Utilizando herramientas de SIG se hace la caracterización de una cuenca hidrológica. Esta presentación es parte de un curso de Sistemas de Información Geográfica en la Maestría en Gestión Integral del Agua.

1. CARACTERIZACIÓN DE
UNA CUENCA
HIDROLÓGICA: SIG
Por Alan Navarro

2. “Es la unidad fisiográfica elemental en
donde se desarrolla el ciclo
hidrológico.
-Dr. M. Rangel

3. 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.

4. INTRODUCCIÓN
SIG:
Cuenca: es un polígono.
Cauces o arroyos:
polilíneas.
Desfogue: es un punto.
Imagen: Elaboración propia.

5. 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.

6. 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.

7. 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?

8. Mapa: Elaboración propia.

9. “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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Imagen: Elaboración propia.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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

18. 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.

19. Mapa: Elaboración propia.

20. Mapa: Elaboración propia.

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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.

25. 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

26. 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.

27. 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.

28. Imagen: Elaboración propia.

29. Perfil longitudinal
Imagen: Elaboración propia.

30. 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.

31. ¿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.

32. 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.

33. Model en 3D de la cuenca
Imagen: Elaboración propia.

34. Model en 3D de la cuenca
Imagen: Elaboración propia.

35. 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.

36. MUCHAS GRACIAS
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