Delimitación Cuenca QGIS

rm(list = ls()) # Limpia el espacio de trabajo

Este cuaderno es una guía para facilitar el desarrollo de las actividades en clase de los cursos: Hidroclimatológia (pregrado y posgrado) y Modelación de procesos hidrológicos de la Facultad de Estudios Ambientales y Rurales de la Pontificia Universidad javeriana, y fue consolidado con la ayuda de Jhon Pulgarin, estudiante de la Maestría en Hidrosistemas en la PUJ.

1. Delimitación Cuencas- Aplicación de software libre-QGIS

Luego de la instalación del programa se creará una extensión llamada QGIS Desktop 3.10.8 with GRASS 7.8.3, para la delimitación de la cuenca se trabajará con GRASS.

1.1. Procedimiento:

A continuación se describen los pasos que se deben seguir para obtener la delimitación de una cuenca hidrográfica

1. Descarga del modelo digital de elevación (DEM)
2. Cargar el DEM a QGIS
3. Corrección del DEM
4. Delimitación usando la caja de herramientas de GRASS

1.2. Caso de estudio:

Cuenca del Río Páez (Huila) con cierre en la estación limnigráfica PAICOL AUT

Datos de la cuenca a delimitar

• Fuente hídrica: Río Páez

Código	Nombre	Categoría	Tecnología	Estado	Departamento	Municipio	Y	X	Altitud
21057060	PAICOL - AUT	Limnigráfica	Automática sin Telemetría	Activa	Huila	Tesalia	2.46	-75.76	785

El primer paso consiste en ubicar geográficamente el sitio objeto de interés. Nuestra delimitación se realizará sobre el Río Páez hasta la estación Limnigráfica Paicol [cod 21057060] en el departamento del Huila, municipio de Tesalia. Luego de identificar la zona es necesario seleccionar el tipo de Modelo digital de elevación (DEM) que se puede usar para tal fin.

1.3. Descarga del Modelo de Elevación - DEM

Se descargará el DEM del Satélite ALOS PALSAR el cual maneja una resolución espacial de 12.5 m x 12.5 m en el siguiente Link

Figura 1. Página Vertex

Nos dirigimos a la plataforma de Vertex de Alaska Satellite Facility y nos registramos en la parte superior derecha en donde dice (Sign in), se desplegará una página en donde se debe realizar el registro en la plataforma.

Figura 2. Registro en la Página Vertex

Una vez allí, diligencie los datos que le solicitan y responda el correo de confirmación que le llegara a su buzón de entrada.

Diríjase nuevamente a la plataforma e ingrese con el usuario registrado.

Figura 3. Acceda nuevamente a Earth Data

Figura 4. Acceda nuevamente a Datos

Figura 5. Página de Inicio para Descarga de Datos

Una vez allí, limite la zona de estudio, para este fin, existen dos opciones, ubicar con el cursor sobre el mapa el polígono con el área que encierra la zona de interés o también puede ingresar las coordenadas geográficas de los vértices que conforman dicho polígono. En la siguiente imagen se aprecia el área de estudio delimitada:

En este ejemplo, se necesitarán 6 escenas (cuadros en rojo) para cubrir toda la extensión del polígono amarillo. Una vez descargar el paso siguiente será cargarlas a la plataforma de QGIS.

Figura 8. Visualizar los DEM disponibles

Para descaragr por favor solo tome los archivos que dicen DEM y guardelos uno por uno

Figura 10. Descarga de Archivos DEM

Nota: para el desarrollo de estos ejercicios de clase, usaremos el DEM entregado para toda colombia Raster de 30m.

1.4. Ingresar el DEM a QGIS

Antes de ingresar cualquier capa al programa es importante realizar una configuración inicial de las propiedades del proyecto, para ello, diríjase a la parte en donde dice proyecto en la barra de herramientas y después en la opción de configuración

Figura 10. Ajuste de propiedades en QGIS

Lo que buscamos es configurar el Sistema de Referencia de Coordenadas SRC, la mayoría de información de origen satelital viene en coordenadas geográficas WGS84-EPSG:4326 será entonces necesario reproyectar las coordenadas y trabajar con el sistema de proyección MAGNA-SIRGAS con un único origen (según la Resolución 471 de 2020).

Diríjase a la pestaña Configuración/Proyecciones personalizadas, en el campo donde dice (Nombre) coloque “MAGNA-SIRGAS CTM12”, en tipo de formato seleccione “WKT” y en el espacio donde dice (parámetros) ingrese la siguiente información:

Dele Aceptar y el sistema de proyección estará listo para usarse.

Figura 11. Regsitro del CRS en QGIS

Figura 12. Regsitro Completo del CRS en QGIS

NOTA: PARA LAS VERSIONES MÁS RECIENTES DE QGIS ESTA CONFIGURACIÓN ES IGUAL A EPSG 9377. SI LE APARECE ESTE ERROR NO ES NECESARIO CONFIGURAR EL SISTEMA DE REFERENCIA.

Figura 13. Erros de configuración del CRS en QGIS

Ahora, suba el DEM (descargado o entregado), para esto puede ir al icono (Abrir administrador de fuentes de datos), seleccione la opción (Raster) y seleccione de su carpeta de trabajo los archivos con extensión TIF y cárguelos dándole al botón “Añadir” o simplemente arrastre los archivos hasta capas.

Figura 14. Cargar Archivos en QGIS

No se preocupe por el SRC de los archivos cargados (aún!). Si tiene varios archivos primero uniremos los DEM en un único archivo, y a este último si lo reproyectaremos al sistema EPSG:9377. Este proceso lo haremos definiendo el sistema CRS.

Mediante la opción combinar ubicada en la pestaña ráster<miscelánea<combinar es posible combinar los archivos en una sola imagen.

Después de este paso, reproyecte la imagen obtenida en el sistema 9377, para ello, diríjase a la pestaña raster/proyecciones/combar(reproyectar).

Nota: si trabaja con el DEM entregado en clase, NO ES NECESARIO REALIZAR EL MOSAICO

1.5. Corrección del DEM

Para ejecutar algunos procedimientos en la delimitación de cuencas es necesario instalar la caja de herramientas de procesado, para ello diríjase a complementos<Administrar e instalar complementos, allí se busque el complemento processing e instálelo.

Figura 19. Instalación y Verificación de Complementos

Figura 20. Complemento Processing

Algunos análisis de tipo hidrológico se dificultan por la presencia de huecos (sumideros) o datos faltantes en el DEM, por tal razón se hace necesario su corrección. La información que se descargó de la plataforma VERTEX no presenta este tipo de huecos ya que previamente se realizó una corrección de tipo (Hi-Res Terrain Corrected). Sin embargo, realizaremos el proceso para que pueda conocer la herramienta.

El llenado de datos lo puede realizar con diversas opciones:

1.5.1. Opción directa de QGIS

En la caja de herramientas, seleccionando la opción Herramientas ráster<Rellenar celdas sin datos

Figura 21. Rellenar Datos con QGIS

1.5.2. Opción con Complemento de GRASS

en la pestaña procesos<caja de herramientas<GRASS<raster y allí busque la opción r.neighbors. Su proceso se basa en que cada valor de categoría de celda sea función de los valores de las celdas que lo rodean, y almacena nuevos valores de celda en una nueva capa de mapa ráster.

Figura 21. Rellenar Datos con GRASS

1.5.3. Opción con Complemento de SAGA

en la pestaña procesos<caja de herramientas<SAGA<Terrain Analisys<Fill & Skin (Wang & Lui). Su proceso se basa en que cada valor de categoría de celda sea función de los valores de las celdas que lo rodean, y almacena nuevos valores de celda en una nueva capa de mapa ráster.

1.6. Delimitación de Cuencas

Antes de iniciar con el proceso de delimitación, realizaremos un corte al DEM para optimizar los tiempos de respuesta del software. Para ello, iniciaremos creando un rectangulo con la opción Capa<crear_capa<nueva_capa_de_archivo_shape

Figura 26. Extracción - Recorte de un archivo ráster

Figura 27. Instrucciones para la Extracción - Recorte de un archivo ráster

Figura 28. Nuevo archivo ráster recortado

Ahora si, para delimitar la cuenca tenemos multiples opciones:

1.6.1. Delimitación con SAGA

para delimitar con QGIS-SAGA siga los siguientes pasos:

• _Calcule el Fill (wang & Lui) con todos los archivos como se muestra en la imagen.

Figura 29. Selección de archivos con el Fill con SAGA

• _Calcule la red de drenaje con la opción Channels<Network and Drainage area

Figura 30. Cálculo de la Red de Drenaje con SAGA

• _Calcule la cuenca con la función Upslope Area

Figura 31. Cálculo Área de drenaje (cuenca) con SAGA

Al final se obtiene un raster que debe ser vectorizado para poder iniciar el proceso de caracterización morfométrica. Para esto puede usar el comando r.to.vect, que esta disponible en la caja de herramientas.

1.6.2 Delimitación usando la caja de herramientas de GRASS

Para la delimitación de las cuencas se utiliza la herramienta r.watershed, al igual que las anteriores basta con buscarla en la caja de herramientas de GRASS. Este algoritmo genera un conjunto de mapas que indican, la acumulación de flujo, la dirección de drenaje, la ubicación de arroyos y la delimitación de cuencas hidrográficas.

• _Cálculo de la Dirección de Flujo. Es necesario realizar correcciones sobre zonas planas y depresiones. Para ello es recomendable utilizar la herramienta de Grass<Ráster<r.fill.dir, la cual permite filtrar y generar un mapa de elevación sin depresión y de igual manera genera un mapa de dirección de flujo.*

Figura 32. Cálculo de la Dirección de Flujo con GRASS

• _Cálculo de las cuencas de drenaje. El siguiente paso es usar el comando r.watershed para estimar las direcciones de flujo y las áreas aferentes.

Figura 33. Cálculo de las cuencas de drenaje con GRASS

• _delimitar la cuenca con punto de aforo. Usaremos la herramienta r.water.outlet para delimitar la cuenca con un punto de aforo (salida). para ello diríjase a la caja de herramientas y en la sección de GRASS/ Raster (r.*)/ r.water.outlet, cargue el raster de dirección de drenaje y ejecute el algoritmo. recuerde que en la selección de las coordenadas del punto de salida debe ingresar en los puntos (…) para poder acceder al mapa y seleccioanr directamente en el la ubicación de salida (para mayor detalle revise el vídeo de apoyo). Al finalizar obtendrá la cuenca hidrográfica del Río Páez en formato Ráster.

Figura 34. Cálculo de las cuencas de drenaje con GRASS

Finalmente para convertirlo a formato vectorial, diríjase a la pestaña raster<conversión<poligonizar y ejecute el algoritmo.

También podemos convertir a formato vectorial la red hidrográfica obtenida del ráster (segmentos de transmisión) con su respectiva red de drenaje. Al final es resultado será:

Figura 34. Cuenca delimitada con GRASS