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USO DE SIG EN EL ESTUDIO DEL

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

29/10/2013 06:06:31 p.m. Guillermo Cardoso Landa

1

Curso Básico de Hidráulica

Fluvial

Octubre 23, 2013

Guillermo Cardoso

Landa

Instituto Tecnológico

de Chilpancingo

AGENDA

29/10/2013 06:06:33 p.m. Guillermo Cardoso Landa 2

OBJETIVOS

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

EJEMPLO DE UN SIG COMERCIAL

SIG’s EN EL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

EJEMMPLOS DE SIG’s EN EL TRANSPORTE DE

SEDIMENTOS

COMENTARIOS

OBJETIVOS


Presentar las características de un sistema de informacion geográfica, su desarrollo, aplicación e importancia

Mostrar un ejemplo de un sistema de información geográfica comercial

Presentar un breve desarrollo de los SIG’s en el transporte de sedimentos

Mostrar ejemplos de sistemas de información geográfica aplicados al transporte de sedimentos

SISTEMAS DE INFORMACIÓN

GEOGRÁFICA


El término geomática fue acuñado a finales de

los años sesenta del siglo pasado y se refiere a la

integración de disciplinas científicas y de

tecnología para el análisis, manejo,

almacenamiento y despliegue de descripciones y

localizaciones de datos espaciales.

La geomática utiliza una gran variedad de

tecnologías, como la percepción remota, el

sistema de posicionamiento global y los sistemas

de información geográfica.


GEOGRÁFICA


Un sistema de información geográfica es una secuencia de

operaciones que inicia con la planeación y recolección de datos,

continúa con el análisis y almacenamiento de datos y termina con el

uso de información derivada en algunos procesos de toma de

decisiones. Un sistema de información geográfico puede definirse

mediante la expresión:

SIG = Geografía + Sistemas de información


GEOGRÁFICA


Durante la últimas 2 décadas, el uso de los SIG ha crecido

dramáticamente en el gobierno, los negocios y la

academia en los Estados Unidos de Norteamérica, donde

están siendo utilizados para muy diversas aplicaciones. En

consecuencia, se han propuesto un gran número de

definiciones para describir un SIG, siendo una simple y

razonable aquella que establece que un SIG consiste en

herramientas basadas en computadora que son

empleadas para capturar, almacenar, manipular, recuperar,

analizar, desplegar, imprimir y administrar grandes

cantidades de datos y atributos geográficos.

SISTEMAS DE

INFORMACIÓN

GEOGRÁFICA

De acuerdo a su definición un

SIG desempeña siete

funciones mayores (Hay y

Knapp, 1996):

Captura de datos.

Almacenamiento

Manejo

Cuestionamiento

Análisis

Despliegue

Salida


FUNCIONES MAYORES DE UN SIG

Figura1 Esquema mostrando los datos requeridos de entrada

así como el producto resultante (mapa del lugar) a través del

empleo de un SIG (SIG USGS, 2004).

SISTEMAS DE

INFORMACIÓN

GEOGRÁFICA




Knapp, 1996):

Captura de datos.

Almacenamiento

Manejo

Cuestionamiento

Análisis

Despliegue

Salida


Captura de datos. Esta función permite

introducir datos tanto espaciales (geométricos) como

no espaciales (atributos). También incluye importar

datos desde digitalizadores, scanner o sistemas de

procesamiento de imágenes y la creación de nuevos

datos a través de operaciones internas.

Almacenamiento. Esta función incluye el

almacenamiento y manejo de los datos tanto

espaciales como los atributos. Los formatos vector y

raster son dos modelos de datos básicos para el

almacenamiento espacial de datos. A fin de guardar su

registro coordinado, los sistemas convencionales

almacenan el dato espacial en una base de datos

espacial. Los atributos son almacenados en una base

de datos relacional que enlaza hacia atrás a los rasgos

espaciales. Sistemas modernos orientados a objetos

almacenan tanto a los datos espaciales como a los

datos no espaciales (atributos) en una base de datos

relacional.

SISTEMAS DE

INFORMACIÓN

GEOGRÁFICA




Knapp, 1996):

Captura de datos.

Almacenamiento

Manejo

Cuestionamiento

Análisis

Despliegue

Salida


Manejo. Esta función permite la transformación de la

proyección, orientación o escala de un mapa para

facilitar el análisis mediante distintos instaladores de

datos.

Cuestionamiento. Es la función que proporciona

ventajas para encontrar rasgos geográficos específicos

basados en su localización o atributos.

Análisis. Esta función relaciona los datos espaciales y

no espaciales, dentro de los límites de una cercanía

específica o a través de instaladores múltiples, con

determinadas condiciones, relaciones o tendencias

espaciales.

Despliegue. Es aquella función que proporciona las

herramientas para el despliegue en la computadora de

los rasgos geográficos y los resultados del análisis

usando una variedad de símbolos y colores.

Salida. Es la función que permite la producción de

mapas impresos de los rasgos geográficos así como de

los informes y gráficas de los resultados analizados.


GEOGRÁFICA


TIPOS DE FORMATOS

PARA UN SIG

Existen dos formatos principales para

almacenamiento y manejo digital de la

información espacial, que son: vector y

raster.

FORMATO TIPO VECTOR. En

formato vector los datos y posiciones

son almacenados como parejas de

coordenadas (x, y). Los objetos son

representados mediante rasgos

gráficos (puntos, líneas y polígonos).

El formato vector es un conjunto de

puntos, nodos, líneas y polígonos

construidos topológicamente que

definen ubicaciones, fronteras y áreas.

Figura. Red de distribución de agua en una

localidad en formato vector (Broadeach

Software, 2003).


GEOGRÁFICA


Figura. Red de distribución de agua en

formato vector (InfoTown, 1999).

Los datos en el formato vector

consisten en una serie de

nodos que definen segmentos

de líneas, los cuales son unidos

entre sí para formar rasgos

más complejos, tales como

redes y polígonos. Algunos

ejemplos de este tipo de

formato vector son los planos

de redes de distribución de

agua y de alcantarillado en una

población, las zonas de

inundación en ríos y los planos

de catastro en localidades.


GEOGRÁFICA


FORMATO TIPO RASTER. En formato raster los objetos son

representados mediante una imagen formada por una malla regular

de celdas con tamaño uniforme llamadas píxeles, cada una de ellas

con un valor. Los datos en formato raster son también referidos

como retículas o datos de celda-malla. Los grupos de datos en

formato raster almacenan información espacial dentro de una matriz

bidimensional formada por columnas y renglones espaciados

uniformemente. Cada celda de la malla contiene un valor

representativo del rasgo que está siendo descrito. Estos valores de

las celdas pueden ser continuos, tales como datos de elevación, o

discretos como son los datos de uso de suelo donde cada valor de

la celda está asociado con un uso de suelo específico. La resolución

de los datos formato raster depende del tamaño de las celdas en la

malla (Hutchinson y Daniel, 1995).


GEOGRÁFICA


Las imágenes en formato raster

requieren gran capacidad de

almacenamiento, utilizan mucho

espacio en disco y memoria. El

tamaño de sus archivos se

incrementa conforme la precisión

o la resolución de la imagen

aumenta. El número de píxeles en

una imagen con resolución de 1.0

metro es 900 veces el número de

píxeles requerido para obtener

una imagen con resolución de 30.0

metros. Ciertos ejemplos de

formatos raster son los mapas

escaneados, las imágenes aéreas y

las fotografías aéreas.

Figura. Mapa mostrando una zona

inundada, en formato raster.


GEOGRÁFICA


Los datos en formato raster frecuentemente son menos

detallados y pueden ser visualmente menos atractivos que los

datos en formato vector. A pesar de eso, muchos análisis

espaciales complejos, tales como la detección de cambio de

uso de suelo automática, requiere un sistema raster.

Otras ventajas de los datos tipo raster incluyen la degradación

de colinas vistas en tres dimensiones y la capacidad para

analizar rasgos espaciales no tradicionales, como el albedo o la

radiación infrarroja. Tendencias recientes indican que existe un

gran interés en aumento sobre los datos en formato raster así

como los sistemas de software que los procesan.


GEOGRÁFICA


En la figura siguiente se puede apreciar gráficamente las

diferencias básicas en la representación de un SIG en sus dos

tipos de formatos.


GEOGRÁFICA


Algunos sistemas de información geográfica o

paquetes de software para procesamiento de

imágenes pueden convertir datos de formato raster a

formato vector o también de formato vector a

formato raster. Por ejemplo, los datos raster de una

imagen de satélite pueden ser convertidos en datos

vectores de uso de suelo o de cobertura vegetal

generando polígonos alrededor de todos los píxeles

con la misma clasificación y determinando relaciones

espaciales entre las celdas, tales como adyacencia o

inclusión.


GEOGRÁFICA


Al conjunto lógico de datos temáticos

almacenados en un SIG se le llama

capa o instalador. Los rasgos y

atributos de datos asociados por

temas, como pueden ser

escurrimientos superficiales, usos de

suelo o precipitaciones que forman la

unidad básica de almacenamiento

reciben el nombre de cobertura, el

cual es el término asignado por el

Instituto de Investigación de Sistemas

Ambientales de Estados Unidos de

Norteamérica (ESRI por sus siglas en

inglés, Environmental Systems

Research Institute) a una capa o

instalador.

En la Figura se presenta el ejemplo de

un SIG a base de cinco capas.

CAPAS EN UN SIG


GEOGRÁFICA


HARDWARE DE LOS SIG

En la actualidad es posible utilizar y correr

software para SIG, como ArcPAD de ESRI,

en computadoras personales lap-top, palm-

top y asistentes digitales personales

(PDAs). También es factible emplear un

PDA como PalmPilot para desplegar mapas

y recolectar atributos de un SIG en el

campo. Todo esto gracias al acelerado

avance de los sistemas de cómputo en las

dos últimas décadas.

La selección del hardware apropiado para

un SIG determinado depende de la

extensión del proyecto de aplicación del

SIG y de los recursos disponibles. El

hardware de un SIG puede ser montado en

una sola estación de trabajo o en una

configuración de red. Los requerimientos

típicos del hardware son los enlistados:

Computadora con procesador rápido,

gran capacidad de memoria, espacio

de disco grande y CD-ROM.

Pantalla larga, de alta resolución y

monitor de color.

Dispositivo de almacenamiento y de

respaldo, como un drive o un CD-

ROOM reescribible.

Impresora de color.

Plotter de color de formato largo.

Digitalizador.

Scanner de formato largo.

Conexión a Internet de alta velocidad.

Receptor GPS y servidor.


GEOGRÁFICA


DESARROLLO DE

UN SIG Existen seis pasos para crear

e implementar un SIG:

Conversión de datos.

Recolección de datos.

Preparación de datos.

Manejo de datos.

División de datos.

Distribución de datos.

Esta metodología para el desarrollo de un SIG es implementada por los creadores de datos, tales como agencias de gobierno y vendedores de datos comerciales. Algunos usuarios de los SIG, como la mayoría de los ingenieros civiles, son usuarios más bien que creadores de datos de SIG. Estos usuarios casuales de los SIG no tendrán que desarrollar todos los seis pasos indicados arriba (Shamsi, 2002).


GEOGRÁFICA


DIFERENCIAS ENTRE DISTINTOS

TIPOS DE SOFTWARE Y UN SIG

El software que no cuenta con un

SIG, tal como las hojas de cálculo

(por ejemplo Microsoft Excel),

RDBMS (por ejemplo Microsoft

Access) y los paquetes de diseño

(como AutoCAD) pueden manejar

datos espaciales simples. Sin

embargo, tales programas no

pueden responder preguntas

espaciales tales como cuántos

residentes se localizan a lo largo

de 100 metros de una tubería

principal en una red de

distribución de agua.

El concepto de base de datos es central para un SIG y es la principal diferencia entre un SIG y un sistema de cómputo para mapeo o dibujo simple, el cual puede producir solamente gráficas de alta calidad a la salida (ESRI, 1992). De manera similar, un SIG no está completo sin un creador de mapas y un editor de funciones. De hecho, algunos vendedores de SIG están implementando un editor de funciones “CAD-like” en sus productos. Sin embargo, los elementos esenciales de un SIG son:

La capacidad para ejecutar operaciones espaciales en la base de datos.

La creación de mapas y funciones de edición.


GEOGRÁFICA


TIPOS DE SOFTWARE

Aunque el arte de los SIG ha

estado presente desde la

década de 1970, la ciencia

estuvo restringida para los

profesionales expertos de

SIG (Jenkins, 2002). Antes de

1988 había solamente una

docena de vendedores de

software para SIG; dos años

mas tarde, este número

había aumentado a por lo

menos 200 de ellos

(Kindleberger, 1992).

La mitad de la década de 1990

presenció el inicio de una nueva

generación de paquetes para SIG de

ambiente amigable usados en

computadoras portátiles, los cuales

contribuyeron significativamente a

un crecimiento explosivo de las

aplicaciones de los SIG a todas las

industria y empresas de servicio

público en los Estados Unidos de

Norteamérica, según se puede

apreciar en la GSBG 2001 (por sus

siglas en inglés Geospatial Solution

Buyers Guide 2001), donde se

enlistan mas de 500 compañías

relacionadas con diferentes tipos de

software para un SIG.


GEOGRÁFICA


SOFTWARE PARA UN SIG EN

FORMATO VECTOR

En la tabla siguiente se

presenta un listado de

paquetes de software para SIG

profesionales (recomendados

para grandes sistemas), en

donde se incluye la versión y el

año de elaboración, el rango de

precios en dólares al año 2002,

el vendedor y el sitio de

Internet donde se puede

encontrar más información

relacionada con cada producto.

SOFTWARE

VERSI

ÓN /

AÑO

RANGO

DE

PRECIO

(US$)

EMPRESA

VENDEDORA

ArcGIS 8.1 /

2001

1,500-

19,000

ESRI,

Redlands,

California

ArcInfo 7.2 /

1998

17,000-

19,000

ESRI,

Redlands,

California

GeoMediaPro 4.0 /

2000

7,000-

8,000

Intergraph

HuntsvilleAla

bama

MGE (req

microestacion

8.0 /

2001

8,000-

11,000

Intergraph

HuntsvilleAla

bama

Smallworld 3.1 /

2002

50,000-

60,000

Smallworld

Systems,

Cambridge

UK


GEOGRÁFICA


Algunos otros paquetes que no

se incluyen en la relación de la

tabla anterior son: GenaMap de

GenaWarehouse, FRAMME de

Intergraph y GFIS de IBM.

Por otro lado, se muestra en la

tabla mostrada en la derecha una

lista de paquetes de software

seleccionados para SIG en

formato vector también, pero

utilizados en computadoras de

escritorio empleados en

sistemas pequeños.

SOFTWARE VERSIÓ

N/AÑO

RANGO

DE

PRECIO

(US$)

EMPRESA

VENDEDORA

ArcView 8.1 / 2001

3.2 / 1998

1,400-1,600

1,100-1,300

ESRI, Redlands,

California

PC ArcInfo 4.0 / 2000 3,000-4,000 ESRI, Redlands,

California

ArcCAD (requiere

AutoCAD) 11.4.1

400-600 +

3,500-4,000

para

AutoCAD

ESRI, Redlands,

California

Autodesk Map

(requiere

AutoCAD)

2000i

4,000-5,000

(incluye

AutoCAD)

Autodesk, San

Rafael, California

GeoGraphics

(requiere micro

estación)

8.0

1,500-1,800

+ 4,500-

5,000 para la

micro

Bentley Systems,

Exton, Pennsylvania

GeoMedia 4.0 1,400-1,600 Intergraph,

Huntsville, Alabama

MapInfo

Professional 6.0 1,400-1,600 MapInfo Corp.,

Maptitude 4.1 500-700

Caliper Corp.,

Newton,

Massachusetts

Geo/SQL 5.5 250-350

Geo/SQL

Technologies,

Canadá


GEOGRÁFICA


SOFTWAR

E

VERSIÓN /

AÑO

RANGO

DE

PRECIO

(US$)

EMPRESA

VENDEDO

RA

ArcGIS

Analista

Espacial

8.1 / 2001 2,000-3,000

ESRI,

Redlands,

California

ARC GRID 7.2 / 1998 2,000-3,000

ESRI,

Redlands,

California

MGE

(requiere

microestaci

ón)

8.0 / 2001

4,000-6,000

+ 4,000-

5,000 para la

micro estac.

Intergraph,

Huntsville,

Alabama

IMAGINE 8.5 / 2001

Depende de

la opc. Inicia

en 5,000

ERDAS,

Atlanta,

Georgia

SOFTWARE

VERSI

ÓN /

AÑO

RANGO

DE

PRECIO

(US$)

EMPRESA

VENDEDORA

ArcGis Analista

Espacial

8.1 /

2001

2,000-

3,000

ESRI, Redlands

California

ArcView

Analista

Espacial

3.2 /

1998

2,000-

3,000

ESRI, Redlands

California

MFWorks para

Geomedia 2.6 800-1,000

Intergraph,

Huntsville,

California

Idrisi 32 2.0 1,400-

1,600

Clark Labs,

Worcester,

Massachusetts

ILWIS 3.0 2,000-

2,500

ITC,

Netherlands

SOFTWARE PARA UN SIG EN FORMATO RASTER

En las tablas se enlistan algunos de los paquetes de software para

SIG en formato raster, tanto para profesionales (grandes

sistemas) como para escritorio.


GEOGRÁFICA


SOFTWARE COMERCIAL PARA

UN SIG

En la figura siguiente se muestra el

porcentaje de usuarios de productos de

software de SIG en los Estados Unidos de

Norteamérica durante el año de 1998.

Estos resultados están basados en un

estudio de datos desarrollado por el

NSGIC (Nacional States Geographic

Information Council) y el NSDI (National

Spatial Data Infraestructure) en octubre

de1998 en los Estados Unidos de

Norteamérica (Somers, 1999).

El estudio incluyó a 5,200 entrevistados de

1,683 condados de 14 estados de los

Estados Unidos de Norteamérica,

indicando que los productos de software

más utilizados son el ArcView y el ArcInfo

de ESRI con 74.4% y 59.9%, respectiv.

Usuarios de software para un SIG en

U.S.A. durante el año de 1998

0.1

0.3

0.6

0.7

1.4

1.4

1.6

2.2

3.4

3.7

5.9

7.3

11.1

13.9

15.6

15.7

44.9

59.9

74.4

0 10 20 30 40 50 60 70 80

IBM-GFIS

Smallworld

FRAMME

MicroGDS

MOSS

Maptitude

GeneMap

GRASS

IDRISI

Atlas

IG MGE

IMAGINE

MicroStation

MapInfo P

ArcCAD

Otros

AutoCAD

ARC/INFO

ArcView

So

ftw

are

pa

ra u

n S

IG

Porcentaje de usuarios


GEOGRÁFICA


EMPRESA

VENDEDORA

INGRESOS

(MILLONES

DE

DÓLARES)

PARTICIPACIÓN DEL

MERCADO (%)

ESRI 296.6 35.1

Intergraph 238.7 28.3

MapInfo 46.7 5.5

Autodesk 39.6 4.7

Smallworld 36.7 4.3

MicroStation 23.5 2.8

ERDAS 18.0 2.1

En la tabla siguiente se puede observar los ingresos y la

participación del mercado durante 1999 de las empresas

vendedoras líderes de software para SIG (Barnes, 2000).


Descripción de ArcView GIS

El programa de ArcView GIS es un

Sistema de Información

Geográfica de escritorio con una

interfase gráfica para el usuario

de punto-y-clic, de fácil uso, que

permite cargar fácilmente datos

espaciales y tabulares para que

estos datos puedan desplegarse

como mapas (layouts), tablas y

gráficas (charts). ArcView

proporciona las herramientas

necesarias para consultar y

analizar datos, mostrando

nuestros resultados como mapas

de excelente presentación y

calidad.


27


ArcView versión 3.3 viene con las

siguientes extensiones:

1. Report Writer. Constructor de reportes.

2. CAD Reader. Lector de archivos CAD.

3. Database Access. Acceso a bases de

datos –SDE-.

4. Digitizer. Digitalización en tableta.

5. Geoprocessing. Geoprocesamiento.

6. Graticules and Measured Grids. Generación

de radículas y grids o retículas.

7. IMAGE Image. Lector de imágenes .img del

programa ERDAS.

8. JPEG (JFIF) Image Support. Imágenes

soportadas de cámaras digitales JPEG

(JFIF).

9. Legend Tool. Generación de leyendas

personalizadas.

10. Military Data Reader. Lector de datos.

11. MrSID Image Support. Soporte de imágenes

de alta compresión.

12. TIFF 6.0 Image Support. Soporte de

imágenes TIFF.

13. VPF Viewer. Visualizador VPF, producto de

archivo vectorial.


28


Ejemplo de aplicación de

ArcView 3 a nivel mundial.

Ejemplo de aplicación de ArcView

3.3 en una zona de Japón (ESRI

Japan, 2004).


29

SIG’s EN EL TRANSPORTE DE

SEDIMENTOS


En la actualidad el monitoreo

de los fenómenos climáticos

ha presentado un

considerable progreso, en

primer lugar a través de

medios análogos y más

recientemente a través de los

sitemas computacionales y

comunicaciones remotas,

tales como los radares

meterorológicos y la

información satelital.


SEDIMENTOS

En este contexto, se ha

presentado un desarrollo

explosivo de los SISTEMAS

DE INFORMACION

GEOGRÁFICA aplicados a la

Hidrología y a los Recursos

Hidráulicos de una región en

los 20 años recientes, lo cual

ha abarcado la aplicación de

los SIG al transporte de

sedimentos.



SEDIMENTOS

Jesson and Dominique

(1988), Mark (1984), Moore

et al. (1991) and Martz and

Garbretch (1992)

propusieron las vias para

automatizar los procesos que

permiten obtener las

caracteristicas hidrológicas y

morfológicas de las cuencas

mediante los modelos

digitales de terreno (MDT).

Tomando estos trabajos como base, ESRI desarrollo el conjunto de algoritmos llamados “Hidrologic Modelling”, incluidos en la extension ‘Spatial Analyst’ de ArcView GIS.

CRWR (Texas University in Austin and ESRI) desarrolló los algoritmos que relacionan topología, topografía e hidrología y los MDT.



SEDIMENTOS


Estos algoritmos se

aplicaron en el desarrollo

del modelo hidrológico

HEC-HMS (Hidrologic

Modelling Systems) por

parte del Hidrology

Engineering Center

(HEC) del US Army

Corps of Engineers

(USACE).

Se obtuvieron nuevos

algoritmos llamados

CRWR-PrePro (Maidment,

D. Olivera and Reed) y mas

recientemente ArcHydro

Tools.

A partir de ellos, se han

desarrollado HEC-1, HEC-

2, HEC-HMS, HEC-RAS

(River Analysis System),

entre otros.


SEDIMENTOS

Rio Ceira, tributario del Rio

Mondego,Coimbra, Portugal


HEC ha desarrollado

herramientas que permiten la

integración de HEC-HMS y

HEC-RAS utilizando la

tecnologia de los Sistemas de

Información Geográfica,

llamadas HEC-GeoHMS y

HEC-GeoRAS , HEC-

DSSVue y la extensión

GeoHidrac.


SEDIMENTOS

Resultados del SIG antes de la inundación


Resultados del SIG

despues de la inundación


SEDIMENTOS Modelos Computacionales

36

Modelo Autores Entidad desarrolladora

CHARIMA Holly et al., 1990 Académico o privado

FLUVIAL-12 Chang, 1990 Académico o privado

HEC-6 U. S. A. C. E., 1993 Fed. del dominio público

TAS-2 McAnally & Thomas, 1985 Fed. del dominio público

MEANDER Johannesson & Parker, 1985 Académico o privado

USGS Nelson & Smith, 1989 Fed. del dominio público

D-O-T Darby & Thorne, 1996 Académico o privado

GSTARS 2.0 Yang et al., 1998 Fed. del domino público

NCCHE Zhang et al., 2002 Fed. del dominio público

MIKE 11 DHI Group Privado

SWATT USDA-ARS and Texas A&M

AgriLife Research

Modelo Federal del dominio

público

CONCEPTS USDA-ARS,Langendoen et al. Fed. del dominio público

MODELOS DEL NCCHE

37

National Center for Computational

Hydoscience and Engineering Models

(NCCHE), University of Mississippi, USA

The Center for Computational

Hydroscience and Engineering (CCHE)

was established in 1982, as a research unit

in the School of Engineering at The

University of Mississippi, by the State of

Mississippi's Institutions of Higher

Learning Board of Trustees. Due to

international recognition and national

prominence, The University of Mississippi

decided in 1999 to rename CCHE to

NCCHE (National Center for

Computational Hydroscience and

Engineering), to broaden its activities and

accelerate its progress.

TIPOS DE MODELOS DEL NCCHE

38

FUNDAMENTOS DE LOS MODELOS DE

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS NCCHE

Fundamental Research on Sediment

Transport

Fundamental Research on sediment transport

has been conducted at NCCHE in past years.

NCCHE researchers proposed formulas for

determining the fractional transport capacities of

bed load and suspended load, which take into

account the hiding and exposure effects among

different size classes. In addition, formulas for

the calculations of sediment deposit porosity,

settling velocity, movable bed roughness and

sediment transport over steep slopes were also

developed.� These formulas were calibrated

using a large data set that included experimental

and field measurements.

39

MODELO CCHE1D

40

CCHE1D is a software package

for the simulation of one-

dimensional unsteady flows and

sediment transport in dendritic

channel networks. The software

package has been designed to

facilitate the combined

modeling of watershed and

channel processes.

Aplicaciones del CCHE1D

CCHE1D was used to

predict bed changes in the

entire watershed for the

18-year simulation

period. Figure 4 shows

the comparison of the

calculated and measured

thalweg changes between

flumes. Figure 5 shows the

comparison of the

calculated and measured

total annual sediment

yields at the watershed

outlet. Figure 6 shows

measured and predicted

annual sediment yields at

the watershed outlet.

41

MODELO CCHE1D

MODELO CCHE2D

42

The CCHE2D model is a two

dimensional, depth-averaged,

unsteady flow and sediment

transport model. The flow

model is based on depth-

averaged Navier-Stokes

equations.

Aplicacion del CCHE2D en Hotophia Creek

43

MODELO CCHE3D

44

CCHE3D model is developed for

simulating unsteady, free surface,

threedimensional turbulent flows and

sediment/pollutant transport and

water quality. This model is based on

Efficient Element Method, a

collocation version of the Galerkin

approach. The basic element is a cube

with twenty-seven nodes.

MODELO CCHED-FLOOD

CCHED-FLOD is a finite volume

model based on the solution of the

full dynamic shallow water

equations. It is particularly adapted

for simulating real flood

propagation over complex

topography. The CCHE2D version

can be efficiently used by studying

flood propagation due to dam-

break, and embankment or leeve

breaching.

45

OTROS MODELOS

46

1. CCHE-WQ

Model

2. CCHE2D-

Tide Model

3. CCHE2D-

COAST Model

OTROS MODELOS

47

4. Integrated

Watershed

Management and

Decision Support

Systems

OTROS MODELOS

48

5. GIS Tools and

Decision Support for

Flood Management

and Homeland

Security

MODELOS DE PROCESOS MORFODINAMICOS

49

6. Simulation of Morphodynamic

Processes in Vegetated Open

Channels

With increasing attention to the ecological

quality of surface water systems and the

restoration of streams to their natural

states, research on the vegetation effects on

streams have been broadened and

accelerated. NCCHE has developed the

modeling capabilities of vegetation effects

on flow, sediment transport and channel

morphological changes in the FVM-based

CCHE2D model.

EJEMPLOS Great Lakes

Tributary Modeling Program

Applied GIS in Sediment Transport Modeling

Geospatial data associated with sediment dynamics in rivers is increasingly integrated in the development of sediment budgets and sediment transport models.

The Great Lakes Tributary

Modeling program is a

federally funded effort by

the US Army Corps of

Engineers that assists local

governments and

watershed organizations in

reducing sedimentation and

erosion rates in river

systems.



Several watershed-scale GIS models have been developed through this program that first identifies sediment sources, then models sediment transport in rivers, and finally calculates sedimentation and dredging requirements in navigation channels and harbors within the Great Lakes Basin. The GIS models are also used in the development of watershed management strategies that reduce the upland sources of sediment prior to mobilization in a fluvial active channel.

Model applications include web-

based GIS tools and stand-alone

software that address agricultural

management, forestry best

management practices, low impact

development, and natural resource

management.

Calvin Creech

Travis Dahl

James Selegean

US Army Corps of Engineers

USACE - Detroit District

477 Michigan Ave.

Detroit, Michigan 48226

United States



Tributary Modeling Program

Models that have been developed are already being used by local, state, and Federal agencies for a variety of purposes, including watershed and ecosystem planning, forestry management, navigation maintenance planning, and water quality compliance evaluations.



Auglaize River (Maumee) (OH)

Battle Creek (MI)

Black River (OH)

Buffalo River (NY)

Burns Ditch/Trail Ck (IN)

Clinton River (MI)

Eighteenmile Creek (NY)

Genesee River (NY, PA)

Grand River (MI)

Menomonee River (WI)

Mill/Cascade (PA)

Nemadji River (MN, WI)

Ontonagon River (MI)

Rouge River (MI)

Saginaw River (MI)

Sebewaing River (MI)

Siskiwit River (MI)

St. Joseph River (MI, IN)

Waukegan River (IL)

Whittlesey Creek (WI)


http://glc.org/tributary/models/auglaize.html

http://glc.org/tributary/models/auglaize.html

http://glc.org/tributary/models/battlecreek.html

http://glc.org/tributary/models/black.html

http://glc.org/tributary/models/buffalo.html

http://glc.org/tributary/models/burns-trail.html

http://glc.org/tributary/models/clinton.html

http://glc.org/tributary/models/eighteenmile.html



http://glc.org/tributary/models/genesee.html

http://glc.org/tributary/models/grand.html

http://glc.org/tributary/models/menomonee.html

http://glc.org/tributary/models/mill-cascade.html

http://glc.org/tributary/models/nemadji.html



http://glc.org/tributary/models/ontonagon.html

http://glc.org/tributary/models/rouge.html

http://glc.org/tributary/models/saginaw.html

http://glc.org/tributary/models/sebewaing.html



http://glc.org/tributary/models/siskiwit.html



http://glc.org/tributary/models/stjoseph.html

http://glc.org/tributary/models/waukegan.html

http://glc.org/tributary/models/whittlesey.html



EJEMPLOS Nemadji River Basin


EJEMPLOS Buffalo River Watersheed


EJEMPLOS Buffalo River Watershed


EJEMPLOS

65

Nombre Autores Rio y Pais

Analysis of Channel Geometry and

Sediment Transport in Palung and

Chitlang Watersheds Using GIS

Bhola Nath Dhakal, 2004 Palung and Chitlang sub-

watershed of Kulekhani

watershed, Nepal

GIS-based distributed model for

simulating runoff and sediment

load in the Malian River Basin

Huang et al., 2003 Malian River, China

A GIS-based of soil erosion and

transport

May and Place, 2005 Burrishoole, Irlanda

Regional scale sediment yield

modeling using GIS and remote

sensing

Ghulam Nabi, 2004,

Doctoral Thessis in Water

Resources Engineering

Soan, Gariala and Phulra

Rivers, India

Predicting watershed erosion

production and over-land sediment

transport using a GIS

Steven McNulty, Wine Springs Ecosystems

Management Project, North

Caroline, USA

Flood risk mapping for Pari River

incorporating sediment transport

Sinnakaudan et al., 2002 Pari River, Malasya

EJEMPLOS

66


Sediment yield and transportation

analysis: case study on Managawa

river basin

Chutachindakate and

Sumi, 2008

Managawa river basin, Japon

Estimation of Soil Erosion and

Sediment Yield Using GIS

at Catchment Scale

Bhattarai and Dutta, 2006 Mun river basin, Thailandia

Adaptation of Surface Water

Modeling System for Sediment

Transport Investigations in Lake

Nasser

El-Sammany and El-

Moustafa, 2011

Lake Lasser, Egipto

Sediment transport modeling and

flood risk mapping in Geographic

Information System (GIS)

Sinnakaudan et al., 2004 Kinta Riiver, Malasya

A new approach for linking event-

based upland sediment sources to

downstream suspended sediment

transport

Peng Gao and James

Puckett, 2011

Rivers of Central New York,

USA

EJEMPLOS Milwaukee Sediment Transport Studies


http://www.dtmgis.com/

EJEMPLOS

68


A GRASS GIS application for

vertical sorting of sediments

analysis in River Dynamics

Minelli, A., 2011 University of Illinois

(Urbana- Champaign, IL),

USA. En proceso la aplicacion

Sediment Transport Study,

Geomorphic Surveys and GIS

Analysis completed by GGI

and LANL

Los Alamos National

Laboratory (LANL) and New

Mexico Bureau of Geology

staff, 2011

Los Alamos and Pueblo canyon

watersheds , USA

GIS-based sediment

assessment tool

Lim et al., 2005 Sudong Watershed,

Chuncheon, Korea

HYSTAR: Hydrology and

Sediment Transport Simulation

using Time-Area Method

Young Gu Her, 2011,

Doctoral Thessis in Biological

Systems Engineering

Owl Run Watershed and

Polecat Creek Watershed,

USA

Estimation of temporal

variation of sediment yield

using GIS

Kothyari et al., 2002 Karso and Nagwa in

Jharkhand and Kharkari in

Rajasthan, India

EJEMPLOS

69


Path sampling method for

modeling overland water flow,

sediment transport, and short

term terrain evolution in Open

Source GIS

Mitasova et al., 2003 North Carolina State

University campus, USA

Sediment Transport Modeling

Using GIS in Bagmati Basin, Nepal

Rabin Bhattarai, 2013 Bagmati Basin, Nepal

Flash flood and sediment modeling

with TREX

Pierre Julien et al., 2008 Arkansas River basin, Goodwin

Creek, and California Gulch, USA

Simulating sediment transport

with GIS

Holger Schäuble, 2007 Geozones located in the USA.

St. Joseph river sediment

transport modeling study

USACE staff, 2007 St. Joseph river , USA

A sediment budget for Town creek

watershed: suspended sediment

transport rates analysis.

Ramírez-Avila et al.,

2010

Town creek watershed, USA


El desarrollo acelerado de los SIG en tiempos recientes en las Ciencias de la Tierra ha alcanzado a la Ingeniería Hidráulica, por lo que puede considerarse una herramienta fundamental para la Hidrología, los Recursos Hidráulicos y la Hidráulica de Ríos en nuestro país, siendo cada dia más comun el empleo de los SIG’s en estas áreas de Ingeniería Civil en México.


Es necesario dejar perfectamente claro que esta herramienta solo se puede utilizar, una vez que se conocen a fondo los aspectos teóricos y prácticos de la hidráulica fluvial y del transporte de sedimentos.

Utilizar esta herramienta, sin este conocimiento es absolutamente no recomendable y puede generar resultados y/o interpretación de los mismos erróneos.


Cada vez es mayor el número de las Instituciones de Educación Superior en nuestro país que ofrecen la carrera de Ingeniería Civil que incluyen en su plan de estudios una o mas asignaturas de GEOMÁTICA y/o SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRÁFICA.


Finalmente considero importante incrementar la preparación y el número de especialistas en los temas de Potamología y de Hidráulica Fluvial, que nos permitan resolver la problemática cada vez mas compleja que presentan los ríos de nuestro país.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

• SIG

Guillermo Cardoso Landa Instituto Tecnológico de

Chilpancingo [email protected]


MUCHAS GRACIAS POR

SU ATENCIÓN

mailto:[email protected]

curso guillermo básico de cardoso hidráulica …...objetivos 3 guillermo cardoso landa 29/10/2013...

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