Geomorfología. Asignaciones del tema 4: procesos fluviales. Parte 1

Por José Ramón Martínez Batlle

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Dentro de las opciones de knitr, en el encabezado de este archivo, es probable que encuentres el argumento eval = F. Antes de tejer debes cambiarlo a eval = T, para que evalúe los bloques de código según tus cambios.

Recursos en línea sobre GRASS GIS para geomorfología

GRASS GIS for geomorphologists. Andrew Wickert

Geomorphology in GRASS GIS. A ‘how-to’ manual. Skyler Sorsby

Funciones creadas por el profesor

Lista de recursos de pago

Datos asignados a cada estudiante

Coordenadas de desembocadura de cuenca

 # abreviatura     coordenada de desembocadura (EPSG:32619)
 #       anala     311450,2109960
 #       carol     292900,2124790
 #       danie     288280,2093570

Nombres geográficos

 # abreviatura     nombre geográfico                     abreviatura de nombre geográfico
 #       anala     Río Yaque del Norte, hasta Manabao    rioydn
 #       carol     Río Bao, hasta Mata Grande            riobao
 #       danie     Río Yaque del Sur, hasta P. Palomino  rioyds

DEMs

 # abreviatura     ruta de archivo DEM
 #       anala     mi-asignacion/data-asignada/demydn.tif
 #       carol     mi-asignacion/data-asignada/dembao.tif
 #       danie     mi-asignacion/data-asignada/demyds.tif

Límites de cuencas vectorizados

 # abreviatura     ruta de archivo DEM
 #       anala     mi-asignacion/data-asignada/cuenca_rio_yaque_del_norte.geojson
 #       carol     mi-asignacion/data-asignada/cuenca_rio_bao.geojson
 #       danie     mi-asignacion/data-asignada/cuenca_rio_yaque_del_sur.geojson     

Ejercicios

Ejercicio 1: Crea una región de GRASS. Redacta de forma resumida el procedimiento, cita ventajas/desventajas

Vídeo de referencia

Script de referencia

Dentro del bloque de código a continuación, carga el paquete rgrass7 y crea una región de GRASS GIS utilizando los atributos correspondientes en cada parámetro:

• Ruta de inicio (parámetro home): mi-asignacion

• Nombre del directorio de la base de datos de GRASS GIS (parámetro gisDbase): utiliza mi-asignacion/mi-grass

• Nombre de localidad (parámetro location): usa la abreviatura de nombre geográfico que te tocó.

• Nombre del conjunto de mapas (parámetro mapset): utiliza PERMANENT

IMPORTANTE. Asegúrate que tus parámetros no tengan espacios, signos de puntuación, o tildes.

• Verifica la metadata de tu región con la función gmeta.

loc <- initGRASS(gisBase = "/usr/lib/grass78/",
                 home = '...',
                 gisDbase = '...',
                 location = '...',
                 mapset = '...',
                 override = TRUE)

Describe, en un párrafo, usando tus propias palabras, el procedimiento que acabas de ejecutar. Si aplica, en un párrafo adicional, plantea las ventajas y desventajas de usar GRASS desde R

EJERCICIO 2: Define resolución/extensión utilizando una fuente. Redacta de forma resumida el procedimiento

Vídeo de referencia

Script de referencia

Escribe el código necesario para definir la proyección de tu región de GRASS creada en el ejercicio anterior, usando como referencia tu DEM asignado. Usa el vídeo de referencia para conocer los pasos necesarios. El procedimiento general consiste en:

• Sin importarlo (aún), usa tu DEM para definir la proyección de la región de GRASS (addon g.proj).

• Importa el DEM (addon r.in.gdal).

• Utilízalo para definir la extensión y resolución de la región de GRASS (addon g.region)

• Verifica la metadata de tu región con la función gmeta.

Describe, en un párrafo, usando tus propias palabras, el procedimiento que acabas de ejecutar

EJERCICIO 3: Explora y compara mapas de GRASS y R. Interpreta el resultado

Vídeo de referencia

Script de referencia

Explora y compara mapas de pendientes generados en R y en GRASS. Usa el vídeo de referencia para conocer los pasos necesarios. El procedimiento general consiste en:

• Antes que nada, explora qué mapas están disponibles en tu región de GRASS mediante el addon g.list.

• En R:

  • Carga los paquetes sp y raster, y ejecuta la función use_sp(); esto preparará a R para definir que los mapas de GRASS que importes con el paquete rgrass7 serán objetos Spatial* y Raster*.
  • Importa el DEM desde la región de GRASS mediante la función readRAST. Convierte tu DEM a raster con la función raster (puedes también hacerlo en un único paso ejecutando raster(readRAST(...))). Representa tu raster con la función plot.
  • Importa tu límite de cuenca a R. Para ello, carga el paquete sf, importa el archivo del límite de tu cuenca con la función st_read. Represéntalo con la función plot pero añadiendo el argumento add=T, para que se superponga sobre el DEM.
  • Usando el límite de cuenca, corta el DEM con la función crop, y enmascáralo con mask.
  • Genera un mapa de pendiente en R a partir del DEM con la función terrain del paquete raster.
  • Finalmente, representa el mapa de pendiente con plot, e igualmente haz un histograma de dicha variable y calcula sus estadísticos descriptivos básicos con summary. Compararás el mapa y los estadísticos de pendiente con los resultados que obtengas en GRASS.

• En GRASS (recuerda, “desde R”). Lleva tu límite de cuenca a la región de GRASS y úsalo como máscara. Genera un mapa de pendiente, y tráelo a R. Te recomiendo el siguiente procedimiento:

  • Lleva tu límite de cuenca a la región (vectorial formato GeoJSON) de GRASS mediante la función writeVECT.
  • Define los límites de la región de GRASS usando dicho vectorial mediante el addon g.region.
  • Utiliza el vectorial como máscara de la región mediante el addon r.mask.
  • Utiliza el addon r.slope.aspect para crear un mapa de pendientes a partir del DEM.
  • Trae el mapa raster de pendientes generado en GRASS a R mediante raster(readRAST(...)).
  • Represéntalo mediante la función plot.

Nota sobre la máscara. Si al ejecutar el addon g.list uno de los mapas de denomina raster/MASK, como en el ejemplo a continuación, quiere decir que hay una máscara aplicada, con lo que todos los algoritmos se ejecutan únicamente dentro de dicha área.

execGRASS(
  'g.list',
  flags = 't',
  parameters = list(
    type = c('raster', 'vector')
  )
)
raster/MASK
...

• En R nuevamente. Compara los estadísticos descriptivos de los dos mapas de pendiente, es decir, del generado en R y del generado en GRASS, mediante la función summary. Genera también un histograma de los valores de pendiente (función hist), así como dos mapas de pendiente mediante la función plot. Para colocar ambos histogramas o ambos mapas enfrentados, usa par(mfrow=c(1,2)), de manera que tu dispositivo gráfico quedará dividido en dos columnas en lo adelante. Si deseas volver a ponerlo en modo 1 columna, ejecuta par(mfrow=c(1,1)). Teniendo los histogramas y los mapas enfrentados, podrás interpretar mejor tus resultados.

• En GRASS desde R. No olvides volver a poner la región de GRASS a su estado anterior, quitando la máscara (addon r.mask) y utilizando la extensión del DEM como límite de la región (addon g.region). Puedes comprobar que no hay máscara aplicada si al ejecutar el addon g.list NO te aparece el mapa raster/MASK.

Tu párrafo interpretativo debajo de esta línea. Algunas preguntas clave: ¿Hay diferencias? ¿Son significativas? ¿Notas diferencias entre ambos mapas de pendiente en algunas áreas más que en otras?

EJERCICIO 4: Extrae el límite de tu cuenca hidrográfica. Descríbelo

Vídeo de referencia sobre r.watershed

Script de referencia sobre r.watershed

Vídeo de referencia sobre r.water.outlet

Script de referencia sobre r.water.outlet

• Usando el addon de GRASS r.watershed, genera un mapa de dirección de drenaje. Lo necesitarás para generar el mapa de cuenca en el siguiente paso. Es posible hacer lo propio con el addon r.stream.extract.

• Ejecuta el addon r.water.outlet para generar el límite de tu cuenca, usando el mapa de dirección generado en el paso anterior, especificando las coordenadas de desembocadura de tu cuenca. La salida del módulo (parámetro output), es un mapa ráster donde el área de tu cuenca tiene valor 1.

• Vectoriza tu límite de cuenca en GRASS mediante el módulo r.to.vect.

• Define los límites de la región de GRASS usando dicho vectorial mediante el addon g.region.

• Utiliza el vectorial como máscara de la región mediante el addon r.mask.

Nota. Puedes conservar tu región de GRASS con la máscara actual, de manera que todos tus análisis, desde este ejercicio en adelante, se referirán únicamente a tu cuenca asignada. Por lo tanto, NO quites la máscara, consérvala para futuros ejercicios. Para comprobar si hay o no máscara aplicada, ejecuta el addon g.list; si te aparece el mapa raster/MASK, significa que la hay.

• Haz un plot de tu cuenca sobre el DEM. Para ello, primero representa el DEM mediante la función plot (el DEM fue importado a R en ejercicios anteriores, por lo que puedes usar el objeto ya creado o ejecutar nuevamente el código que lo importó).

• Importa el límite de tu cuenca a R con la función readVECT, y luego superpones dicho límite al DEM mediante plot(<nombredelvectorial>, add=T) (el argumento add es la clave).

• Haz también un mapa de tu cuenca con la función mapview del paquete homónimo.

Describe, en términos morfométricos, el límite de tu cuenca y abunda sobre ella. Algunas preguntas guía: ¿Qué forma tiene? ¿A qué atribuyes su forma? ¿Es importante esta cuenca? ¿Por qué?

EJERCICIO 5: Extrae la red de drenaje de tu cuenca utilizando dos umbrales de acumulación distintos. Describe e interpreta los resultados.

Vídeo de referencia

Script de referencia

Usando el addon de GRASS r.stream.extract, realiza las siguientes tareas:

Recuerda. Si conservaste la región de GRASS y la máscara que estableciste en el ejercicio anterior, los nuevos mapas que generes se referirán únicamente a tu cuenca asignada. Para saber si tu región tiene máscara aplicada ejecuta el addon g.list.

• Genera dos mapas vectoriales de red de drenaje, uno con un umbral de acumulación de 30 celdas y otro con 80. Tendrás que ejecutar el addon dos veces, en cada corrida especificando nombres de salida diferentes para cada red (te sugiero usar los sufijos 30 y 80 para los nombres de salida de las redes correspondientes)

• Importa ambas redes a R (función readVECT, por ejemplo: red30 <- readVECT('red30') y lo mismo para red80) y represéntalas (por separado) con la función básica plot (necesitarás correr dos veces las funciones readVECT y plot). Para colocar ambos mapas enfrentados, usa par(mfrow=c(1,2)), de manera que tu dispositivo gráfico quedará dividido en dos columnas en lo adelante. Si deseas volver a ponerlo en modo 1 columna, ejecuta par(mfrow=c(1,1))

• Para visualizar mejor tus redes usando el paquete leaflet, crea un mapa donde cada red sea una capa. ¿Cómo hacerlo?

  • Los mapas anteriores, transfórmalos al CRS EPSG:4326 para poderlos cargar a leaflet. Por ejemplo, red30 se transformaría así red30ll <- spTransform(red30, CRSobj = CRS("+init=epsg:4326")). El sufijo ll fue añadido en alusión a lat/lon, pero puedes usar cualquier otro nombre nuevo.
  • Carga library(leaflet)
  • Ejecuta leaflet, añade Stamen.Terrain como proveedor de fondo, añade (usando la pipa %>%) cada red transformada con addPolylines (ver vídeo y script de referencia) y finalmente añade un botón que te permita activar y desactivar cada red. En este mapa podrás hacer zoom en distintas áreas y tendrás más control del mapa.

Describe tus dos redes de drenaje e interprétalas. Algunas preguntas guía: En dos líneas, ¿cómo describirías tus dos redes? ¿Cuál es/son la/s diferencia/s principales entre ambas redes, es decir, entre la generada con umbral 30 y la generada con 80? Clasifica tu tipo de red según morfología, apoyándote en el material de apoyo de la clase (e.g. dendrítica, paralela, etc.) (Gutiérrez Elorza, 2008; Pedraza Gilsanz, 1996).

Entrada BibTeX

@software{jose_ramon_martinez_batlle_2021_4425878,
  author       = {José Ramón Martínez Batlle},
  title        = {{geomorfologia-master/unidad-4-asignacion-1 
                   -procesos-fluviales: Let's map}},
  month        = jan,
  year         = 2021,
  publisher    = {Zenodo},
  version      = {v0.0.0.9000},
  doi          = {10.5281/zenodo.4425878},
  url          = {https://doi.org/10.5281/zenodo.4425878}
}

Referencias