Manual de ILWIS

TUTORIAL DE ILWIS

TUTORIAL DE USO DEL SIG ILWIS EN CUENCAS DEL DEPARTAMENTO DE POTOSÍ

Autor: Diego Leopoldo Harriague Lavayén Potosí, Octubre del 2010 Univ.- Harriague Lavayén Diego Leopoldo

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Este documento pretende ser una ayuda al manejo del SIG ILWIS 3,3 ACADEMIC y ILWIS 3.1.7 OPEN para el estudio de cuencas hidrológicas del departamento de Potosí en el Estado Plurinacional de Bolivia.

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1.- Introducción.Muchas veces en ingeniería civil se pretende diseñar obras hidráulicas para las cuales se necesita hacer un estudio hidrológico de la cuenca en la cual se pretende emplazar la estructura, generalmente se comienza por hacer un estudio de la geomorfología de la cuenca para conocer las características físicas y superficiales del terreno, así como conocer los parámetros del cauce principal y lo ríos tributarios dentro de la cuenca, para ello necesitamos de herramientas tradicionales o informáticas que nos permitan realizar el estudio. Durante mucho tiempo se ha realizado el estudio por métodos tradicionales como por ejemplo el uso de cartas cartográficas a escálas 1:50000 o 1:250000 junto con el uso de planímetros, longímetros, etc. Esta forma de realizar el estudio de la geomorfología era algo laboriosa y muy suceptible de cometer errores debido a que todo se hacia a mano y la probabilidad del error de observación limitaba mucho la exactitud de los resultados. Con la aparición de los ordenadores personales los métodos de cálculo en la hidrología fueron cambiando debido a la capacidad de los procesadores que múltiplico por miles la precisión de los resultados, además que reducia largas horas de estudio a unos pocos minutos de ejecución de comandos. La aparición de la Hidrología Computacional (Víctor Olaya 2004) y los Modelos Digitales de Terreno (DEM) nos permiten ahora utilizar Sistemas de Información Geográfica (GIS) con una amplia aplicación en hidrología, entre los programas que podemos mencionar al respecto se encuentra en primer lugar el conocido ArcGIS al cual se le pueden adjuntar extensiones de GeoHMS y GeoRAS que amplian su utilidad de manera espectacular, tambien podemos mencionar programas Freeware y OpenSource como Saga, Ilwis, etc. Este documento esta relacionado con el programa Ilwis 3,3 Academic y Ilwis 3,7,01 Open, debido a mi filosofía de licencia abierta que quisiera impartir entre los lectores de este trabajo (por cierto este trabajo esta realizado con OpenOffice). La experiencia me ha enseñado que es mejor tener programas con licencia de uso en nuestros ordenadores debido al beneficio de las actualizaciones y principalmente por la posibilidad de ser PROPIETARIO de nuestro programa por lo cual podemos utilizar nustro programa en cualquier lugar del mundo sin el mínimo peligro de que se nos cuestione la propiedad del mismo o su licencia de uso, algo que no nos dan los programas pirateados que se pueden descargar de páginas de internet o en puestos de la calle, por otro lado las comunidades en la web de usuarios de estos programas cada se actualizan y en los foros siempre podremos encontrar la respuesta a nuestra consulta. Ahora pasemos a las interrogantes: ¿Que es ILWIS? ➢ Sistema de Información Integral de tierra y Agua. Se refiere a un sistema de información geográfica con capacidad de procesar digitalmente imagenes, archivos raster, archivos vectoriales, tablas de datos, sistemas de coordenadas, etc. Univ.- Harriague Lavayén Diego Leopoldo

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➢ ¿Porque utilizar dos versiones del mismo programa? ➢ El programa Ilwis hasta la versión 3,3 era un programa de pago que se denominaba "ILWIS ACADEMIC" y que luego fue liberado para que la comunidad de usuarios pudieran colaborar en su desarrollo. Este programa gozo durante mucho tiempo de la popularidad entre los investigadores de la hidrología debido a que contaba con módulos que permitian un estudio preciso de las cuencas, la versión 3,3 presenta el módulo "DEM hydro-processing" que es el principal módulo para delimitar cuencas y realizar su estudio hidrológico. ➢ Desde la versión 3,4 el programa se empezo a denominar Ilwis Open, debido a que fue liberada la licencia y cualquiera puede descargarlo de su página principal en internet. La actual versión es la 3,7,01 lanzada en Septiembre del 2010. Dedido a que el programa paso de ser un programa de "pago" a ser un programa "abierto" muchos programas en los que se apoyaba el programa principal eran también de pago o trabajaban por convenio (como el módulo para importar y expotar archivos "GeoGateway"), luego estos dejaron de estar disponibles en las nuevas versiones "OPEN" del programa, debido a ello se cambio a "GDAL" un programa para importar y exportar archivos igual que GeoGateway pero de licencia abierta. Es así que algunos módulos se tubieron que reescribir para esta nueva forma de distribución del programa, y algunos presentan "bugs" y fallas que no ocurrian en la versión de pago, es por eso que si bien utilizaremos en un 80% la versión Ilwis Open, utilizaremos Ilwis Academic para algunos módulos que aún no se han implementado correctamente y presentan fallas. Por otro lado la versión Open tiene nuevos módulos y comandos que no existian en la versión Academic, es cuestion de tiempo para que el programa Ilwis Open este completamente integrado a esta nueva forma de distribución. ¿Que necesitamos para empezar a utilizar el programa? ➢ Primeramente necesitamos descargar el programa Ilwis 3,7,01 Open de su página oficial de

descarga. ➢ Tambien necesitaremos una versión anterior del programa específicamente el Ilwis 3,3

Academic, que lo descargamos también de su pagina oficial junto con el parche que nos permitira ejecutar el programa sin el requerimiento de liciencia. ➢ Como ya se habia indicado anteriormente vamos hacer uso de archivos DEM con resolución

de 30 metros o 90 metros dependiendo de la exactitud de los resultados que necesitemos y la capacidad de nuestro procesador en nuestra placa madre. ➢ También necesitaremos una imagen satelital de la zona del proyecto, esta imagen lo podemos descaragar de Google Earth o tambien puede ser una imagen LandSat.

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2.- El entorno del programa.Al inicial el programa nos encontramos con la siguiente pantalla donde podemos distinguir: Ícono del control de menu

Barra de titulos

Barra de menus

Herramientas standard

Panel de operaciones y de navegación

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Herramientas de selección de objetos

Barra de estado

Catálogo

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3.- Importar archivo DEM.Los archivos DEM descargados de internet podemos importarlos siguiendo la ruta: OperationTree -> Import/Export -> Import Map

Se nos presentara la siguiente pantalla y seleccionamos el archivo GeoTiff que se encuentra en el directorio específico (en nuestro caso DEM.tif):

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A continuación nos mostrara una barra de estado del proceso de importación (en muchas funciones que ejecutemos con el programa aparecera esta barra de progreso):

Al finalizar la importación podremos ver 4 objetos nuevos en nuestro directorio, estos son: 1 objeto de tipo de dominio del archivo 1 objeto de sistema de coordenadas 1 objeto de georreferencia 1 objeto raster:

4.- Importar imagen satelital.El procedimiento es el mismo que se realizo con el archivo DEM, solo que previamente debemos asegurarnos que la imagen satelital (generalmente de Google Earth) haya sido convertida a formato Tagged Image File Format (.tif) con cualquier programa para editar imagenes (suferencia: XnView), asi que nuestro nuevo archivo importado se convertira a formato raster y se verá asi (en nuestro caso Fotosatelital):

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5.- Creación de nueva georreferencia.Para crear una georreferencia primeramente seguimo la ruta: Operation-Tree -> Create -> New GeoReference

En la ventana que se presenta introducimos los siguientes datos y seleccionamos lo siguiente:

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Aceptamos el "Display options – Raster Map" que se nos presenta y aparecera la siguiente ventana que es un "GeoReference Editor" (Editor de GeoReferencia):

Hacemos un "Zoom" en el la zona que deseamos introducir los puntos y se vera de la siguiente manera donde introduciremos nuestros datos previamente extraidos del google earth u otro programa de modeles digitales de terreno:

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Aceptamos y aparecera un número y un punto amarillo en el lugar que hayamos introducido el punto:

Procedemos de igual manera con los siguientes 3 que queremos georreferenciar, y deberan verse así:

Salimos con luego de haber georreferenciado nuestra imagen satelital podremos usarla como fondo en muchas capas que hayamos creado en nuestro programa.

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6.- Crear un Resample.Primeramente veamos el objeto raster DEM sin utilizar el resample y veremos que es muy grande en relación a la zona que necesitamos (marcada con un rectángulo):

Entonces deducimos que para poder obtener solo un sector del archivo raster DEM debemos crear un Resample, que será una regíon del objeto con una propia Georreferencia, es por eso que previamente habiamos creado una Georreferencia en base a la imagén satelital que descargamos de Google Earth. También podriamos crear una regíon con un "SubMap of Raster Map" que se construye en base a "filas y columnas" del archivo raster, pero para poder hacer coincidir nuestra imagén satelital con el proyecto nosotros utilizaremos el resample. Univ.- Harriague Lavayén Diego Leopoldo

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Es así que seguimos la ruta: Operation-Tree -> Spatial Reference Operations -> Raster -> Resample:

En las configuraciones introducimos lo siguiente:

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Hacemos click en "Show" y se presentara una ventana con la zona del mapa requerido:

Como podemos apreciar el área que abarca este nuevo archivo raster DEM01 es mucho menor que el original DEM.

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7.- Interpolar archivo Resample.Nuestro siguiente paso es interpolar el archivo creado para un mejor resultado y cálculo del mismo. Para este trabajo seguimos la ruta: Operation-Tree -> Interpolation -> Kriging from Raster.

Se nos presentara una ventana "Kriging Fron Raster" en donde configuramos lo siguiente:

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8.- Creación de un DEM Visualization.En esta sección vamos a empezar el uso del principal módulo de procesadimiento de archivos DEM orientados a la hidrología de Ilwis: DEM hydro-processing Por lo tanto nos dirigimos a la ruta: Operation-Tree -> DEM hydro-processing y realizamos las siguientes configuraciones

Luego de mostrarnos la barra de progreso se nos presentara el siguiente mapa raster:

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9.- Determinación de la re flujo.Ahora debemos crear 3 objetos raster consecutivos hasta por último crear nuestra red de flujo, para ello nos dirigimosla ruta: Operation-Tree -> DEM hydro-processing -> Flow Determination. Primeramente debemos eleminar posibles depresiones o fallas de nuestro archivo DEM, para eso nos dirigimos a Operation-Tree -> DEM hydro-processing -> Flow Determination -> Remove local depressions from a DEM:

En la ventana que se nos presente realizamos las siguientes configuraciones:

Despues de de mostrarnos la barra de progreso se nos presentara un Display Options, a lo cual aceptamos y se nos presentara un mapa raster modificado del original pero que lo hemos eliminado de posibles fallas:

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Ahora debemos crear un objeto raster en el cual indicaremos las direcciones de flujo dentro de la misma. Nos dirigimos a Operation-Tree -> DEM hydro-processing -> Flow Determination -> Flow Direction:

Realizamos las siguientes configuraciones y aceptamos, es importante hacer notar que yo recomiendo activar la etiqueta "Parallel drainage correction algorithm" por que es un algoritmo desarrollado por ILWIS para evitar posibles tramos de flujo paralelos, en esto se diferencia del programa "WMS", que ofrece como resultados "rios rectos".

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Luego se nos presentara el siguiente mapa raster:

Este mapa raster nos muestra diferentes colores que nos indican hacia donde se dirigen las pendientes y posibles puntos de acumulaciones dentro la cuenca. Cada color significa un dirección de hacia donde se dirige la pendiente: puede ser Norte, Sur, Este, Oeste, etc.

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Ahora creamos un mapa raster de acumulación de flujo, para ellos nos dirigimos a OperationTree -> DEM hydro-processing -> Flow Determination -> Flow Accumulation:

Introducimos las siguientes configuraciones:

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Luego de aceptar la ventana Display Options que se nos presenta, nos mostrara el siguiente mapa raster de direcciones de flujo:

En este mapa raster podemos observar que se han creado "acumulaciones" a partir del mapa de direcciones de flujo creado previamente, es a partir de estos sectores de acumulación que vamos a crear nuestros diferentes ríos.

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Ahora debemos extraer los ríos que van a ser parte de nuestra cuenca: vamos a dirigirnos a Operation-Tree -> DEM hydro-processing -> Network and Catchment Extraction -> Drainage Network Extraction:

Introducimos los siguientes datos y dejamos intactos los que no se hayan tocado:

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Luego de aceptar el Display Options, se nos presentara un mapa que nos indicara que sectores dentro del mapa raster de acumulaciones caen dentro del Threshold seleccionado, color verde para verdadero y colos gris para los falsos:

Como podemos ver este mapa raster ya nos da una idea clara de como son nuestros ríos buscados, pero aún nos falta extraer los atributos de cada río y la delimitación de la cuenca.

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Nos dirigimos a Operation-Tree -> DEM hydro-processing -> Extraction ->Drainage Network Ordering"

Network and Catchment

Introducimos los siguientes datos y seleccionamos los que se muestran, cade hacer notar que debemos tener criterio de cuanta longitud mínima queremos que tome el programa como verdadero, eso dependera mucho del proyectista y su criterio con respecto a sus necesidades:

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Luego de presionar Show nos mostrada por unos momentos la ventana de progreso, ya que esta ves calculara los atributos de cada río tardará dependiendo de la capacidad de procesamiento del ordenador. Luego de aceptar el Display Options:

Como podemos observar ahora cada río tiene un color diferente y además atributos diferentes. Vamos a quedarnos un momento en este mapa raster.

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Vayamos a la sección de propiedades de la ventana raster (se encuentra la parte izquierda de la ventana) y hacemos click derecho para ver las propiedades en el Display Options – Raster Map:

Aquí activamos "Info" y "Attribute", al activar Attribute se nos presentara una lista en donde podremos elegír entre varios parámetros ya calculados de los ríos.

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Nosotros seleccionaremos "Length" para que nos muestre la longitud del río seleccionado en el mapa raster.

Por ejemplo si hacemos un zoom al mapa raster y pasamos el cursor sobre el río debemos hacer click sobre él, al momento se nos mostrara el número de río que le corresponde en el programa además de indicar la longitud del río:

De igual manera podemos proceder para las demás opciones que se nos presenta Attribute, si deseamos conocer algún parámetro que nos interese.

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10.- Delimitación de la cuenca y obtención de cálculos de la misma.Primero necesitamos indicar donde será el punto aguas abajo desde donde se calculará nuestra cuenca, para ello debemos crear un mapa de puntos. Nos dirigimos a Operation-Tree -> Create -> New Point Map:

En "Map Name" introducimos el nombre que desemos en nuestro caso Punto, para "Coordinate Latitude" introducimos los valores de inferiores de nuestro sistema de coordenadas de referencia (previamente debemos extraer estos valores simplemente movimiento el mapa de punta a punta el cualquier mapa que utilice nuestro sistema de georreferencia), lo mismo hacemos para las demas coordenadas que se nos pide. En "Domain" seleccionamos el tipo de dominio UniqueID, ya que solo será un tipo de archivo que indicara una referencia identificativa.

Luego se nos presentara un mapa en blanco que vamos a utilizar despues.

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Ahora nos toca editar el mapa de puntos creado para ello vamos hacer una ventana con varios mapas superpuestos, abrimos en el siguiente orden: 1. Abrir el objeto raster Fotosatelital. 2. Abrir el objeto de segmentos DrainNetOrd. 3. Abrir el objeto de puntos Punto. (Para superponer los mapas uno sobre otro, basta con abrir el primero, y arrastrar el icóno del siguiente mapa sobre el primer mapa abierto, asi se puede obtener una ventana con varios mapas mostrandose al mismo tiempo, cabe hacer notar que los archivos tienen que tener la misma georreferencia para que puedan ser superpuestos):

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Lo siguiente es activar la edición de la capa Punto para editarla sobre ella en el sector que queremos que comience la cuenca, nos dirigimos al menu Edit -> Edit Layer -> 3pnt Punto:

Luego activamos el ícono en forma de lápiz e introducimos el punto donde queremos que se ubique nuestra garganta de la cuenca ademas de darle un nombre en la venta de atributos que se presenta:

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Hasta aquí vamos a utilizar ILWIS 3.7.01 OPEN, y ahora utilizamos ILWIS 3.3 ACADEMIC

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Una vez indicado el punto donde será ubicada nuestra cuenca, volvemos a la ruta OperationTree -> DEM hydro-processing -> Network and Catchment Extraction -> Catchment Merge:

En la ventana que se presenta realizamos las siguientes configuraciones

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Hacemos click en Show y luego de que el programa nos muestre la barra de progreso aceptamos el Display Options que se nos presenta, a continuación se presentará el mapa raster delimitado:

Si queremos saber las propiedades del área de la cuenca y su perímetro, simplemente podemos proceder como hicimos con las propiedades de "DrainNetOrd" al activar sus atributos. También podemos obtener una tabla con dichos datos, para ello nos dirigimos a la ventana de archivos de ILWIS y hacemos click en: , para luego obtener la siguiente tabla:

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En donde podemos observar entre otros cálculos importantes: ➢ ➢ ➢ ➢

Perímetro de la cuenca: 1005164.15 metros Área de la cuenca: 400291001.00 metros Longitud total de drenaje: 101136.00 metros Densidad de drenaje: 252.66 m/km2

Como observamos, podemos obtener varios datos importantes de la cuenca que son dificiles de calcular de la manera tradicional (este cálculo manualmente nos tomaría muchas horas). 10.1.- Cálculo la longitud máxima que recorre una gota de agua y obtención de datos.El cálculo del cauce principal ya lo habiamos hecho al obtener la delimitación de la cuenca, es asi que solo vamos a indicar como obtener los datos importantes. Primero hagamos click en el mapa de segmentos:

Haciendo click la tabla de archivos "RioPrincipal":

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para obtener el mapa:

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En donde podemos tener los datos del cauce principal: ➢ Longitud: 47354.7 m.

➢ Longitud de la cuenca: 16933.2 m. ➢ Sinuosidad del cauce: 2.797 m/m 11.- Obtención de la curva hipsométrica.Para la obtención de la curva hipsométrica nos dirigiremos Operation-Tree -> DEM hydroprocessing -> Statistical Parameter Extraction:

Enseguida nos mostrara la siguiente ventana que rellenamos con los siguientes datos:

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Luego de mostrarnos la barra de progreso nos presentara una tabla como la siguiente:

En donde podemos observar que el programa hizo el cálculo de áreas entre curvas de nivel cada metro! (algo que otros programas como autodesk land solo hace con 16 rangos de altitud). Para obtener el gráfico nos dirigimos al icono:

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y rellenamos con los siguientes datos:

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Que nos dara la siguiente curva:

Editando en la barra lateral izquierda en X-Axis, Y-Axis y cum_percent x DEM03, tenemos:

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