Herramienta Hydrology de ArcGIS en la delimitación de cuencas hidrográficas

Guanare-Venezuela, 2019

Jhon MĂŠndez Ortiz

CUENCA HIDROGRÁFICA

Área territorial de drenaje natural donde todas las aguas pluviales confluyen hacia un colector común de descarga.

Área de terreno conformada por un sistema hídrico, el cual tiene un río principal, sus afluentes secundarios, terciarios o de cuarto orden. El sistema hídrico refleja un comportamiento de acuerdo a como se están manejando los recursos agua, suelo y bosque.

Allí se ubican los recursos naturales y actividades del hombre, allí interactúan el sistema biofísico con el socioeconómico y están en una dinámica integral.

Faustino et al. (2006)

DELIMITACIÓN DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA

Consiste en definir la línea de «divortium aquarum» o divisoria de aguas, que es una línea curva cerrada que parte y llega al punto de captación o salida mediante la unión de todos los puntos altos e interceptando en forma perpendicular a todas las curvas de altitudes del plano o carta topográfica, por cuya razón a dicha línea divisoria también se le conoce con el nombre de línea neutra de flujo. La longitud de la línea divisoria es el perímetro de la cuenca y la superficie que encierra dicha curva es el área proyectada de la cuenca sobre un plano horizontal.

Faustino et al. (2006)

HERRAMIENTA HYDROLOGY DE SPATIAL ANALYST

La herramienta Hydrology de Spatial Analyst contenida en el software ArcGis permite delimitar una cuenca hidrográfica. En primer lugar, se debe contar un modelo digital de elevación del área de estudio, el cual se puede obtener de algún servidor gratuito, también interpolando a partir coordenadas XYZ o curvas de nivel con la ayuda de la herramienta 3D Analyst.

En esta sesión aprenderás a utilizar la herramienta Hydrology contenida en Arctoolbox - Spatial Analyst Tools.

PASOS PREVIOS

En primer lugar se debe ejecutar el componente ArcMap de ArcGIS en cualquiera de sus versiones.

Luego configurar el sistema de proyecciรณn para la localidad de estudio en View > Data Frame Properties > Coordinate System.

Seguidamente en el icono Add Data se agrega la capa correspondiente al Modelo Digital de Elevaciรณn (MDE) a usar, primero se ubica la carpeta donde esta contenida y luego se selecciona.

Luego configurar el sistema de proyecciรณn para la localidad de estudio en View > Data Frame Properties > Coordinate System.

HERRAMIENTA HYDROLOGY

Paso 1.

Con Fill se rellenan las imperfecciones existentes en la superficie del modelo digital de elevaciones, de tal forma que las celdas en depresiรณn alcancen el nivel del terreno de alrededor, con el objetivo de poder determinar de forma adecuada la direcciรณn del flujo. Para ello a partir de Hydrology se da clic en Fill, se abre una ventana donde se debe rellenar la informaciรณn requerida.

Paso 1.

Como resultado se obtiene el raster denominado Fill_tif1

Paso 2. Dirección de flujo

Se define aquí la dirección del flujo buscando el camino descendente de una celda a otra. A partir de Hydrology se da clic en Flow Direction, se abre una ventana donde se debe rellenar la información requerida.

Paso 2. Direcciรณn de flujo

Como resultado se obtiene el raster denominado FlowDir_Fill1

Paso 3. Acumulación de flujo

Se crea el raster de acumulación de flujo en cada celda. Se determina el número de celdas de aguas arriba que vierten sobre cada una de las celdas inmediatamente aguas abajo de la cuenca. A partir de Hydrology se da clic en Flow accumulation, se abre una ventana donde se debe rellenar la información pertinente.

Paso 3. Acumulaciรณn de flujo

Como resultado se obtiene el raster denominado FlowAcc_Flow1

En Propiedades del rรกster FlowAcc_Flow1 y luego en Simbology > Stretched > Type > Standard Deviations se puede mejorar la apariencia de la acumulaciรณn de flujo.

Paso 3. Acumulaciรณn de flujo

Paso 4. Red de flujo

En esta fase se clasifican las celdas con acumulación de flujo superior a un umbral especificado por el usuario como celdas pertenecientes a la red de flujo. El umbral debe ser especificado como el número de celdas vertientes a la que se está clasificando en cada momento. Aquí se debe entrar a sopesar que valor sería el más indicado, ya que si el valor de acumulación es muy bajo muchos pixeles serán seleccionados como pertenecientes a la red hídrica, si por lo contrario, el valor del pixel es muy alto solo aquellos drenajes de orden alto serían definidos como red hídrica. En otras palabras, seleccionar un valor bajo del umbral significa que se obtendrá afluentes pequeños en nuestra red de drenajes, en cambio un valor alto, modela los drenajes de mayor tamaño.

Ahora se construye automáticamente en ArcToolbox > Spatial Analyst > Conditional > Con la red hídrica.

Es muy importante en “Expression” usar la expresión value > 400, este valor depende del tamaño del pixel y del ráster, mientras más grande sea la microcuenca se debe usar un valor mayor, otra opción es usar Raster Calculator para calcularlo. En “Input true raster or constant value” colocar la unidad 1.

Paso 4. Red de flujo

Como resultado se obtiene el raster denominado Con_FlowAcc_1

Paso 5. Capa vectorial de drenajes.

Crea un shapefile de drenajes. El procedimiento es el siguiente: Clic en Hydrology, luego en Stream Feature, en la ventana que aparece se debe rellenar los siguientes campos.

Como resultado se obtiene el vector denominado StreamT_Con_Flo1

Paso 6. Determinar el punto de desfogue o drenaje de la microcuenca

Esto se puede hacer creando un shapefile tipo punto, luego interpolarlo con un modelo de elevaciรณn digital (TIN o MDE) para obtener sus coordenadas en tres dimensiones. Primero se crea el punto en la ruta: Catalog > Clic segundario sobre carpeta destino > New > Shapefile

Paso 6. Determinar el punto de desfogue o drenaje de la microcuenca

Seguidamente, se comienza edición a la capa de puntos creada, para dibujarlo sobre un punto de interés o de desfogue, al dibujarlo se termina edición y se procede a interpolar con un modelo digital de elevación. Para editar se ubica el menú Editor > Start Editing > Create Features

Paso 7. Interpolar

Se interpola con un modelo de elevaciรณn digital (TIN o MDE) para obtener sus coordenadas en tres dimensiones. Al tener el punto digitalizado se interpola en la ruta ArcToolbox > 3D Analyst Tools > Functional Surface > Interpolate Shape

Paso 7. Interpolar

Paso 7. Interpolar

Como resultado se obtiene un vector denominado Fill_tif1_InterpolateShape

Paso 8. Delinea una subcuenca o microcuenca

Para delinear una subcuenca por un segmento de cauce definido en el paso anterior por un punto de interes.

Se procede de la siguiente forma: Clic en Hydrology, luego en Watershed, en la ventana que aparece se debe rellenar los siguientes campos:

Paso 8. Delinea una subcuenca o microcuenca

Como resultado se obtiene un rรกster denominado Watersh_Flow1

Paso 9. Convertir el ráster a shapefile tipo polígono

Finalmente para obtener el polígono de la microcuenca tan solo basta en convertir el ráster a shapefile tipo polígono. Para ello, ir a ArcToolbox > Conversion Tools > From Raster > Raster to Polygon.

Paso 9. Convertir el ráster a shapefile tipo polígono

Como resultado se obtiene una capa vectorial que muestra la delimitación de la microcuenca.

OTROS PASOS DE INTERÉS

Stream Link

Divide el cauce en segmentos no interrumpidos. Es decir, que dichas secciones en las que se divide el recorrido del flujo serรกn segmentos que conectan dos uniones sucesivas, una uniรณn y un punto de desague o una uniรณn y una divisiรณn del รกrea de drenaje. Para ello se procede de la siguiente forma. Clic en Hydrology, luego en Stream Link, en la ventana que aparece se debe rellenar los campos correspondientes.

Stream Order

Crea un raster del orden de las corrientes. Para ello se usan dos métodos: 1) En el método Strahler, el orden de la corriente se incrementa cuando se cruzando dos drenajes del mismo orden. Dos drenajes de diferentes ordenes no se traducirá en un aumento del orden de la siguiente corriente. 2) En el método Shreve los órdenes de corrientes son aditivos. El procedimiento es el siguiente: Clic en Hydrology, luego en Stream Order, en la ventana que aparece se debe rellenar los campos pertinentes.

REFERENCIAS CONSULTADAS / SITIOS WED DE APOYO

Faustino, J., Jiménez, F., Velásquez, S., Alpizar, F., & Prins, C. (2006). Gestión integral de cuencas hidrográficas. Turrialba, Costa Rica: Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza (CATIE).