programación Avenue, un lenguaje orientado a objetos y eventos, que permite personalizar la herramienta a todos los niveles, desde el básico (añadiendo menús, eliminando botones, etc.) a la programación más avanzada. Con este lenguaje de programación se han creado los principales programas asociados a él, estos se conocen por extensiones o scripts (guiones).
Componentes de Arcview.
9 projects (proyectos): todos los componentes asociados con una tarea particular, consta de vistas, tablas, gráficos, layouts (disposiciones), scripts, etc.
9 views (vistas): esencialmente un mapa que se puede crear y consultar, contiene uno o más temas.
9 themes (temas): capas de datos espaciales con características similares (ej. calles, hidrología, capitales) dispuestos en alguna view.
9 tables (tablas): filas (usualmente localizaciones geográficas asociadas mediante un ID a objetos en los temas) y columnas que describen atributos (propiedades o características) de localizaciones.
9 chart (gráficos estadísticos): gráficos estadísticos para mostrar datos geográficos y tabulares.
9 layouts (disposiciones): vistas de salidas gráficas, de tablas y cartas.
9 script (guiones): programas escritos en Avenue, que permiten una personalización completa.
Aproximadamente el 70% de la potencia de ArcView está encubierta bajo el lenguaje de programación Avenue y no directamente accesible a través de comandos o menús. Esa es la razón por la que los usuarios de ArcView tienen que poseer las extensiones y scripts para trabajar en el mismo, porque para acceder a muchas de las funciones de análisis de
ArcView es necesario hacerlo por código y no todo el mundo sabe programar (Fernández,
2005). Algunas de las extensiones (módulos) de ArcView 3.x son: 9 Spatial Analyst: para trabajar en formato ráster.
9 3DAnalyst: para trabajar con modelos digitales del terreno. 9 HEC-GEO-HMS: módulo hidrológico de ArcView.
9 Network Analyst: para análisis relacionados con redes geográficas: camino más rápido entre dos puntos, ruta óptima entre dos puntos, etc.
9 Image Analyst: módulo para el tratamiento y trabajo con imágenes.
9 Tracking Analyst: análisis de móviles (permite el seguimiento de datos en tiempo real, como son móviles o elementos que cambian de posición con el tiempo en forma dinámica, por ejemplo datos provenientes de GPS (Global Positioning System) Sistema de Posicionamiento Global.
9 Geoprocessing: permite el procesamiento geográfico. 9 GridAnalys11: análisis de temas en formato grid.
9 Xtools: permite obtener información de los elementos de cada tema (ej. Área de los polígonos, longitud de las líneas, etc.)
9 Polígonos de Thiessen: determina los polígonos de Thiessen de un área para el cálculo de la lluvia media.
El HEC-GEO-HMS es una extensión de ArcView que ha sido desarrollada como un grupo de herramientas hidrológicas geoespaciales para ingenieros e hidrólogos con una limitada experiencia en sistemas de información geográfica. El programa permite visualizar información espacial, documentar características de la cuenca, realizar análisis espaciales, delinear cuencas y ríos, construir las entradas para modelos hidrológicos y ayudar en la preparación de informes. El trabajo con el HEC-GEO-HMS a través de sus interfaces, menús, herramientas, en un entorno con ventanas, permite crear rápidamente entradas hidrológicas que pueden usarse directamente con el modelo hidrológico HEC-HMS (Nania, 2007).
El HEC-GEO-HMS se usa para procesar los datos de la cuenca después de haber realizado una preparación y compilación inicial de los datos del terreno. Los datos necesarios para trabajar con el HEC-GEO-HMS incluyen un modelo digital de elevaciones (MDE). Cuando la preparación de los datos está lista, el HEC-GEO-HMS procesa el terreno y la información espacial para generar una serie de entradas hidrológicas que le darán al usuario un modelo inicial para el HEC-HMS. El usuario puede estimar los parámetros hidrológicos a partir de las características de la cuenca y los cauces, precipitación medida y datos de caudales. Además, el usuario del HEC-HMS tendrá plena libertad para modificar los elementos hidrológicos y su conectividad para representar fielmente las condiciones reales. La extensión HEC-GEO-HMS incorpora al programa ArcView una serie de menús: “Terrain preprocessing”, HMS Project Setup” y “Utility”, además de botones y herramientas que se emplean para el preprocesado del terreno, lo cual requiere un modelo del terreno que haya sido “corregido hidrológicamente”, para lo cual se usa un MDE “sin
depresiones” (Nania, 2007).
2.3.1 Procedimiento de trabajo con la extensión HEC-GEO-HMS.
Diversos autores han desarrollado métodos para extraer información automática y delinear líneas de flujo y subcuencas a partir de los MDE. Muchas veces forman parte de módulos o subprogramas que funcionan en el entorno de los SIG (Pedraza et al, 2005). Uno de estos módulos es la extensión HEC-GEO-HMS de ArcView. A continuación se describe el
procedimiento de trabajo con HEC-GEO-HMS para obtener un proyecto HMS que será utilizado en el modelo hidrológico HEC-HMS.
1. Corrección hidrológica. Modelo Digital de Elevaciones (MDE) sin depresiones.
Muchas veces es necesario modificar el modelo digital de elevación original antes de comenzar con los procedimientos de cálculo de parámetros, para forzar el encauzamiento. Esta modificación es frecuentemente requerida en zonas llanas, en las cuales la preparación del MDE es mucho más complicada que en zonas de pendiente. Este procedimiento consiste en imponer la red de drenaje al MDE, de manera que cuando se realice el análisis de flujo, se lo fuerce a seguir por allí hasta el punto de salida (Pedraza et al, 2005). El MDE sin depresiones se crea rellenando las depresiones, es decir, aumentando la cota de las celdas que estén rodeadas completamente de celdas con mayor cota, asignándole a dicha celda la menor cota de las celdas circundantes. De esta manera el agua podrá fluir de una celda a otra sin “estancarse” (Nania, 2007).
Un modelo digital de elevaciones tiene información suficiente para definir propiedades de la red de drenaje superficial y de la cuenca hidrológica. Para esto utiliza un conjunto de algoritmos basados en reglas de atracción –repulsión en función de la distancia de una celda hacia sus vecinas más próximas. Estos algoritmos funcionan sobre una matriz de n dimensiones y esta organización matricial define un universo de celdas regulares que almacenan un valor. Este valor se actualiza en cada intervalo de tiempo, obedeciendo a reglas de propagación que dependen del valor de cada celda y de la de sus vecinos más próximos.
2. Procesamiento del terreno: Dentro del menú “Terrain preprocessing” se realiza el procesamiento del terreno obteniéndose 8 conjuntos de datos que describen los patrones de drenaje de la cuenca y permiten la delineación de las subcuencas y la red de drenaje. Los primeros 5 son en formato “grid”, los 3 últimos en formato “shp”.
9 Flow direction: Definir la dirección de la mayor pendiente.
9 Flow accumulation: Determinar el número de celdas que drenan a cada celda.
9 Stream definition: Clasificar todas las celdas con flujo procedente de un número de celdas mayor a un umbral definido por el usuario como pertenecientes a la red de drenaje.
9 Stream segmentation: Dividir los cauces en segmentos.
9 Watershed delineation: Definir una cuenca por cada segmento de cauce. 9 Watershed polygons: Convertir las subcuencas de formato grid a formato
vector.
9 Stream segments: Convertir los cauces de formato grid a formato vector. 9 Watershed Aggregation: Aglutinar las subcuencas que vierten a cada
confluencia de cauces.
3. Configuración del Modelo Hidrológico: El menú “HMS Project Setup” se encarga de extraer la información necesaria de la base de datos espacial y crear un proyecto HMS. Se trata de la especificación de puntos de control a la salida de la cuenca, los cuales definen los tributarios de la misma.
4. Procesado de la cuenca: En este apartado el programa presenta una serie de herramientas dentro del menú “Basin Processing” que permiten unir o fusionar y subdividir subcuencas de forma interactiva, así como delinear nuevas subcuencas.
5. Generar la entrada al modelo hidrológico HEC-HMS: El menú “HMS” desarrolla una serie de entradas hidrológicas para el HEC-HMS que son:
9 Archivo de mapa de fondo
9 Archivo de esquema de la cuenca agregada 9 Archivo de parámetros por celdas
9 Archivo de esquema de la cuenca distribuida
Estos pasos incluyen un proceso de nombrado automático de tramos y subcuencas, revisar errores en la cuenca y conectividad de los cauces para poder producir el esquema de la cuenca.
6. Configuración del Proyecto HMS: Esta función genera un subdirectorio de proyecto en el directorio “HMS Project” y copia todos los ficheros generados con
Geo-HMS en ese directorio. Si el directorio ya existe, los ficheros que haya en él serán reemplazados.
Este grupo de ficheros define completamente un proyecto HMS y se puede cargar y ejecutar directamente desde el HEC-HMS sin más manipulación en los datos, aunque se recomienda un control de calidad de los datos antes de realizar las simulaciones con HEC- HMS.
7. Importar el Modelo de la cuenca hacia el software HEC-HMS: Una vez creado el proyecto HMS con la extensión ya se puede importar dicho proyecto hacia el HEC-HMS. Procesado de la Cuenca Fusión de cuencas Subdivisión de cuenca Fusión de cauces Perfil del cauce Separar cuencas en las
confluencias.
Estimación de los Parámetros Hidrológicos.
Número de curva (CN) de la subcuenca Procesado del grid ModClark por subcuencas Parámetros de Muskingum-Cunge
Tiempo de concentración Tiempo de retardo de la cuenca
Características de la cuenca y su red de drenaje.
Longitud de los cauces Pendiente de los cauces Centroide de las subcuencas Camino más largo del flujo