Keywords: sinuosity m01a10
A partir de las líneas de drenaje restituidas y las líneas esquemáticas que representan tránsito hidrológico del modelo HEC-HMS, determinar el factor de sinuosidad por diferentes métodos geográficos.
- Visualizar la red de drenaje natural.
- Estimar el factor de sinuosidad a partir de la longitud euclidiana del valle.
- Estimar el factor de sinuosidad a partir de la línea suavizada del valle.
- Estimar la sinuosidad a partir del tramo natural a reemplazar.
Archivos, actividades previas, lecturas y herramientas requeridas para el desarrollo de esta actividad:
| Requerimiento | Descripción |
|---|---|
| 🧰Herramienta | Microsoft Excel 365. |
| 🧰Herramienta | QGIS 3.42 o superior. |
| 📅R.HydroTools.SinuosidadCauceAnalisis.xlsx | Libro de cálculo para análisis de sinuosidad. |
Para los diferentes avances de proyecto, es necesario guardar y publicar las diferentes versiones generadas del (los) libro (s) de Microsoft Excel y reportes o informes, agregando al final la fecha de control documental en formato aaaammdd, p. ej. R.HydroTools.DisenoCaucesParametros.20250528.xlsx.
Método 1: Estimación del factor de sinuosidad a partir de la longitud euclidiana del valle en cada río
- En QGIS, cargue la capa de drenajes CGG_DrenajeNatural_v0.shp, ajuste la simbología de representación y abra la tabla de atributos.
Para proyectos en los que no se dispone de la red de drenaje: crear una capa de drenajes 2D digitalizando los cauces sobre una ortofoto o sobre un modelo de terreno lidar. La digitalización se debe realizar por tramos de río entre afluentes detallando las líneas meandriformes y en el sentido del flujo.
- En la tabla de atributos de la capa geográfica de drenajes, crear y poblar los siguientes atributos numéricos reales con 10 dígitos de precisión:
| Atributo | Descripción | Cálculo geométrico |
|---|---|---|
| LPm | Longitud planar del tramo en metros. | length(@geometry) |
| CXStart | Coordenada plana X en metros del nodo inicial. | x(start_point(@geometry)) |
| CYStart | Coordenada plana Y en metros del nodo inicial. | y(start_point(@geometry)) |
| CXEnd | Coordenada plana X en metros del nodo final. | x(end_point(@geometry)) |
| CYEnd | Coordenada plana Y en metros del nodo final. | y(end_point(@geometry)) |
| LValley | Longitud euclidiana del valle en metros usando Teorema de Pitágoras. | ((CXStart-CXEnd)^2+(CYStart-CYEnd)^2)^0.5 |
| FS | Factor de sinuosidad. | LPm/LValley |
Expresión LValley =
(( "CXStart" - "CXEnd" )^2+( "CYStart" - "CYEnd" )^2)^0.5
- Utilizando el complemento DataPlotly, cree una gráfica de análisis representando en las abscisas la longitud del río y en las ordenadas la longitud del valle, podrá observar que algunos nodos se encuentran dispersos indicando sinuosidades altas.
Cree también una gráfica LPm vs. FS, podrá observar que existe una dispersión alta entre los datos y un patrón de agrupamiento en ríos cortos.
- Para este análisis se recomienda incluir solo los tramos de drenaje que se encuentran en la llanura. Para ello, agregue el mapa de base XYZ de Google Terrain desde la ruta https://mt1.google.com/vt/lyrs=p&x={x}&y={y}&z={z} y manualmente, seleccione solo estos drenajes. En la tabla de atributos cree un campo numérico entero con el nombre
EvalFSy asigne 1 a los drenajes a evaluar y 0 a los excluídos.
- Cree un campo numérico entero con le nombre FeatureID y desde el calculador de campo asigne la propiedad @id, luego desde las propiedades de la capa y para todos los drenajes y a través del Query Builder, filtre los drenajes con
EvalFS = 1.
- En el libro de análisis R.HydroTools.SinuosidadCauceAnalisis.xlsx, registre los valores obtenidos en QGIS de código de río o
FeatureID, longitud de río y longitud de valle en la tabla del Método 1, visualice la gráfica de análisis.
🔥 Para la correcta obtención de los parámetros de la regresión, ajustar en la función de estimación lineal de Microsoft Excel, el rango de selección de las celdas correspondientes a la tabla de registros.
Resultados: el factor de sinuosidad promedio corresponde a un valor de 1.26 y para la longitud del cauce natural a reemplazar correspondiente a 6689.9 m y utilizando la regresión obtenida, el factor es 1.3639.
A diferencia del método anterior en el que utilizamos la longitud euclidiana del valle, en este método utilizaremos una simplificación del alineamiento que domina el recorrido del flujo en el valle por eventos de creciente, suponiendo que estos flujos mantienen la direccionalidad del corredor o ronda geo-morfométrica del cauce.
- En QGIS, ejecute la herramienta Processing Toolbox / Vector geometry / Simplify para simplificar la trayectoria de cada tramo de drenaje utilizando como tolerancia 1/10 del radio de curvatura para el suavizado del valle obtenido en la actividad M01A03. Nombre la capa resultante como /file/shp/CGG_DrenajeNaturalSimplify180m_v0.shp.
Recuerde que previamente realizamos un filtro excluyendo los drenajes de montaña cuyas sinuosidades pueden ser inferiores a las de los cauces de llanura.
Complementariamente, puede ejecutar la herramienta Processing Toolbox / Vector geometry / Smooth para suavizar las líneas que describen el valle, p. ej., con 10 iteraciones para offsets de 0.25 y ángulos máximos de 180°. Nombre la capa resultante como /file/shp/CGG_DrenajeNaturalSimplify180mSmooth_v0.shp.
- En la tabla de atributos de la capa de líneas simplificadas, calcule en un campo numérico real (precisión 10) con el nombre
LValleySim, la longitud geométrica planar de cada línea.
- En el libro de análisis R.HydroTools.SinuosidadCauceAnalisis.xlsx, registre los valores obtenidos en QGIS de código de río o
FeatureID, longitud de río y longitud de valle simplificado en la tabla del Método 2, visualice la gráfica de análisis.
🔥 Para la correcta obtención de los parámetros de la regresión, ajustar en la función de estimación lineal de Microsoft Excel, el rango de selección de las celdas correspondientes a la tabla de registros.
Resultados: el factor de sinuosidad promedio corresponde a un valor de 1.13 y para la longitud del cauce natural a reemplazar correspondiente a 6689.9 m y utilizando la regresión obtenida, el factor es 1.1733.
Gráficos de comparación Método 1 y Método 2.
- En QGIS, cargue al mapa la capa RD_EjeValleSuavizado_AutodeskCivil3DClotoide.shp correspondiente al eje del valle suavizado. Utilice este eje como guía para la extracción del drenaje natural que será reemplazado.
- Seleccione los tramos de drenaje natural a reemplazar y exporte a una nueva capa con el nombre /shp/TramoNaturalReemplazar.shp.
Asegúrese de que el tramo exportado cubre la longitud completa desde el inicio y hasta el fin del valle, en caso de ser necesario, exporte los tramos naturales inmediatos aguar arriba y aguas abajo y luego con ayuda el editor de geometría, corte los extremos restantes usando la herramienta Split.
- Abra la tabla de atributos de la capa exportada y verifique cuantos registros o líneas de drenaje contiene la capa, seleccione todos los registros y desde el editor de entidades, con la herramienta Merge, una los dos tramos.
- En la tabla de atributos, recalcule todas las propiedades correspondientes a identificador, longitudes, factores y coordenadas. Obtendrá un factor de sinuosidad de 1.3746 a partir de la longitud del río y la longitud Euclidiana del valle.
- Para obtener todos los nodos que componen la polí-línea del tramo natural a reemplazar, ejecute la herramienta Vector geometry / Extract vertices, nombre la capa resultante como /shp/TramoNaturalReemplazarVertices.shp.
- Rotule a partir del campo
vertex_indo campo de ordenamiento de nodos en el sentido del dibujo, luego, abra la tabla de atributos, active el editor y elimine todos los campos excepto el campo de numeración de nodos.
- Cree dos campos de atributos numéricos reales (precisión 10) con los nombres CXm y CYm, y desde el calculador de campo obtenga las coordenadas proyectadas en metros usando las funciones
x(@geometry)yy(@geometry).
- Ordene los registros por el número de vertice y en el libro de análisis R.HydroTools.SinuosidadCauceAnalisis.xlsx, registre los valores obtenidos en QGIS de coordenadas en la tabla del Método 3, visualice la gráfica de análisis.
Para el diseño del cauce sinuoso hemos obtenido diferentes valores de referencia, sin embargo, consideraremos que según el trazado del valle suavizado correspondiente a una longitud de Lv = 5158.536 metros y la longitud del cauce natural a reemplazar correspondiente a Lr = 6689.90475 metros, el factor de sinuosidad aplicable es 1.29686 (nombrado como Método 4).
Utilizando la plantilla suministrada, cree un informe técnico mostrando las actividades desarrolladas en el orden presentado en esta actividad, junto con los análisis y recomendaciones realizadas, convierta a Adobe Acrobat (.pdf) y guarde en la carpeta /report del repositorio de datos del proyecto; nombre el archivo con el código de la actividad agregando al final la fecha de control documental en formato aaaammdd (p. ej. M01A00_20250531.pdf).
Libro de revisión y calificación de proyecto: M01A10_Sinuosidad.xlsx
En la siguiente tabla se listan las actividades que deben ser desarrolladas y documentadas por cada estudiante o grupo de proyecto.
| Actividad | Alcance |
|---|---|
| M01A10 | 👤👥 Revisar y ajustar los tramos de drenaje de la red natural para que sean contínuos entre uniones de afluentes y en localizaciones iniciales, editar, ajustar la red y marcar en la tabla de atributos los drenajes modificados usando un campo de entero corto con el nombre HCMCCheck donde 0 corresponde a drenajes sin modificar y 1 a modificados. En el informe técnico incluya un mapa y resúmen estadístico que represente los drenajes ajustados. |
| M01A10 | 👤👥 Realice los análisis de estimación de factores de sinuosidad a partir de los diferentes métodos presentados en esta actividad, indique y justifique en la FCD el valor a utilizar para el diseño geométrico horizontal del cauce sinuoso de su proyecto. Para el Método 2, incluya un análisis con líneas de valle simplificadas y otro con líneas suavizadas. |
| M01A10 | 👥 Opcional: registrar los valores obtenidos en el libro de parámetros generales requeridos para el diseño y la modelación. Guardar en la carpeta /file/table. |
| M01A10 | 👥 Opcional: verificar la formulación correcta de los libros de cálculo suministrados. En las notas de la ficha de control documental indicar el método de verificación y si se requieren o no ajustes. |
| M01A10 | 👥 En una tabla y al final del informe de avance de esta entrega, indique el detalle de las actividades realizadas por cada integrante de su grupo; utilice las siguientes columnas: Nombre del integrante, Actividades realizadas, Tiempo dedicado en horas (si presenta la entrega individualmente, no es necesaria la presentación de esta tabla).👤 Para actividades que no requieren del desarrollo de elementos de avance, indicar si realizo la lectura de la guía de clase y las lecturas indicadas al inicio en los requerimientos. |
Nota 1: para la revisión del proyecto final, guarde los libros cálculo de Microsoft Excel y los archivos generados en esta actividad, en las localizaciones indicadas en cada numeral.
Nota 2: una vez el instructor realice la revisión y el estudiante presente las correcciones o ajustes solicitados, será necesario cargar una nueva versión de los archivos en el repositorio del proyecto, incluyendo o actualizando al final del nombre del archivo, la fecha de presentación en formato aaaammdd y manteniendo las versiones anteriores presentadas.
Nota 3: las funciones de estimación lineal para obtener los parámetros de las regresiones potenciales de los métodos 1 y 2, requieren de la actualización del rango de la matriz de análisis. Sin este ajuste, la regresión únicamente evaluará las primeras filas del ejemplo y no obtendrán los valores correctos.
- https://www.autodesk.com/blogs/water/2023/09/05/can-you-really-calculate-a-rivers-path-using-pi/
- https://en.wikipedia.org/wiki/Sinuosity
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