Escola Superior de Tecnologia e de Gestão Licenciatura em Engenharia Civil 4º ano Hidráulica Aplicada 2 Trabalho Prático Guião para execução do trabalho Mário Nuno Moreira Matos Valente 2004
1º Passo Instalação do 3DEM Obtenção do software de visualização de dados da NASA Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Um exemplo para ler estes dados é o 3DEM Software for Terrain Visualization and Flyby Animation. 2º Passo DEM de Portugal Obtenção dos modelos digitais de terreno disponibilizados pela missão SRTM da NASA. NOTA: Os dados disponibilizados pela NASA estão divididos em elementos com um grau latitude por um grau de longitude de dimensão em projecção geográfica, o que quer dizer que são apresentações restar sem projecção nenhuma mas fáceis de manipular e juntar em mosaico. Os nomes do ficheiros referem-se à latitude e longitude do canto inferior esquerdo do elemento, por exemplo o ficheiro N37W105 tem o seu canto inferior esquerdo a 37º Norte latitude e 105º Oeste longitude. As Alturas estão em metro referenciadas ao geóide WGS84. 3º Passo Preparação do DEM da área em estudo Através da ferramenta 3DEM deverá ser preparado o ficheiro em formato USGS ASCII DEM para importação para o ArcView 3.2. Para esse efeito deverá ser escolhida somente a área da bacia em estudo de forma a aliviar o peso do ficheiro final. NOTA: Sugere-se a visualização do Atlas do Ambiente Digital disponibilizado pelo Instituto do Ambiente para localização da bacia em estudo, nomeadamente através das layers Principais Bacias Hidrográficas, Rede Hidrográfica e Concelhos. (o registo no site do Instituto do ambiente é gratuito) 4º Passo Obtenção do Software HEC-geoHMS 1.1 O Geospatial Hydrologig Modeling Extension é uma extensão para o ArcView 3.2 que permite delinear automaticamente bacias hidrográficas a partir de imagens de satélite. É fornecido gratuitamente pelo US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center. 5º Passo Processamento da área delimitada no passo 3 Depois de activada a extensão HEC-geoHMS 1.1 no ArcView deverão ser seguidos os passos descritos no capítulo 11 do manual do HEC-geoHMS 1.1 para a área em estudo 6º Passo Preparação do relatório Deverá ser apresentado um relatório com os parâmetros de caracterização da bacia hidrográfica em estudo de acordo com o resumo apresentado nas aulas práticas (exclui-se nesta fase a curva hidrodinâmica). 1
3º Passo Preparação do DEM da área em estudo 1. Lançar a aplicação 3DEM. 2. No menu FILE, opção LOAD TERRAIN MODEL, seleccionar o tipo de ficheiro relativo ao projecto SRTM (como na figura ao lado) 3. Os ficheiros obtidos do site da NASA ftp://edcsgs9.cr.usgs.gov/pub/data/srtm/eurasia/ deverão ser descompactados antes de se iniciar este processo. Na janela OPEN SRTM HEIGHT DATA FILE escolher os diferentes elementos para a área em estudo. (No exemplo ao lado, todo o Norte de Portugal). 4. Com o auxílio do Atlas do Ambiente Digital (que pode ser obtido gratuitamente no site do Instituto do Ambiente: http://www.iambiente.pt/atlas/est/index.jsp ) localizar a área da bacia pretendida. 2
5. No menu OPERATION, aplicar a função SELECT SMALLER AREA à zona pretendida. (cuidado para abranger a totalidade da zona em estudo) Na figura ao lado apresenta-se o exemplo da zona que abrange o Rio Fervença, o Rio Sabor e o Rio Maçãs. 6. No menu OPERATION, opção CHANGE PROJECTION, escolher CONVERT TO UTM PROJECTION de forma a mudar a projecção do modelo. Escolher o Elipsóide WGS84. 7. No menu FILE, escolher a opção SAVE USGS ASCII DEM para exportar o modelo do terreno para um formato compatível com o ArcView 3.2. Dar um nome ao ficheiro representativo da bacia em questão. (neste caso o nome escolhido será FERVENCA.DEM) 3
3º Passo Preparação do DEM da área em estudo (Localização da área em estudo) 1. No site do Instituto do Ambiente, fazer o download da rede hidrográfica portuguesa em formato compatível com ArcView 3.2. No fundo da página aparece um botão para download do ficheiro, mas é necessário proceder a um registo gratuito antes de aceder à página de downloads. http://www.iambiente.pt/atlas/est/index.jsp 2. Executar o ArcView GIS 3.2. Na janela de WELCOME, criar um novo projecto com uma nova vista (VIEW). 3. Adicionar dados à vista criada. 4. A janela de ADD THEME permite procurar o ficheiro RIOS.SHP (Shape File formato dos ficheiros do ArcView) que foi descarregado do Atlas do Ambiente. ATENÇÃO: é importante definir o DATA SOURCE TYPE no canto inferior esquerdo para FEATURA DATA SOURCE. 4
5. O aspecto do ArcView GIS 3.2 deverá ser qualquer coisa próxima da figura ao lado. A janela da vista que foi criada no passo 2 (VIEW1), mostra o ficheiro RIOS.SHP que foi adicionado no passo 4. 6. Para visualizar a forma dos RIOS seleccionar o quadrado vazio que aparece na janela VIEW1 perto do RIOS.SHP. 7. Para efectuar um ZOOM IN utilizar o botão: 8. Para obter informação sobre os diversos rios, seleccionar o botão IDENTIFY: E clicar sobre o elemento que se pretende identificar. (Neste caso o Rio Fervença) 5
5º Passo Processamento da área delimitada no passo 3 Os passos que se seguem pressupõem que o ArcView 3.2 se encontra instalado bem como o HEC-geoHMS 1.1. Para fazer o download gratuito do HEC-geoHMS visitar o site http://www.hec.usace.army.mil/ 1. Abrir o ArcView e criar um novo projecto em branco (AS A BLANK PROJECT): - no menu FILE seleccionar EXTENSIONS - procurar na lista o HEC-GeoHMS 1.1. - activar a extensão HEC-GeoHMS 1.1. - fazer OK. 2. Se o GeoHMS foi bem instalado e activado, deverá acrescentar dois novos tipos de vistas MAINVIEW e PROJVIEW. 3. Antes de iniciar o tratamento das imagens será necessário proceder à sua importação para o ArcView: - criar uma nova vista VIEW1 (botão NEW). - no menu FILE seleccionar a opção IMPORT DATA SOURCE. 4. Seleccionar o tipo de ficheiro como USGS DEM. 6
5. Escolher o ficheiro DEM que foi preparado anteriormente no programa 3DEM. (FERVENCA.DEM) 6. Escolher um nome e um directório para o ficheiro GRID (formato dos modelos digitais de terreno compatível com o ArcView). Neste caso FERVENCA. O NOME E O DIRECTÓRIO NÃO PODEM CONTER ESPAÇOS!!!! O ArcView durante o processo de conversão cria dois directórios, um com o nome escolhido FERVENCA e outro com o nome INFO. 7. Não adicionar o GRID criado à vista actual 8. Criar uma nova MAINVIEW: - seleccionar MAINVIEW na janela do projecto (janela da esquerda na figura ao lado). - carregar no botão NEW para criar uma nova MAINVIEW. 7
9. Adicionar o ficheiro GRID criado anteriormente: - no menu VIEW seleccionar a opção ADD THEME - na janela de diálogo de ADD THEME seleccionar o GRID DATA SOURCE em DATA SOURCE TYPES. - escolher o ficheiro GRID criado anteriormente. 10. Gravar o projecto em FILE, opção SAVE PROJECT AS 10. No menu THEME seleccionar a opção PROPERTIES. Notar que neste caso existem cerca de 500 mil células (895 linhas por 590 colunas) com 90m de definição, o que cobre uma área total de 4277 km 2. 11. Iniciar o pré-processamento do terreno através do menu TERRAIN PREPROCESSING, opção FILL SINKS. Na janela de diálogo deste passo deverá aparecer em RAWDEM o ficheiro criado no passo 6. 8
12. No final do passo anterior (que demorou cerca de 5 minutos para a área em exemplo e pode demorar bastante mais dependendo da área total e da capacidade do computador) aparece a seguinte janela de confirmação: 13. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção FLOW DIRECTION deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (20 segundos) obtém-se a imagem ao lado. 9
14. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção FLOW ACCUMULATION deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (2 minutos) obtémse a imagem ao lado. 15. No menu VIEW, opção PROPERTIES, deverão ser escolhidas as unidades do mapa (neste caso METERS) e as unidades de distância (também METERS). 16. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção STREAM DEFINITION deverá aparecer a seguinte janela: 17. Na janela seguinte define-se o tipo de área mínima para iniciação de cursos de água AREA IN DISTANCE UNITS SQUARED. É de notar que a planta em estudo tem 4277 km 2 (passo 10), que equivale a 4.277E9 m 2. Na janela seguinte o programa identifica a maior bacia que existe dentro da planta em estudo, neste caso 2.82E9 m 2, e pede ao utilizador para definir o seu critério de definição de bacias. Se a planta foi criado com cuidado o valor apresentado pelo programa será a área da bacia pretendida. 10
18. Na janela seguinte define-se a área contributiva mínima que um determinado curso de água deverá ter para ser reconhecido como curso de água principal. Neste exemplo está a ser avaliada a sub-bacia do Rio Fervença que foi estudada na aula prática, portanto pretendemos identificar bacias com áreas da ordem dos 7000 ha. 19. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção STREAM SEGMENTATION deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (1 minuto) obtém-se a imagem ao lado. 11
20. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção WATERSHED DELINEATION deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (5 minutos) obtémse a imagem ao lado. 21. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção WATERSHED POLYGON PROCESSING deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (10 segundos) obtém-se a imagem ao lado. 12
22. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção STREAM SEGMENT PROCESSING deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (10 segundos) obtém-se a imagem ao lado. 23. No menu TERRAIN PREPROCESSING, opção WATERSHED AGGREGATION deverá aparecer a seguinte janela: Após o processamento (30 segundos) obtém-se a imagem ao lado. Reconhece-se na imagem a Sub-Bacia do Fervença que foi estudada nas aulas práticas. 13
6º Passo Preparação do relatório O menu HMS PROJECT SETUP na MAINVIEW é responsável pela extracção da informação necessária da base de dados espacial e pela criação de um projecto de HMS. O procedimento para extracção de informação envolve a especificação de pontos de controlo na secção de jusante dos rios em estudo para definição da bacia. 1. Para definir um novo nome de projecto e criar um directório para conter os ficheiros que lhe estão associados: - no menu HMS PROJECT SETUP seleccionar STAR NEW PROJECT - introduzir o nome do novo projecto (máximo de 8 caracteres - fazer OK. 2. Definir a secção de jusante do rio em estudo: - seleccionar a ferramenta (Specify Outlet Point), - escolher a secção de jusante do rio em estudo. - Definir o nome do ponto (Outlet). 3. Activando o tema PROJAREA.SHP visualiza-se a área contribuinte para secção definida anteriormente. 4. Seleccionar no menu HMS PROJECT SETUP a opção GENERATE PROJECT: - Seleccionar o método para geração do projecto. 14
1º método: ORIGINAL STREAM DEFINITION este método utilizará a definição dos rios utilizada anteriormente (5º passo nº 18). 2º método: A NEW THRESHOLD este método permite definir um novo limite para definição de sub-bacias. Na janela seguinte escolhe-se o tipo de limite a definir (AREA IN DISTANCE UNITS SQUARED). Na janela seguinte (ENTER THE AREA IN DISTANCE UNITS SQUARED TO INITIATE A STREAM), o programa informa qual o tamanho da maior bacia existente na área em estudo e sugere iniciar um rio para cada bacia com 1% do tamanho da maior bacia. Em muitos casos 1% será insuficiente para se conseguir uma malha de rios com uma densidade suficiente para a análise pretendida. Valores como 0.1% ou 0.01% poderão gerar um maior número de rios, mas ao mesmo tempo geram um grande número de sub-bacias. (ver sugestão no final deste passo) 5. Na janela (GENERATE THE NEW PROJECT) responder YES. 6. Na janela seguinte, escolher uma descrição para o projecto criado (6º passonº 1). 7. No final da criação do projecto o programa indica o directório onde estão armazenados todos os ficheiros relativos à bacia definida. Esta localização é fundamental para mais tarde se localizarem os ficheiros. 15
8. O projecto criado surge agora numa PROJVIEW com o nome definido no nº1. SUGESTÃO: Para os mesmos dados de base, ie, para a mesma MAINVIEW, é possível criar diversos projectos independentes. Desta maneira será aconselhável gerar diferentes projectos (repetindo os números 1 a 8) com limites para definição de rios diferentes, de forma a escolher o projecto que apresente a melhor densidade de linhas de água. Exemplos: Limite para definição de rios 10% Limite para definição de rios 1% Limite para definição de rios 0.1% 16
6º Passo Preparação do Relatório Perguntas Frequentes Como juntar sub-bacias? Após o pré-processamento do terreno ter sido realizado na janela MAINVIEW, os dados relevantes para o projecto da secção definida são colocados numa janela PROJVIEW, que permite ao utilizador rever a delineação de sub-bacias. A junção de duas sub-bacias deve obedecer às seguintes regras: - As sub-bacias devem partilhar um ponto de confluência ou - As sub-bacias devem ser adjacentes a montante ou jusante - É permitido juntar mais que duas sub-bacias. Para juntar duas bacias: - Activar o tema WATERSHP.SHP, clicando no seu nome na lista de temas da vista PROJVIEW com a ferramenta POINTER. O tema activo aparece em relevo. - Com a ferramenta SELECT escolher as sub-bacias a unir. - No menu BACIN PROCESSING escolher BASIN MERGE. - Os resultados da operação de junção aparecem com um contorno vermelho. Para aceitar esses resultados seleccionar YES. Como definir o comprimento do curso de água mais longo? No menu BASIN CHARACTERISTICS através da opção LONGEST FLOW PATH pode-se calcular uma série de características físicas da bacia em estudo. SUGESTÃO: É de notar que esta função calcula o comprimento do curso de água mais longo de cada sub-bacia, para se obter o comprimento do curso de água mais longo de toda a bacia em estudo será conveniente juntar todas as subbacias numa só antes de executar este passo. - No menu BASIN CHARACTERISTICS seleccionar a opção LONGEST FLOW PATH. - O programa pergunta qual o nome dos ficheiros a utilizar (utilizar os valores por defeito). - A unidade vertical do DEM é metros. 17
Como definir um perfil longitudinal? - Activar o tema RIVER.SHP com a ferramenta POINTER. - Seleccionar os segmentos do rio que se pretende estudar com a ferramenta SELECT. - No menu BASIN PROCESSING escolher a opção RIVER PROFILE. Como criar um histograma com a distribuição de altitudes? A função de histograma de valores está incluída no ArcView. Para adicionar um histograma de altitudes: - Criar uma VIEW nova. - Adicionar um tema novo no menu VIEW opção ADD THEME. - Escolher o tipo de tema como GRID DATA SOURCE. - Na pasta com o nome do projecto (definido no 6º passo nº1) seleccionar o tema FILGRI1. (os ficheiros respeitantes ao projecto criado no 6º passo encontram-se todos na pasta indicada no 6º passo nº7) - Para editar as cores utilizadas bem como o espaçamento dos intervalos de cotas no menu THEME seleccionar EDIT LEGEND. - Para alterar os valores de cada intervalo de cores editar o campo VALUE. - Para acrescentar mais linhas utilizar o botão + - Criar o Histograma com o botão. - Para obter o número de células em cada intervalo de cotas, utilizar a ferramenta IDENTIFY. (é necessário relembrar que cada célula tem por dimensões 90 m x 90 m) 18
Como medir o comprimento de todos os cursos de água? - Activar o tema RIVER.SHP com a ferramenta POINTER (o tema RIVER.SHP deverá aparecer em relevo) - No menu THEME seleccionar EDIT LEGEND. - Carregar no botão STATISTICS. - Na lista de campos (FIELD) seleccionar o campo LENGTH. - Os valores apresentados representam parâmetros estatísticos relativos ao campo escolhido (comprimento) de todos os objectos que fazem parte do tema seleccionado. Como imprimir a rede de cursos de água da bacia em estudo? - Ligar os temas que se pretendem imprimir com a ferramenta POINTER. - No menu VIEW seleccionar LAYOUT. - Escolher a orientação pretendida para a folha. - Editar os diversos elementos e as suas posições na página. 19