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Tema 6. Mallado a partir de información georeferenciada - Caso Sureda

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Tema 6: Uso de raster como malla con GDAL Caso de La Sureda

Creación de geometría y mallas a partir de ficheros SIG. Importación de uso de suelos a partir de bases de datos georeferenciadas.



Planteamiento del proyecto

• Vamos a realizar el estudio hidráulico de un tramo de una pequeña riera.

• Utilizaremos una malla de cálculo coincidente con el raster del MDT.

• Por lo tanto, será una malla regular de elementos cuadrados.

• El caudal será constante de 80m3/s.

• La rugosidad la asignaremos importando los usos del suelo.



Datos del proyecto

• En datos del proyecto disponemos de los siguientes 5 archivos:

Ortofoto de la zona de estudio

Modelo digital de

elevación del tramo de estudio

(topografía)

Mapa de uso de suelos de la

zona de estudio



Ortofoto

• Igual que en los otros casos, la ortofoto consta de 2 archivos. La foto propiamente dicha, en este caso en formato “tif”, y otro archivo con el mismo nombre en formato “tfw” que es el archivo de georeferencia.



MDT y usos del suelo

• La topografía del terreno está en formato RASTER y está guardada como ASCII raster.

• El archivo “usos.txt” son los usos de suelo en formato ASCII raster donde a cada pixel le corresponde un número entero que representa un determinado uso de suelo.

• El archivo “usos.csv” es el que contiene la información del uso de suelo que corresponde a cada número del modelo digital de uso de suelos anterior.

• El archivo “csv” siempre debe acompañar al raster de usos del suelos del mismo nombre, es decir debe estar en la misma carpeta. Se puede editar con el bloc de notas.

• “usos.csv” debe tener el formato que se ha explicado en el caso del Fluvià (Tema 6).



Pasos a Seguir

1. Iniciar el programa Iber2. Importar la geometría con GDAL3. Mallar4. Cargar la foto de fondo5. Asignar la condiciones de entrada6. Asignar la condiciones de salida7. Asignación automática de usos de suelos8. Calcular9. Ver resultados



Iniciar el Programa Iber

• Iniciamos el programa Iber.

• Y guardamos el proyecto con el nombre “Sureda”.


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Importar geometría con GDAL

¿Qué es GDAL?• GDAL es un librería destinada a

importar geometrías y mallas directamente de una gran variedad de formatos habituales de los Modelos Digitales del Terreno.

• GDAL tiene múltiples opciones, aquí veremos sólo una, pero os invitamos a explorar todas sus posibilidades.

• GDAL se encuentra en el menú Importar.

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Importación• GDAL permite importar un MDT y

crear una geometría o una malla (cambiando las opciones de importación).

• Nosotros importaremos la geometría, seleccionando “t_sureda.asc”. El ejercicio se puede hacer también importando la malla.

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Importación• Cambiando el incremento

podemos importar el raster con una precisión menor.

• Por ejemplo, un incremento de 2 utilizaría un paso de malla igual al doble del que usa el MDT (o sea, la cuarta parte de elementos).

• Nosotros utilizaremos un incremento de 1.

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Importación• Podemos hacer un zoom de la geometría importada y ver que,

efectivamente, consta de cuadrados de 1m de lado:




Terreno• O con Vista>>Iluminación>>Suave ver la topografía en 3D:




Nota sobre GDAL• Con GDAL también podemos importar un raster en formato de Arc-Gis

(.adf), sin necesidad de convertirlo a texto previamente.• Con la opción “Convert Arc/Info ASCII” podríamos convertir un raster en

formato .adf a un archivo de texto, que podremos utilizar en otras opciones de importación de Iber.



Criterios de mallado

• Como hemos importado la geometría, tenemos que crear la malla.

• La idea es tener una malla con un elemento para cada superficie, así que usamos el menú correspondiente.



Malla

• Obtenemos una malla estructurada de elementos cuadrados de 1m de lado.

• Hay muchos elementos (en el test puede que os preguntemos cuantos!).



Cargar la foto de fondo

• En la ventana “Leer imagen de fondo” seleccionamos la foto de la zona de estudio “Sureda.tif”.

• Recordad que el archivo de foto está acompañado por otro archivo que, aunque no se ve, tiene el mismo nombre pero con extensión “tfw” que contiene la georeferenciación.




• En caso de que no se pueda ver la ortofoto debemos verificar que esté activado el menú “Vista>>Imagen de fondo>>Mostrar”.

• Si no está marcado con un check ( ) el menú “Mostrar” no se ✔

visualizará la imagen de fondo.

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• Una vez cargada la ortofoto se verá de esta manera:

…la malla es tan densa que tapa la imagen…



Asignar la Condición de Entrada

• En este caso, asignaremos las condiciones de contorno sobre la malla ya que es más sencillo.

• Las condiciones deben asignarse sólo en el contorno. Para hacerlo esconderemos todas las aristas interiores de la malla.

• Para asignar la condición de entrada vamos al menú “Datos>>Hidrodinámica>>Condiciones de Contorno”.




• Las condiciones deben asignarse sólo en el contorno. Para hacerlo esconderemos todas las aristas interiores de la malla.

• Para ello utilizaremos el menú Malla >>Ver contorno de Malla.

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• Y mantenemos esta visualización.




• Ahora vemos sólo el contorno de la malla y la foto de fondo.




• Observamos donde está la entrada del río y le asignamos un caudal de 80m3/s.

80m3/s




• Primero asignamos la condición a la zona señalada.




• Y dibujamos los colores para verificar.



Asignar la Condición de Salida

• Para poner la condición de contorno de salida.

• Seleccionamos “Salida 2D”.




• Y en este caso pondremos una condición de calado crítico en el extremo final.

Salida




• Seleccionando el correspondiente contorno de malla.




• Y dibujamos los colores para verificar.




• Para finalizar salimos de la visualización de contorno de malla.




• Ahora realizamos cualquier operación (por ejemplo un zoom) y al darle a “Esc” volveremos a ver toda la malla.



Asignar condiciones iniciales

• En este caso no asignaremos condiciones iniciales. A partir de la versión 2.0 de Iber el programa asumirá, por defecto, que al inicio todo está seco.

Vaya, así que en otros casos nos

hicieron trabajar en balde imponiendo la condición inicial de

calado seco!!!

Pues si….



Asignación automática de usos de suelo

• Vamos a realizar la asignación automática de los usos de suelo desde el mapa de uso de suelos en formato raster que tenemos (usos.txt).

• En la misma carpeta debe haber otro archivo que tenga el mismo nombre pero con la extensión “csv” (usos.csv).

• Este archivo contiene el tipo de suelo que corresponde a cada valor del raster.

• Recordamos que la asignación automática del uso de suelo sólo se puede realizar sobre la malla.




• Para ver los usos que tiene Iber, y su correspondencia “uso de suelo – coeficiente de Manning”, tenemos que ir al Menú “Datos >> Rugosidad >> Uso de Suelo”.




• Si desplegamos la lista de usos de suelo, se muestra todos los usos de suelo que Iber tiene en su base de datos.

• Los del archivo “usos.csv” no están. Por lo que deberemos crearlos.

• El uso “unclassified” es el único que si está (“sin clasificar”.

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• En la ventana “Uso de Suelo” esta el uso de suelo. Por ejemplo, “río” y más abajo su correspondiente Manning.

Uso de suelo

Coeficiente de Manning




• Para crear los nuevos uso de suelo pulsamos sobre el botón “Nuevo uso de suelo”, como ya se ha hecho en el ejercicio del Fluvià.

• Crearemos usos con los coeficientes de Manning de la tabla.

• Y los iremos salvando.

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Uso n

cauce 0.026

arboles 0.075

campos 0.036

suelo 0.023




• En la ventana “Nuevo Uso de Suelo” escribimos el nombre del suelo. Empezaremos por “cauce”.

• Este tipo de suelo no se incluye en la base de datos original de usos de suelos de Iber, pero si está en el archivos “usos.csv”.

• Pulsamos “Aceptar”.




• En la parte final de la lista de usos de suelo se mostrará “cauce”, cuyo Manning heredará del último uso de suelo que teníamos seleccionado.

• Lo cambiamos a 0.026, y guardamos el nuevo uso.

• Esto lo repetimos para los cuatro usos nuevos.

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• Ahora utilizamos el menú “Datos>>Rugosidad>>Asignación Automática.




• En la venta “Asignar propiedades”, elegir si tenemos nuestra información de uso de suelos en un archivo en formato ASCII Grid (que es nuestro caso) o un archivo de base de datos tipo XY.

• Elegimos “Archivo ASCII Grid” y pulsamos “Aceptar”.




• En la ventana “Leer Archivo GRID” seleccionamos el archivo raster que contiene al información de uso de suelos. (usos.txt).

• Y le damos a “Abrir”.




• Se mostrará una ventana que dice que se ha asignado con éxito y nos pregunta si queremos dibujarlo.

• Pulsamos “SI”.




• Se dibujará la asignación de uso de suelos con su leyenda:

NOTA: si la visualización no es la correcta, podemos cambiarla mediante el menú Vista>>Iluminación>>Plana.



Asignar de datos del problema

• Recordamos que de vez en cuando conviene guardar lo que hemos hecho. Lo guardamos pues!

• Y asignamos los datos de la simulación con el menú “Datos>> Datos del Problema”.



Asignar de datos del problema

En la ventana “Datos”, la pestaña “Parámetros de Tiempo”, ponemos que el tiempo de la simulación sea de 20 minutos y pediremos resultados cada 10 segundos.

NOTA: resultados cada 10s es un poco exagerado, pero las animaciones serán mucho más gráficas.



Lanzar la Simulación

• Lanzamos la simulación con el menú “Calcular>>Calcular”.

• Ver el proceso con el menú “Calcular>>Ver Información proceso…”.

• Vemos que avanza lentamente (hay más de 100.000 elementos!!).

• Y además, con resultados cada 10s tendremos unos archivos de resultados muy grandes!

NOTA: si se dispone de un ordenador con poca capacidad de cálculo, se puede repetir el ejercicio importando la geometría con un Intervalo de 2 (o mejor dejarlo correr toda la noche, no?).



Ver la información del proceso

• En el resumen de la simulación podemos ver como se va estabilizando el caudal de salida.



Ver la información del proceso

• Como en los casos anteriores, podemos ver los resultados como áreas coloreadas, vectores, gráficas, etc..

• Pero en este ejercicio vamos a aprovechar para ver la utilidad de la barra de herramientas de Iber.



Barra de herramientas de Iber

• Recordamos los botones de la barra de herramientas de Iber:

Exporta resultados en un raster en formato texto

Permite crear secciones y perfiles (cortes poligonales 2D)

Construye un gráfico de una sección y su lámina de agua en un instante determinado

Crea gráficas de la máxima lámina de agua en todas las secciones existentes

Permite obtener el hidrograma a través de una sección creada previamente



Exportar a raster

• Con este botón se hace exactamente lo mismo que con el menú Herramientas Iber >> Raster de resultados.



Exportar a raster

• Al darle al botón aparece una ventana donde nos pide el resultado que deseamos (por ejemplo Cota de agua), el instante (por ejemplo 965s) y el tamaño de la celda del raster que se obtendrá (por ejemplo 5m).



Exportar a raster

• Y si observamos la carpeta del proyecto, vemos una subcarpeta Grids of results donde se van guardando los rasters que generemos, y que podemos abrir con cualquier software SIG:



Exportar a raster

• Fijaros que no nos ha creado el raster para el instante 965s, si no para el instante 960s. Esto es así porque hemos pedido que guardara resultados cada 10 segundos, por lo que para el instante 965s no hay resultados.

• En el caso de pedir que escriba un raster para un instante sin resultado, se quedará con el instante con resultados más próximo.



Crear secciones y perfiles

• Ahora lo que vamos a hacer es crear una serie de secciones y un perfil longitudinal para, posteriormente, realizar gráficas en los mismos.

• Para ello trabajaremos sobre una vista de resultados de calados, con la imagen de fondo cargada, y para poder trabajar mejor, pondremos los resultados transparentes:

Botón de capas




Botón de transparencia




• Y si nos molestan los comentarios, los desactivamos con Utilidades >>Herramientas >>Comentarios.

Activar/Desactivar Comentarios




• Con lo que nos queda algo así:




• Ahora le damos al botón de Crear Secciones

• Y a continuación iremos marcando las secciones que queremos trazar como veremos en la diapositiva siguiente.

• Las secciones pueden tener un segmento o varios.

• Para acabar una sección le damos a ESCAPE.

• Y otra vez al botón para crear la siguiente.




• La primera sección la haremos cerca del extremo aguas arriba:




• Después de Escape, otra vez al botón crear secciones, y creamos la segunda:




• Otra vez Escape, el botón crear secciones, y creamos la tercera:




• Y para terminar con las secciones, una en el tramo final.




• Ahora vamos a crear, con el mismo botón, un perfil longitudinal siguiendo el fondo del cauce.

• Para ello le damos al botón, y vamos haciendo clics sucesivos siguiendo la línea de mayor calado.

• Como siempre terminamos con Escape.

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• Con la vista de resultados activada, cuesta un poco ver los perfiles y secciones que hemos creado.

• Para verlos mejor, primero ocultamos la imagen de fondo.




• Después escogemos la visualización de bordes, y podemos apreciar las secciones y perfiles creadas.




• Podemos ver, activando el botón de capas , que cada sección o perfil se ha guardado en una capa distinta.

• Desde esta ventana se pueden renombrar, borrar, bloquear, etc…

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Gráficas de máximos

• Simplemente dándole a este botón, se crea una gráfica para cada sección y perfil mostrando la línea del terreno y la cota máxima de agua a lo largo del periodo simulado.

• Hacemos clic en él y aparece la ventana de gráficos.




• Nos sale la gráfica del último perfil dibujado. Si queremos ver la localización del perfil, le damos a redibujar en la barra de herramientas principal y se ilumina el perfil correspondiente a la gráfica que estamos viendo.




• En la ventana de gráficas, podemos ir cambiando de gráfica.




• Y con redibujar ver la localización:




• La localización se puede ver también con la imagen de fondo.




• Recordemos que con las pestañas de la Ventana de Gráficas podemos personalizar las gráficas (colores, nombres, leyendas).




• O acceder a las tablas de las mismas.



Lámina en un instante

• Con este botón aparece una ventana que nos pide la sección o perfil y el instante. Lo introducimos y crea la gráfica correspondiente.



Hidrograma

• Se le da el botón y a continuación se selecciona el perfil o sección deseado. Se obtiene un gráfico con el hidrograma a través de dicha sección.

Clic en la sección



Hidrograma

• En este caso, como el caudal es creciente se va estabilizando a medida que avanza la simulación.

• El nombre del eje aparece como caudal específico, porque lo que se hace es integrar el caudal específico, pero se puede modificar con la pestaña de Opciones.

• Recordamos que el signo del caudal dependerá de como hemos trazado la sección.

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Conclusiones

• Hemos visto cómo generar una geometría que responde directamente a la información de un raster.

• La herramienta utilizada es GDAL.

• Hemos importado la geometría para después mallarla, pero podríamos haber importado directamente la malla.

• Esta metodología genera proyectos con muchos elementos, por lo tanto conviene pensarlo bien antes de usarla en casos de zonas grandes.

• Pero tiene la ventaja que la simulación utiliza toda la información del MDT, sin perder detalles con interpolaciones o aproximaciones.

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