Source: https://www.slideshare.net/diegosoza/soza-diego2012metodologia-de-modelacin-de-cuenca-geomorfolgica-e-hidrolgica
Timestamp: 2017-12-13 23:06:54+00:00

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1. 1. Metodología Se considera como Unidad de Análisis Ambiental la Cuenca Hidrográfica, en tanto Sistema Ambiental. Asumiendo la dimensión compleja de todo estudio ambiental, la multiescalaridad y multitemporalidad como principios mínimos que controlan los elementos y sus relaciones, y que todo sistema local es parte de uno global (Conti, 2002), se subentiende que ésta Cuenca es parte una Unidad mayor, y que a su vez, contiene Unidades mas pequeñas (Subcuencas y Microcuencas). Al interior de éstos niveles se evalúan las Dimensiones y sus componentes, las relaciones de los Subsistemas. Se entenderá por cuenca hidrográfica “la unidad física bien drenada donde un área de suelo recibe la carga de un curso de agua y está limitada periféricamente por el divisor de aguas” (Merten et al,2001 en Castillo C.,2010). Se define como divisor (o línea) de aguas “una línea imaginaria que delimita la cuenca” (Doffo, 2005). Convencionalmente se considera que la línea divisoria es la línea de cresta que separa dos vertientes teniendo en cuenta el drenaje superficial. En regiones montañosas suele coincidir con la línea de cumbres (divisoria de aguas). Asumimos que la cuenca de drenaje es la unidad básica de investigación de la capacidad de escorrentía, denudación y densidad de drenaje. Para cumplir con los objetivos señalados y a partir de fuentes de información primaria se construye un Sistema de Información Territorial en ambiente ArcGis 10. 1.1 Caracterización Geomorfológica. A partir de los datos de elevación del sensor SRTM-2 1 se establece un polígono 1 (cuyos límites son los puntos 1 y 3 de coordenadas UTM (m) 330.467,6379567 y 410467, 6299567), con el objetivo de concluir si la pre-delimitación del área de estudio de la sub-cuenca de Río Blanco responde a criterios estrictamente hidrográficos, o bien son el resultado de los aportes interpretativos de la morfología o de la funcionalidad territorial. Para cumplir este primer objetivo se trabajarán los datos descargados del repositorio gratuito del software Global Mapper 13 en formato .geotiff (de resolución espacial de 90m por pixel). A partir de los datos de elevación con la herramienta “Generate contours” se re-construyen las curvas de nivel con una equidistancia de 25m las que son exportada en formato .shp. Tomando estos vectores y con el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Interpolation” y el ejecutable “Topo to Raster” se construye un Modelo de Elevación digital (MED) de resolución 25m hidrológicamente corregido a partir de las cobertura de Red Hídrica y Cuerpos de Agua continentales (Mideplan,2007) donde se consideran depresiones y cursos de agua existentes; éste Med es convertido en formato raster .img manteniendo esta 1 Se descarta el uso de los datos de elevación del sensor AsterGdem (de resolución espacial de 30m por pixel) siguiendo las recomendaciones de la literatura consultada que sugiere el uso de los datos gratuitos del SRTM, los que –aun teniendo una menor resolución espacial que AsterGdemreflejan mejor la topografía de zonas andinas de altura, donde la variabilidad altitudinal es fuerte. Esta diferencia en la calidad de los datos se explica sobretodo por la sobrestimación de los valores de altura medidos para la superficie terrestre, y por el procedimiento de escaneo secuencial versus la esteroscopia de los datos Aster. En este sentido para el caso de SRTM están descritos los efectos de sobre estimación que generan las cubiertas vegetacionales en la captura de los datos, lo cual explicaría las altas diferencias positivas que generalmente se presentan en estos sectores en relación al sensor ASTER. Dadas las características de cuencas alto-andinas con un baja o nula cobertura vegetacional boscosa, se opta por el sensor SRTM.
2. resolución espacial. Finalmente y tomando el Med se construyen imágenes de relieve sombreado con el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Surface” y el ejecutable “Hillshade”; ello permite identificar por inspección visual la divisoria de aguas- para la identificación de los límites físicos de las cuencas adyacentes a la de Río Blanco, co-ayudado por los polígonos generados con el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Hidrology” y el ejecutable “Basin” (Ver Imagen 1 en Anexo). El resultado indica que los límites de las cuencas hidrográficas corresponden a las divisorias de agua que organizan el escurrimiento. Como segunda fuente de control se utilizará la cartografìa digital regular del IGM (escala 1:50.000) de las cartas E-045 Rio Blanco, E-046 Portillo, E-052 La Disputada y E-053 Cordillera de los Piuquenes. Se seleccionan para cada carta los archivos XXXX_el3.shp (que contiene las cotas altimétricas en formato puntual) y los archivos XXXX_3d.shp (que alberga las curvas de nivel en geometría de línea de equidistancia 50m). A partir de las curvas mencionadas se interpolan las curvas de nivel cada 10m, se convierten a puntos los nodos de las mismas y luego con la herramienta “Tin Management” del módulo “3d Analyst” de ArcGis 10 se trinangulan como datos de contorno de elevaciòn y las cotas como puntos de elevación, generando un MED de resolución espacial 10m.Cabe destacar que se opta por un método de interpolación basado en la triangulación para reflejar el modelado topográfico de una manera mas realista y de acuerdo a los datos disponibles que permiten inferir formas dada la sinuosidad y quiebre de la curva y el control de los datos puntuales. Finalmente, con la herramienta “Conversion-From TIN-TIN to Raster” del Módulo antes señalado se exporta un archivo raster de extensión .img, en adelante MED Base. A partir del MED Base y con el módulo “Spatial Analyst Tools” la herramienta “Surface” y el ejecutable “Aspect” se determina la exposición de las vertientes en grados en relación a la variación respecto del norte astronómico (360º) medida de izquierda a derecha (dirección del compás del plano que enfrenta) donde el valor -1 indica las zonas planas. Asimismo con los datos del MED Base y con el módulo “Spatial Analyst Tools” la herramienta “Surface” y el ejecutable “Slope” se calculan las Pendientes superficiales (de cualquier plano de superficie) medidas en grados (entendidas como la máxima diferencia de alturas en el pixel) donde se considera 90º=0=tan -1 como el valor máximo. Finalmente y con la herramienta “Hiilshade” se obtiene una imagen con el Relieve sombreado. Los valores de Pendiente se clasifican de acuerdo a los rangos establecidos en Tabla 5 (Ver Anexos) que asocian los tipos de pendientes a procesos y/o riesgos morfodinámicos. 1.2 Caracterización de la Escorrentía. La morfometría busca determinar parámetros que sirvan para caracterizar un ambiente geomorfológico y que, además, sean susceptibles de un tratamiento estadístico (Doffo y Bonorino, 2005) que disminuya la interpretación subjetiva de su expresión numérica. En particular, la morfometría de cuencas de drenaje ha reunido un conjunto numeroso de parámetros que representan propiedades inherentes al sistema fluvial. El comportamiento de la escorrentía superficial se analiza a partir de parte de la información antes descrita. Desde el MED Base y con el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Hidrology” y el ejecutable “Fill” se genera un MED corregido se persigue el relleno de las zonas de depresión (abancamiento del escurrimiento). Luego se simula la dirección del escurrimiento superficial potencial utilizando el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Hidrology” y el ejecutable “Flow direction”. Esta imagen permite estimar las zonas de acumulación y/o dispersión del escurrimiento superficial con el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Hidrology” y el ejecutable “Flow Accumulation”. Esta imagen se reclasifica con “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Reclass” y el ejecutable “Reclassify” de acuerdo a los valores del histograma de frecuencia para separar los valores de pixeles donde se concentra el escurrimiento y anular donde no lo hay obteniendo una
3. representación de la Red de Drenaje Potencial (pues no existe la certeza del escurrimiento permanente sino que éste se activa dada la ocurrencia de ciertas condicionantes). Para nuestra tarea se recogen los aportes pioneros de Horton (1945), Schumm (1956) y Strahler (1957) en la caracterización morfológica cuantitativa, particularmente en la jerarquización de la Red de Drenaje. La jerarquización pretende subdividir los distintos cursos de agua que integran la red de drenaje superficial en segmentos de cauce clasificados en función del Orden de Magnitud de los mismos. Strahler (1957) propuso una clasificación de cursos fluviales basada en la organización de los tributarios (Ver la descripción del Método de Jerarquización de Strahler en Anexo). Tomando los datos de la Red de Drenaje Potencial y utilizando el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Hidrology” y el ejecutable “Stream Order” se asigna un orden a cada dren de acuerdo al Método de Strahler. Finalmente, utilizando el módulo “Spatial Analyst Tools” y la herramienta “Hidrology” y el ejecutable “Stream to Feature”se convierten los drenes jerarquizados a vectores donde se ejecutan los sucesivos cálculos. Para el análisis de la organización del drenaje en esta cuenca se estiman los valores de variables morfométricas (Tabla 3. Anexos) a partir de geoprocesos en el SIG, las que son utilizadas para el cálculo de sendos parámetros morfométricos (Tabla 4 en Anexos). Los parámetros morfométricos de la cuenca hidrológica se describen en la Tabla 4 de Anexos. Se calculan NO se delinearon las microcuencas de orden 3, obteniéndose 51 subcuencas, distribuidas 24 en el sector sudoccidental (subcuencas 1 a 14) y 27 en el nororiental (subcuencas 25 a 51). De cada subcuenca se midió el área, la cota topográfica máxima en la divisoria de aguas (Alt Máx), la cota topográfica en la desembocadura a la cuenca media (Alt Mín), la longitud entre la desembocadura y la divisoria de aguas en dirección aproximadamente paralela al curso de orden 3 (Long.) y por último, se calculó la sumatoria de las longitudes y el número de los cursos de orden 1 y separadamente, de órdenes 2 y 3; las longitudes están expresadas en km y las áreas en km2).
4. 2. Anexos Método de Jerarquización de Drenaje (Strahler, 1957) Dado un curso de orden 1 carece de tributarios, uno de orden 2 es formado por la confluencia de dos cursos de orden 1, uno de orden 3 es formado por la confluencia de dos de orden 2, y así siguiendo. Como corolario el orden de una cuenca de drenaje está dado por el curso de orden mayor, permitiendo su comparación con otras cuencas o subcuencas dentro de una cuenca. Parámetros Morfométricos de la Cuenca Hidrográfica La densidad de drenaje (Dd) es una expresión de la textura fluvial, o grado de disección de una cuenca. De modo general, Dd está gobernada por el tipo de precipitación, la densidad de la cubierta vegetal, la topografía y el tipo de suelo, entre otros factores. El valor de Dd puede variar de menos de 10 en áreas con predominio del escurrimiento subterráneo sobre el superficial -e.g. terrenos kársticos o de arena suelta y densa cubierta vegetal, a más de 100 en terrenos arcillosos impermeables (badlands) sin vegetación (Chorley et al. 1984). La frecuencia de cursos de primer orden (F1) caracteriza la capacidad de expansión de la red de drenaje y permite realizar inferencias acerca del estado de equilibrio de la red. La rugosidad de cuenca (Rd) vincula la densidad de drenaje con el relieve. Cuencas muy disectadas con bajo relieve presentan un índice de rugosidad similar a cuencas moderadamente disectadas y con alto relieve (Patton 1988). La relación de bifurcación (Rb) describe un aspecto de la organización de la red. En el esquema de Strahler (1957), el menor valor teórico de Rb es 2, y corresponde a dos tributarios y un colector. Una red de drenaje de tipo dendrítico tiende a valores altos de Rb, mientras que una de tipo paralelo, con fuerte control estructural, puede dar valores próximos a 2. Los números de cursos de cada orden están relacionados por un factor geométrico y caen sobre una línea recta si se grafican respecto del orden en papel semilogarítmico. Esta relación se conoce como la ley de Horton de número de cursos. La relación de elongación (Relong) es un parámetro de forma de la cuenca. Las sumatorias de las longitudes de los cursos para cada orden están relacionados geométricamente y caen sobre una línea recta si se grafican en papel semilogarítmico. Esta relación se conoce como ley de Horton de longitud de cursos. De acuerdo con González (2004), la forma gobierna la tasa a la cual se suministra el agua al cauce principal, desde su nacimiento hasta su desembocadura.
5. Varia ble A Hmin Hmax N1 ln1 ln2 ln3 ln4 ln5 L Lpol Ral Rcir Ga P TU RR Pcca π Tabla 3. Variables para el Cálculo de Indices Morfométricos Unidad Descripción Valor m2 m2 m2 m m m m m Área de la cuenca Altura Máxima Altura Mínima número de cursos de orden 1 Longitud promedio drenes orden 1 Longitud promedio drenes orden 2 Longitud promedio drenes orden 3 Longitud promedio drenes orden 4 longitud promedio drenes orden 5 m Longitud del eje máximo de la Cuenca 30837,4 Longitud mínima del polígono tangente Relación de Alargamiento entre el Área del Polígono y el Área del mínimo cuadrado que lo contiene. Su valor será de 1 si su forma es cuadrada, y menor a 1 conforme a su angostura Radio circular inscrito donde el máximo es 1 Índice de anomalía jerárquica (no aplica) Pendiente media de las subcuencas Carga de sedimentos sólidos suspendidos en los cauces de la red de drenaje Diferencia entre el valor de Altura m máxima y Altura mínima m Perímetro del Límite de la Cuenca adimensional Número Pi 23219,4 m Fuente: Elaboración propia en base a Bibliografía consultada 409.174.889,0 1.281,6 5.954,0 110 1183,4 967,4 1526,3 806,1 1061,1 0,4 0,5 16,8 4.672,4 102.909,7 3,14159265358979
6. Parámetro Tabla 4. Índices Morfométricos Fórmula Valor Densidad de drenaje Dd = l∑=n+3/A 0,000498 50 Frecuencia de cursos de primer orden F1 = ∑ N1/A 0,000000 27 Rugosidad de cuenca Rd = Dd x RR 2,3 Índice de elongación Ie Índice de Gravelius (compacidad) 0,7 Ic 1,4 Índice de circularidad de Miller Rc 0,5 Rl=ln/ ln-1 1,1 Relación de longitudes medias Relación de bifurcación Rb = Nn-1/Nn 0,7 Erodabilidad hídrica (Cicacci y Palmieri -1987) Log TU = 0,32474 log Dd + 0,0079P + 1,32206 Fuente: Elaboración propia en base a Bibliografía consultada -0,6
7. Tabla 5. Rangos de pendientes según umbrales morfodinámicos parala Subcuenca del Río Blanco D I Grad os 1 0-2 2 2-5 3 4 5 6 7 5-10 10-20 20-30 30-45 + de 45 Rango en porcentaje 0-4,5 4,5 – 11,0 11,0 – 22,0 22,0 – 44,5 44,5 – 67,0 67,0 – 100 + de 100 Tipo horizontal Procesos Erosión nula a leve Erosión débil, difusa, Sheet Suave wash. Inicio de regeras. Solifluxión fría Erosión moderada a fuerte. Inicio de Moderada erosión lineal. Rill wash o desarrollo de regueras. Erosión intensa. Erosión lineal Fuerte frecuente.Cárcavas incipientes. Cárcavas Muy fuerte a frecuentes. moderadamente Movimientos en escarpada masa. Reptación. Coluvionamiento. Solifluxión intensa. Escarpada Inicio de derrubación. Desprendimientos y derrumbes. Muy escarpada Corredores de a acantilada derrubios frecuentes. Fuente: ARAYA-VERGARA y BÖRGEL, (1972) Superfic ie (Ha) 925,3 Porcentaje superficie de la cuenca 2,3% 2,7% 1094 6,1% 2479,4 16,7% 6823 21,8% 8927,2 31,4% 12847,5 19,1% 7821,1
8. 3. Bibliografía • Lara M., Sepúlveda S. Remociones en masa. Apuntes del curso 2008. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Geología. • González A. Análisis morfométrico de la cuenca y de la red de drenaje del río Zadorra y sus afluentes aplicados a la peligrosidad de crecidas. Departamento Geografía, Prehistoria y Arqueología, Universidad del País Vasco.2004. Boletín de la A.G.E. n°38, 311-329 páginas. • INSTITUTO NACIONAL DE ESTADÍSTICA, Proyecto Aconcagua informe final 2008 [en línea] < http://www.inevalparaiso.cl/archivos/files/pdf/Sercotec/PRESENTACI% C3%93N_Ejecutiva.pdf> [consulta:12.abril.2012] • GOBIERNO DE CHILE, Ministerio De Obras Públicas, Dirección General De Aguas. Evaluación de los recursos hídricos superficiales en la Cuenca del Rio Aconcagua. Informe Técnico realizado por: Departamento de Administración de Recursos Hídricos, S.D.T. Nº 165, Santiago, Enero 2004. • Bruna E. Problemas Geográficos de Chile I Informe Final: Análisis Estudio de Impacto Ambiental. Proyecto: Sistema de disposición de Lastres y desvío del río Blanco. Universidad De Chile, Facultad De Arquitectura Y Urbanismo, Escuela De Geografía • Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental. Anexo 10 Descripción Red Hidrológica. Cuenca Rio Aconcagua [en línea] < http://seia.sea.gob.cl/archivos/ANEXO_N__10_Descripcion_Hidrologica_Valle_Aconcagua.pdf> [consulta: 10.junio.2012] • CODELCO, Estudio De Impacto Ambiental, Proyecto Expansión Andina 244, Capítulo 2.1: Línea De Base Medio Físico • Estudio de Impacto Ambiental Proyecto Expansión Andina 244 - Codelco División Andina. Capitulo 2: Línea de Base Medio Físico (Presentado al SEIA en fecha 23/09/2011). • GEOECOLOGÍA de los ANDES desérticos. La Alta Montaña del Valle del Elqui. CEPEDA P., J. (ed) (2006): 5-37. Ediciones Universidad de La Serena. La Serena. Chile. • Estudio de Impacto Ambiental Proyecto Expansión Andina 244 - Codelco División Andina. Capítulo 2.3: Línea de Base Medio Humano (Presentado al SEIA en fecha 23/09/2011). • Jaque E. y Manzanarez P. Evaluación de la erodabilidad hídrica en la cuenca hidrográfica de la laguna Quiñenco, VIII Región del Biobío, Chile. 2005. • Doffo N. y Bonorino G. Caracterización morfométrica de la cuenca alta del arroyo Las Lajas,Córdoba:Un análisis estadístico.2005. • Gómez H. et al.Los Sig en la deteccion de areas inestables. 2003. • Pérez C. Manejo integral de cuencas,conceptos básicos. Sin año. • Santillán E. Análisis morfométrico y delimitación de cuencas hidrográficas de topografía compleja. Sin año. • Ortiz. Evaluación hidrológica en Revista Hidro Red, Red Latinoamericana de Micro Hidroenergía (2004).Lima Perú. Vol (2): 2-10.
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