Effects of DEM Resolution and Area Thresholds on Automated Fluvial Morphometry, Arroyo del Oro (Argentina)

Abstract

The resolution of Digital Elevation Models (DEM) as well as the area threshold to define streams and catchments are important sources of uncertainty in automated fluvial morphometry. This study examines the applicability of three global surface models, produced with resolutions of 12.5 (ALOS), 30 and 90 m (SRTM), along with five area thresholds ranging from 0.15 to 10%. It aims at evaluating the effects of varying resolution-threshold combinations on the extraction of morphometric parameters and indices (PIm) in the Arroyo del Oro, a mountain basin located in south-western Buenos Aires (Argentina). The analysis considers the accuracy of drainage definitions, the variability of resulting PIm, and its implications for flood and water erosion assessments. Results show that the higher thresholds affect the PIm that depend on the complexity of the drainage network. Coarser resolutions impact on relief, slope and length parameters, but yield small discrepancies for the remaining PIm. For the 0.15% threshold,SRTM30 provides good fit of drainage composition parameters, and it is therefore suitable to assess the efficiency and capacity of the basin to evacuate floods. However, the use of higher resolution (ALOS12) is most suitable to assess erosion potential, due to better fit of slope-dependent PIm. Applications based on the global characteristics of middle to large-sized basins rely on a more flexible choice, as geometry parameters are unaffected by resolution and threshold.

La resolución de los Modelos Digitales de Elevación (DEM), así como el umbral de área utilizado para definir la red de drenaje, son fuentes importantes de incertidumbre en morfometría fluvial automatizada. Este estudio examina la aplicabilidad de tres modelos globales, producidos con resoluciones de 12,5 (ALOS PALSAR RTC), 30 y 90 m (SRTM), junto con cinco umbrales de área entre 0,15 y 10%. El objetivo es evaluar los efectos de las diferentes combinaciones resolución-umbral en la extracción de parámetros e índices morfométricos (PIm) en la cuenca del Arroyo del Oro, una cuenca serrana localizada en el Sudoeste Bonaerense (Argentina). El análisis considera la precisión en la definición del drenaje y los parámetros asociados, la variabilidad de los PIm resultantes y sus implicaciones para la evaluación del peligro de crecidas y erosión hídrica. Los resultados indican que los mayores umbrales afectan los PIm que dependen de la complejidad de la red de drenaje. Las resoluciones más gruesas afectan los parámetros de relieve, pendiente y longitud, pero producen pequeñas discrepancias para los PIm remanentes. El umbral de 0,15 % y la resolución de 30 m proporcionan un buen ajuste de la composición del drenaje, resultando adecuados para evaluar la eficiencia y la capacidad de la cuenca para evacuar las crecidas. Sin embargo, el uso de una resolución más alta (12,5 m) es más adecuado para evaluar el potencial de erosión, debido a un mejor ajuste de los PIm que dependen de la pendiente. Para aplicaciones basadas en las características globales de cuencas de tamaño mediano a grande, la elección es más flexible, debido a que los parámetros de geometría no se ven afectados por resolución o umbral.