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CARACTERIZACIÓN DE UNA CUENCA
HIDROLÓGICA: SIGPor Alan Navarro
“Es la unidad fisiográfica elemental en donde se desarrolla el ciclo hidrológico.
-Dr. M. Rangel
OBJETIVO
➤ Saber delimitar una cuenca hidrológica.
➤ Saber cómo puedo utilizar las herramientas de SIG para obtener datos geomorfológicos de una cuenca hidrológica.
➤ Ser capaz de hacer una interpretación somera de los datos obtenidos.
INTRODUCCIÓN
SIG: Cuenca: es un polígono. Cauces o arroyos: polilíneas. Desfogue: es un punto.
Imagen: Elaboración propia.
INTRODUCCIÓN
SIG: El polígono de la cuenca se subdivide en otros polígonos, uno para cada subcuenca. Usando las herramientas de geoprocesamiento, si disuelves las subcuencas, obtienes la cuenca.
Imagen: Elaboración propia.
INTRODUCCIÓN
Las categorías de: “alta”, “media” y “baja” se refieren a la altitud con respecto al punto de desfogue.
Ejemplo de regionalización de una cuenca:
Imagen: Elaboración propia.
MACRO-LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN
➤ Donde se ubica la cuenca con respecto a jurisdicciones políticas: un municipio, el estado y el país.
➤ Donde se ubica la cuenca con respecto a la clasificación jerárquica oficial que determinó la Comisión Nacional del Agua. Por ejemplo: Subcuenca hidrográfica, cuenca hidrológica, región hidrológica y regiones hidrológico administrativa.
➤ ¿el principal afluente de la cuenca es tributario de otro afluente más importante?
➤ Descripción: ¿cuál es la motivación de estudiar esa cuenca? ¿cómo se determino el punto de salida o desfogue?
Mapa: Elaboración propia.
“Estudio de la Parte Alta de la Cuenca del Río Mátape” SAGARPA-Fondo de Fomento Agropecuario del Estado de Sonora (2010). El mapa gráfica la localización de la región de estudio (en color verde) desde tres escalas: municipal, estatal y nacional.
Mapa: Elaboración propia.
La “parte alta” se definió aguas arriba de la presa “punta de agua”; no obstante, desde el punto de vista del estudio fue conveniente, ya que éste intentaba describir la problemática de la actividad ganadera en ranchos extensivos y propiedades comunales (ejidos). Más abajo de la presa “punta de agua”,
se localiza el Distrito de Riego del “Valle de Guaymas”, con vastas zonas de agricultura comercial, rodeadas de comunidades rurales que se dedican a jornaleros agrícolas, con actividades de agricultura y ganadería a pequeña escala. En la parte más baja se encuentran las ciudades de Guaymas, Empalme, San Carlos.
Mapa: Elaboración propia.
SUBCUENCAS
➤ La cuencas están anidadas en otras cuencas, es decir, el cauce principal del “arroyo/río Mátape” tiene tributarios, pero estos a su vez tienen otros arroyos que los alimentan y así sucesivamente.
➤ ¿quién decide que una cuenca se debe de subdividir? R: el analista que realiza un estudio o política de manejo.
➤ El analista debe de sustentar porque es conveniente fijar puntos de salida en ciertas partes de la cuenca, delimitando una área nueva.
➤ Esto es, si decimos que, la subcuenca del “arroyo de las copechis” se debe de analizar como un caso especial debe de haber un motivo para eso.
En el estudio en comento para la cuenca del río Mátape se subdividió el área de estudio en siete subcuencas. Al final esta subdivisión se desecho ya que no se encontraron elementos que justificaran el estudio aparte de cada subcuenca.
Mapa: Elaboración propia.
Imagen: Elaboración propia.
MODELO DE LA HIDROLOGÍA DE UNA CUENCA
➤ Como la definición de “modelo” lo indica, son una aproximación a la realidad.
➤ Están basados en muchos (muchos) supuestos.
➤ Por mencionar algunos:
➤ La entrada de agua a la cuenca proviene de la precipitación.
➤ Considerando el escaso (o a veces nulo) número de pluviómetros dentro del área de la cuenca, se debe de extrapolar la información. Por ejemplo, pasando de puntos a un ráster.
➤ El agua que se precipita interactúa con los elementos físicos y biológicos que se encuentran en la cuenca.
➤ Los elementos creados por el hombre, también modifican el flujo del agua a través de la cuenca.
MODELO DE LA HIDROLOGÍA DE UNA CUENCA (CONT…)
➤ El agua puede: a)escurrirse sin penetrar al suelo; b) evaporarse en la superficie; c) entrar en las raíces de las plantas y ser transpirada a través de las hojas; d) quedar fija en el suelo por capilaridad; e) percolarse hacia abajo hasta el subsuelo acuífero. (1)
(1) Isidoro Beraja Z. Proyectos Agrícolas.
MODELO DE LA HIDROLOGÍA DE UNA CUENCA (CONT…)
➤ El agua puede: a)escurrirse sin penetrar al suelo; b) evaporarse en la superficie; c) entrar en las raíces de las plantas y ser transpirada a través de las hojas; d) quedar fija en el suelo por capilaridad; e) percolarse hacia abajo hasta el subsuelo acuífero. (1)
(1) Isidoro Beraja Z. Proyectos Agrícolas.
S.I.G
➤ Ramírez y Herrera-Lozano (2015) recomiendan que, desde el momento que se identifica cierta cuenca de interés, se recomienda la generación de un Sistema de Información Geográfica (SIG), donde se vierta todo tipo de información geográfica, geomorfológica, climatológica e hidrométrica, que se vaya recopilando, para de esta forma manejar de manera integral toda la cartografía de la zona.
➤ Los autores también sugieren que, también se pueden agregar capas de información social y económica.
Fuente: Ramírez A.I. y Herrera-Lozano L.A. (2015) Análisis forense de inundaciones: una guía metodológica.
Tecnología y Ciencias del Agua, vol. VI, núm. 1, enero-febrero, pp. 25-48
S.I.G
➤ Volviendo al tema central del curso:
➤ El área de una cuenca queda representada por un polígono.
➤ La delimitación del parteaguas de la cuenca se puede realizar a través de un ráster que contenga celdas con valores de altitud, lo que se conoce como modelo de elevación digital.
➤ También se puede hace una delimitación manual de la cuenca usando cartas topográficas digitales. Siguiendo los patrones de escurrimiento (polilíneas) que alimentan el punto de salida o desfogue de interés.
➤ Este conjunto de polilíneas que representan arroyos, quedan contenidas dentro de un polígono que representa la cuenca.
➤ A partir del polígono, se pueden usar herramientas de geoprocesamiento (corte, intersección, etc.) para obtener diversos atributos de la cuenca, por ejemplo: usos de suelo, tipos de suelo, vegetación, precipitación, etc.
Mapa: Elaboración propia.
Mapa: Elaboración propia.
ÁREA, PERÍMETRO Y COORDENADAS EXTREMAS
➤ Utilizando las herramientas de QGIS:
➤ xMín,yMín 544322.67,3195504.45 : xMáx,yMáx 581462.48,3218940.21 (click derecho en la capa, Propiedades>Metadatos>Propiedades). Coordenadas extremas en UTM Zona 12 WGS84.
➤ Área 39,648 hectáreas.
➤ Perímetro: 115 kilómetros.
➤ El área y el perímetro se calculan en QGIS. Click derecho>Abrir Tabla de Atributos>Abrir calculadora de campos>Crear un campo nuevo (número decimal (real)) asigna un nombre>Geometría $Area
ÍNDICE DE GRAVELIUS O COEFICIENTE DE COMPACIDAD
➤ ¿Cómo se obtiene?
➤ Relaciona el perímetro de la cuenca y el de una circunferencia de área igual a la de la cuenca.
➤ Índice de Gravelius: 0.28[perímetro/ raíz cuadrada(área)] las unidades en kilómetros y kilómetros cuadrados, respectivamente.
Imagen de: http://echo2.epfl.ch/VICAIRE/mod_1a/chapt_2/main.htm
ÍNDICE DE GRAVELIUS O COEFICIENTE DE COMPACIDAD
➤ ¿Qué nos indica?
➤ La forma de la cuenca: más elongada tiene un mayor tiempo de concentración y menor descarga en el punto de medición.
➤ En forma de abanico: menos tiempo de concentración y mayor descarga en el punto de medición.
➤ Valor del índice más grande es igual a una cuenca más larga y angosta.
➤ López-Pérez et al (2015) en su revisión de literatura reportan: “Una cuenca de forma circular es más susceptible a la degradación desde el punto de vista de drenaje, ya que el tiempo de concentración es menor y el gasto pico se presenta en corto tiempo”. También mencionan: “infraestructura cercana al cauce es más susceptible a inundaciones en caso de fuertes lluvias”.
Fuente: http://echo2.epfl.ch/VICAIRE/mod_1a/chapt_2/main.htm; López-Pérez et al (2015) En revista: Tecnología y Ciencias del Agua, vol. VI, núm. 1, enero-febrero, pp. 121-137
ALTURAS, ALTITUD
Imagen: Elaboración propia.
Metros de altura sobre el nivel medio del mar. Google Earth marca 209 metros de altitud por fuera de El Colegio de Sonora. Usualmente, lo que se conoce como curvas a nivel, unen puntos sobre la superficie terrestre con la misma altitud, entre una curva y otra hay una diferencia de altura, conocida como “equidistancia”, en el dibujo de arriba sería de 20 metros.
Literalmente, moverse por una curva a nivel sería como caminar por el mismo piso de un edificio, es decir, a una misma altura.
Imagen: Elaboración propia, edificio de: http://cliparts.co/office-building-clip-art
MODELO DE ELEVACIÓN DIGITAL (MED)
➤ Para poder analizar los parámetros del relieve tenemos que conseguir un MED. Este lo podemos descargar en la página de INEGI en Internet. Para la cuenca de estudio está disponible a una resolución de 30 x 30 metros.
Mapa: Elaboración propia.
PENDIENTE MEDIA DEL CAUCE
➤ Altitud en el punto de salida (vado) = 398 metros.
➤ Altura al otro extremo del caudal más largo= 1,432 metros.
➤ Y, ¿Cuánto midel el cauce principal?
➤ Con un excelente complemento de QGIS “Join Multiple Lines” hacemos la línea segmentada del cauce principal UNA sola línea.
➤ Esto nos facilita el tener un solo valor de longitud del caudal. Usando la “Calculadora de Campos” en la sección de Geometría usamos la función $length y nos arroja una distancia de 62 kilómetros.
➤ Tener una sola línea nos permite exportarla a KML. Una vez en Google Earth podemos obtener un perfil del caudal usando el MED implícito en el programa.
Imagen: Elaboración propia.
Perfil longitudinal
Imagen: Elaboración propia.
Importamos el MED a R. En este programa podemos extraer los valores del ráster y crear un vector de altitudes. La gráfica de arriba se interpreta de la siguiente forma: “el 90 % de la superficie de la cuenca tiene una altitud menor a 556 metros.
Curva hipsométrica
Imagen: Elaboración propia.
¿Qué pasa arriba de los 556 metros? Utilizando R podemos desagregar aún más este último decil. R cuenta pixeles, el número de pixeles se multiplica por 209.8426 para obtener metros cuadrados, luego dividimos entre 10,000 para obtener hectáreas.
PENDIENTE MEDIA DEL CAUCE
➤ En la parte más distal al punto de desfogue, ubicado en la Sierra de Mazatán, la pendiente es de hasta el 17%, en distancia horizontal son menos de 7 kilómetros.
➤ Una vez pasando esta caída, el cauce sigue una pendiente suave, menor al 2%.
➤ ((1.432-.398)/62)*100 = 1.66% sería la pendiente media del cauce, calculado a partir de las diferencias en altitudes y el largo de cauce.
➤ R permite hacer una gráfica en 3D del MED.
Model en 3D de la cuenca
Imagen: Elaboración propia.
Model en 3D de la cuenca
Imagen: Elaboración propia.
CONCLUSIONES
➤ Las herramientas que provee la creación de un SIG nos permite obtener muchos datos relacionados con la geomorfología de una cuenca.
➤ Existe mucha información geográfica disponible en línea. Asimismo los paquetes computacionales que aquí se utilizan son software libre; entonces, esto te permite expandir tu creatividad al máximo, solo tienes que dominar las habilidades y destrezas del análisis espacial.
➤ Existen muchas otras variables de importancia que no se incluyen en esta presentación. Pero queda demostrado que, con las herramientas del análisis espacial, es posible calcular el resto de las variables de interés.
