Parametrización de la cuenca hidrográfica del río Luján, Argentina,basada en Geomática

Leonardo Di Franco1,3

Alfredo Cuello2,3 María Cristina Serafini3

1. Becario -ANPCyT PRH Nº19difranco_leo@yahoo.com.ar

2. Centro de Sensores Remotos FAAcuello@terra.com.ar

3. PRODITEL - Departamento de Ciencias BásicasUniversidad Nacional de Luján

Cruce de rutas 5 y Ex 7, Luján (6700)proditel@mail.unlu.edu.ar

Resumen: El manejo de cuencas esta orientado a formular un conjunto integrado de acciones sobre el medio natural y social con fines de promover la conservación y la utilización sustentable de los recursos hídricos. La geomatica, como disciplina científica, aporta numerosas herramientas metodológicas que contribuyen al análisis de las cuencas hidrológicas como objeto de estudio. En la actualidad la posibilidad de contar con datos provenientes de sensores satelitales, disponibles en la web, junto con el creciente desarrollo de software libre permiten el libre acceso a la información y su tratamiento a través de software específico, contribuyendo a optimizar la toma de decisiones en ámbitos gubernamentales. El siguiente trabajo, enmarcado en el proyecto de doctorado denominado Manejo integral de cuencas hidrográficas basada en Geomática, tiene como principal objetivo generar insumos temáticos que serán utilizados en la elaboración de indicadores ambientales del área bajo análisis. La zona seleccionada corresponde a una cuenca de llanura con pendientes muy suaves ubicada en el noreste de la provincia de Buenos Aires cuyo principal curso de agua es el río Luján, que se encuentra amenazado por las presiones del crecimiento urbano del área metropolitana. Los resultados obtenidos corresponden a diferentes capas temáticas relacionadas con parámetros como: pendiente, área de captación, limitación de subcuencas, red hídrica secundaria y escurrimiento superficial, los que permitirán contribuir en la elaboración de una propuesta de manejo integral del recurso.

Palabras clave: Geomática, manejo de cuencas, software libre, modelo de elevación digital

Abstract: River basin management intends to develop an integrated set of actions on the natural and social environment in order to promote conservation and sustainable use of water resources. Geomatics offers several methology tools that contribute to the analysis of hydrological basin as object of study. In these days, the possibility of using satellite sensor data available on the web together with an increasing free software evelopment, allow the access to information and its analysis by means of specific software so that it contributes to optimize government decisión making. This research is included in the doctorate project named Integral management of hydrological basins based on geomatics and it aims at generating thematic inputs to be used in the processing of environmental indicators of the analysed area. The chosen region belongs to a plain basin showing little slope in the northeastern part of Buenos Aires province. There, Lujan river is its main course of water and it is being threatened by the urban development of the region. The results obtained belong to different thematic layers that are related to parameters such as slope, area of feedback, sub-basin limits, secondary hydrological network and drainage. All of them will contribute to elaborate an integral managing proposal of this resource.

Key words: Geomatics, watershed management, open source software, digital elevation model

1. Introducción

Actualmente el desarrollo y la utilización de herramientas informáticas basadas en la filosofía del software libre es cada vez más extendida. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) no son una excepción, planteándose como verdaderas alternativas frente al desarrollo comercial de estas tecnologías. La gran difusión que presentan hoy el uso de los SIG en pequeñas instituciones, municipios, oficinas públicas y organizaciones no gubernamentales, donde no es necesario un tratamiento comercial de los datos, ha favorecido la aplicación de este tipo de software ya que el costo de adquisición en estas entidades representa un factor determinante, presentando así a los SIG libres como una verdadera opción (Jiménez Berni, J., et al, 2005). El desarrollo de las tecnologías espaciales ha evolucionado de manera ininterrumpida desde la puesta en órbita de los primeros satélites; las imágenes o productos elaborados de resultantes de la observación de los recursos terrestres y la dinámica de ciertos fenómenos se encuentran disponibles en diferentes servidores y suponen una fuente de datos para los SIG (Buzai, G., 2000).

Su aplicación a los recursos hídricos y en particular al manejo de cuencas, resulta una herramienta indispensable para conocer el ambiente y de esta manera hacer un uso sustentable del mismo. Un ejemplo de ello lo configuran los parámetros geomorfológicos derivados de imágenes topográficas que permiten establecer el comportamiento de determinadas variables y ser incluidos en modelos más complejos como la ecuación universal de pérdida de suelos (USLE), entre otros. Las imágenes de la Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) disponibles gratuitamente en la web favorecen la extracción de estos parámetros brindando información topográfica del área (NASA, 2005). El objetivo de este trabajo fue generar insumos temáticos a partir de parámetros geomorfométricos derivados de datos topográficos en la cuenca del río Luján. Los mismos serán utilizados para la elaboración de una propuesta de manejo integral del recurso.

2. Materiales y Métodos

Área de Estudio

El área bajo estudio se encuentra ubicada en el este de la provincia de Buenos Aires, como se puede observar en la Figura 1. Desde el punto de vista geomorfológico, pertenece a la superficie superior de acumulación de depósito del Pampeano, caracterizada por loess y limo de diversas fuentes, y presenta una leve elevación con respecto al nivel del mar de 30 metros, lo que le confiere un aspecto llano. Se ubica en la región denominada Pampa Ondulada.

Su red de drenaje superficial presenta como principal componente al río Luján, típico río de llanura, que nace en la confluencia de los arroyos El Durazno y Los Leones, en el partido bonaerense de Suipacha y luego de recorrer los partidos de Mercedes, Luján, Pilar, Exaltación de la Cruz, Campana, Escobar y San Fernando desemboca en el Río de la Plata. Este río recibe los aportes de numerosos arroyos, presentando un régimen regular a través de todo el curso, alimentándose principalmente de precipitaciones.

Las especies forestales que se encuentran en la actualidad son en su mayoría exóticas introducidas al país en diferentes etapas o bien nativas de otras regiones ya que la región no se caracteriza por especies forestales nativas, con excepciones como el tala (celtis tala).

El clima del partido, de acuerdo a la clasificación efectuada por Koeppen, pertenece al tipo CFa, templado húmedo con verano muy cálido. Los vientos predominantes son del NE-NO, correspondiendo a masas húmedas y SO a masas secas. Las precipitaciones presentan un promedio anual de 950 mm, el promedio de temperaturas estivales es de 25º C mientras que las invernales no superan, en promedio, los 9,5º C con baja amplitud térmica.

Figura 1: Cuenca del río Luján, en el noreste de la provincia de Buenos Aires

Materiales

Para la realización de este trabajo se utilizó una imagen correspondiente a la Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) path/row 225/084 con una resolución espacial de 90 metros, de fecha febrero de 2000. Es generada a partir de imágenes radar en banda C cuya longitud de onda es de 5,6 cm. El tipo de SRTM seleccionada corresponde al Unfilled_finished_B, que de acuerdo a la bibliografía, presenta pocos valores sin completar y es el sugerido para este tipo de análisis (Sanders B., 2007; Verdin K., et al, 2007). Estos valores son representados por el número -32768 y deben ser interpolados en el procesamiento. El formato de distribución es Geotiff y su resolución radiométrica es de 16 bit (Farr, 2007).

Se contó con material cartográfico auxiliar correspondiente a coberturas vectoriales de diferentes organismos públicos, las mismas correspondieron a la red hídrica superficial, poblados, vías de comunicación y límites administrativos. La Figura 2 muestra la escena

225/084, procesada inicialmente en donde se puede observar la configuración topográfica y su red hídrica superficial.

Figura 2: Escena 225/084 del SRTM correspondiente al área de estudio

Software Utilizado

Teniendo en cuenta la utilización de software de libre acceso del Open Geospatial Consortium (OGC) se utilizaron los siguientes programas:

QUANTUM GIS GRASS GIS SAGA GIS

Métodos

La imagen inicial fue seleccionada y descargada del servidor online de la Universidad de Maryland (ESDI-GLCF-EE.UU). Inicialmente se utilizó el complemento de GRASS para QGIS que permitió generar los límites de la cuenca hídrica del río Luján y su red de drenaje

principal y secundaria. Para ello fue necesario corregir las anomalías presentes en los datos del SRTM y crear subcapas para la delimitación, como la dirección de flujo de agua de cada celda y la cantidad acumulada de celdas drenando en cada una. Una vez definida y recortada el área, utilizando el software SAGA GIS, se convirtió a formato propio y se derivaron los diferentes parámetros geomorfométricos correspondientes al área de estudio utilizando la herramienta Basic Terrain Analysis. La Figura 3 muestra un esquema con la metodología empleada partiendo de la imagen SRTM inicial. A continuación se enumeran y describen brevemente los principales parámetros obtenidos (Verdin, K., et al, 2007; Lehner, B. 2008; Tzelepis, N., 2008).

Sombreado analítico: es una simulación de sombreado basada en valores de iluminación solar sobre la superficie terrestre con propósitos cartográficos. El efecto visual esta dado por la diferenciación en los tonos de la imagen resultado.

Pendiente: definida como el ángulo existente entre el vector normal a la superficie en ese punto y la vertical.

Aspecto: se puede definir como la dirección de la pendiente y se mide en grados (0 a 360) en tanto que las zonas planas poseen un valor de -1.

Plano de curvatura: parámetro utilizado para analizar las crestas y los valles. Su valor es positivo con celdas de contorno cóncavo mientras que negativo para las celdas con contornos convexos. Corresponde a la segunda derivada como el siguiente parámetro.

Perfil de curvatura: es la curvatura de la superficie en la dirección de la pendiente más pronunciada. Este parámetro esta relacionado con la deposición y la erosión de la red hídrica y sus márgenes.

Índice de convergencia: se calcula teniendo en cuenta las celdas adyacentes, su aspecto y su relación con la celda central. Determina como decrece o crece la celda circundante en relación a la central.

Zona de captación: es el área geográfica donde el agua superficial drena hacia un punto determinado.

Índice de humedad: se utiliza para describir patrones espaciales de humedad en una región. Se calcula a partir de la pendiente, siendo húmedas aquellas zonas donde las pendientes son bajas y sus áreas de contribución grandes, mientras que las secas corresponden a mayor pendiente y menor área de contribución.

Factor LS: factor de inclinación de la pendiente y longitud, muy utilizada en la ecuación revisada universal de perdida de suelo (USLE y RUSLE).

Figura 3: Esquema metodológico propuesto

3. Resultados y Conclusiones

En el caso particular del sombreado analítico de la cuenca se observa, a través de las diferentes tonalidades, dos grandes áreas de nacimiento y desembocadura, no obstante, debido a las características de la zona fue necesaria la implementación de un elevado factor de exageración. En la desembocadura se observa un área plana que corresponde a una zona de humedales. La pendiente presenta sus mayores valores en la zona media del área correspondiendo a valores máximos que no superan el dos por ciento; en el aspecto, que expresa la dirección de la pendiente, se observan las zonas planas del nacimiento y la desembocadura, mientras que la zona media presenta la mayor variabilidad. Tanto el plano como el perfil de curvatura indican que la zona presenta valores muy bajos de erosión potencial de suelos. El índice de convergencia presenta una alta variabilidad, en particular en la zona media, observándose las mayores áreas en ambos extremos. Los valores correspondientes a la zona de captación indican la presencia de subcuencas atomizadas mientras que el patrón espacial de humedad, establecido como índice de humedad, no muestra grandes zonas diferenciables, salvo las dos áreas de los extremos, mencionadas anteriormente. Tanto el factor LS como la red de canales no aportan datos relevantes.

La aplicación de la metodología planteada permitió derivar del SRTM parámetros morfométricos que ayudaron a la caracterización del área de la cuenca. Por su escasa pendiente y la dinámica que presenta la zona de estudio convierte a los eventos hidrológicos, como las inundaciones, en amenazas tanto para la población como para los recursos productivos.

Figura 4: Parámetros morfométricos derivados del modelo de elevación digital. A: sombreado analítico, B: altitud sobre la red, C: pendiente, D: área de captación,

E: LS factor, F: índice de humedad, G: índice de convergencia, H: nivel de base de la red, I: aspecto y J: curvatura.

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