Morfometría con QGIS

Morfometría de Cuencas- Aplicación de software libre-QGIS con el Pluggin MORFOCUENCAS

Este cuaderno es una guía para facilitar el desarrollo de la actividades en clase de los cursos: Hidroclimatológia (pregrado y posgrado) y Modelación de procesos hidrológicos de la FEAR-PUJ, y fue basado en la charla presentada en el 2022-03 por el Ing. Sebastián Sierra sobre la herramienta.

El pluggin fue desarrollado por Sebastián Sierra Bernal y David Julián Duarte como parte de su proceso de formación en la Especialización en Sistemas de Información Geográfica en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Esta herramienta fue compartida conmigo en 2019 como parte del proceso de validación y su uso es libre.

Si tiene dudas o desea mayor información al respecto puede contactarse al correo ssierrab@correo.udistrital.edu.co. Una vez se consolide una publicación derivada de este trabajo, actualizaré este cuaderno.

Generalidades

En el siguiente documento se expone de manera general los conceptos relacionados con la morfometría de cuencas y los archivos requeridos para su ejecución son:

• _Modelo de Elevación Digital (DEM) de la cuenca de análisis
• _Polígono de la cuenca de análisis delimitada

Para abordar estos conceptos lea previamente la guía sobre delimitación de cuencas

1. Conceptos Básicos

El funcionamiento de una cuenca se asemeja al de un recipiente que recibe la precipitación y la convierte en escurrimiento superficial o sub-superficial. Esta transformación depende de las condiciones climáticas y las características físicas de la cuenca. Dichas características físicas se clasifican en dos tipos según su impacto en el drenaje: las que condicionan el volumen de escurrimiento como el área y el tipo de suelo de la cuenca, y las que condicionan la velocidad de respuesta como el orden de corriente, la pendiente, la sección transversal, entre otras.

1.1. Parámetros Asociados a la Forma

La forma de la cuenca interviene de manera importante en las características del hidrograma de descarga de una corriente y condicionan la velocidad de la escorrentía en la cuenca.

1.1.1. Área de la Cuenca

Corresponde a la superficie delimitada por la divisoria de aguas y se expresa normalmente en la dimensión L^2.

1.1.2. Perímetro

Es la longitud sobre un plano horizontal, que recorre la divisoria de aguas. Éste parámetro se mide en unidades de longitud [L] y se expresa normalmente en metros o kilómetros.

1.1.3. Longitud

Se define como la distancia horizontal desde la desembocadura de la cuenca (punto de salida) hasta otro punto aguas arriba donde la tendencia general del río principal corte la línea de contorno (límite) de la cuenca.

1.1.4. Ancho

Se define como la relación entre el área y la longitud de la cuenca.

1.1.5. Factor de Forma de Horton

Es la relación entre el área y el cuadrado de la longitud de la cuenca.

1.1.6. Índice de Gravelius o Coeficiente de Compacidad

compara la forma de la cuenca con la de una circunferencia, cuyo círculo inscrito tiene la misma área de la cuenca en estudio. Se define como la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de la circunferencia.

1.2. Parámetros Asociados al Gradiente y Forma del Relieve de la Cuenca

1.2.1. Curva Hipsométrica

Permitirá caracterizar el relieve, obteniéndose a partir de las cotas de altitud registradas en los DEM y complementado con la estimación de la superficie acumulada por cada cota.

1.2.2. Pendiente Media de la Cuenca

A partir de la curva hipsométrica, se determina la elevación media equivalente al 50% del área de la cuenca, donde en el eje “X” del gráfico se aplicará el porcentaje.

1.3. Parámetros Asociados a la Red de Drenaje de la Cuenca

1.3.1. Orden de la Red de Drenaje

El orden de las corrientes es una clasificación que proporciona el grado de bifurcación dentro de la cuenca. Existen varios métodos para realizar tal clasificación. En este pluggin se opta por el método de Horton, el cual se fundamenta en los siguientes criterios:

• _Se consideran corrientes de primer orden, aquellas corrientes fuertes, portadoras de aguas de nacimientos y que no tienen afluentes.

• _Cuando dos corrientes de orden uno se unen, resulta una corriente de orden dos. De manera general, cuando dos corrientes de orden i se unen, resulta una corriente de orden i+1.

• _Cuando una corriente se une con otra de orden mayor, resulta una corriente que conserva el mayor orden.

1.3.2. Longitud del Cauce Principal

Se define como la distancia horizontal desde la desembocadura del río hasta la clasificación de orden 1 agua arriba de la cuenca.

1.3.3. Densidad de la Red de Drenaje

Se define como la relación de la longitud del cauce principal con respecto al área total de la cuenca.

1.3.4. Pendiente Media del Cauce

Se representa como la elevación media (percentil 50) de la longitud del cauce principal.

1.3.5. Tiempos de Concentración

Tiempo que tarda en llegar una gota de agua de lluvia desde el extremo hidráulicamente más alejado de la cuenca al punto de salida de la cuenca.

2. Instalación del Pluggin Morfocuencas en QGIS

• _Abra QGIS.
• _Vaya por el menú “Complementos” a Administrar e instalar complementos. Complementos > Administrar e instalar complementos. (Plugins > Manage and Install Plugins). Se abrirá uma ventana emergente.

Figura 1. Configuración del Pluggin Morfocuencas

• _Abra la opción “Instalar a partir de ZIP”/ “Install from ZIP”

Figura 2. Instalación Pluggin Morfocuencas

Y con el botón de los tres puntos de la parte derecha (…) navegue hasta el directorio en que descargó el archivo morfocuencas.zip suministrado en el correo, selecciónelo, y dé clic en Abrir.

En seguida, dé clic en el botón “Instalar Complemento” / “Install Plugin”. Ahora el plugin se ha instalado

Para verificar su instalación puede encontrar el ícono de éste en la barra de herramientas:

Figura 3. Verificación del Pluggin Morfocuencas

O lo puede encontrar en el menú Complementos (Plugins)

Verificación del Pluggin Morfocuencas

3. Cálculo de los Parámetros Morfométricos

• _Inicie Cargando los archivos indicados al inicio de esta guía: DEM y Polígono de la cuenca.

• _Seleccione y abra el pluggin de la aplicación. Antes de ejecutar la aplicación es necesario que cree la carpeta de salida donde el programa guardará todos los archivos generados. este paso es obligatorio para el correcto funcionamiento de la aplicación. Una vez ejecutado el pluggin y si debe iniciar nuevamente el proceso cree una nueva carpeta.

NO SOBREESCRIBA LAS CARPETAS O LOS ARCHIVOS.

Figura 4. Inicio del Pluggin Morfocuencas

Figura 5. Creación de la Carpeta del Pluggin Morfocuencas

• _Seleccione ek DEM con el que se van a cálcular los parámetros morfométricos. Recuerde que este archivo debe ser un ráster (DEM). Una vez verificado que el DEM se cargo correctamente seleccione el umbral. Recuerde que en el DEM de 30 m la acumulación de agua cada km^2 debe tener un umbral de 1111. Para este ejemplo se consolidó en 1000. Finalmente haga click en Inciar.

Figura 6. Ejecución del Pluggin Morfocuencas

A partir de este momento no puede cerrar la ventana emergente del pluggin o el proceso se terminará de manera incorrecta. Tenga en cuenta que para un mejor funcionamiento es posible requerir del uso del mouse.

El proceso inicia y el único indicador de su ejecución es que el botón de inicio se pone azul. El proceso inicial de cálculo depende del tamaño de la cuenca y de las características físicas de su computador. Este proceso puede tardar de 2 a 5 min.

Una vez pasado este tiempo, debe aparecer una ventana emergente en la que se solicita que seleccione el punto de salida de la cuenca.

Figura 7. Selección del punto de salida de la cuenca en el Pluggin Morfocuencas

• _Para esto deberá realziar un zoom al mapa sin cerrar la ventana del pluggin, como se muestra en la figura. Asegurese de seleccionar el punto sobre la red de drenaje (sobre la línea del canal). Si el punto queda seleccionado fuera de la red de drenaje, el pluggin no realizará la caracterización morfométrica de manera correcta.

Figura 8. Verificación de que el punto de salida este ubicado sobre la red de drenaje de la cuenca

No hay ningun indicador una vez seleccionado el punto.

• _Una vez realizado este paso, vuelva a la ventana principal del pluggin y de click en la opción finalizar. Recuerde que en este punto el indicador de ejecución es el color azul.

Figura 9. Finalización del proceso de caracteriación morfométrica con el Pluggin Morfocuencas

Este proceso es la etapa final y el software puede tardar bastante tiempo (horas) en el cálculo. Recuerde que esto depende del tamano de la cuenca y las características del computador.

Una vez finalizado el proceso de manera correcta, podrá visualizar todos los archivos generados para los parámetros descritos en esta guía, en la carpeta de salida seleccionada previamente.

Figura 10. Validación de la creación de archivos con el Pluggin Morfocuencas

NOTA: si se presenta algún error durante el proceso de ejecución por favor cierre la aplicación de QGIS, cree una nueva carpeta y repita el proceso. Recuerde que este tipo de errores son muy comunes con el uso de software libre.