manual de procedimientos uh bolivia

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M INISTERIO DE M EDIO AM BIENTE V AGUA DE BO LIV IA

V ICEMIN ISTERIO DE RECURSOSHIDR ICOS V RIEGO (VRHR)

Marfa Esther Udaeta Velasquez

Ministra de Medio Ambiente y Agua

Carlos Ortufio Vafiez

Viceministro de Recursos Hfdricos y Riego

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE DELIMITACIONY CODIFICACION DE UNIDADES HIDROGRAFICAS

EI manual alcanza las pautas tecnicas de

un sistema semiautornatico para delimitar y

eodifiea r unidades hldrograflcas apliea ndo

la metodologfa Pfafstetter.

UICN SURSGCAN

Autores:

Rosa Ruiz

Humberto Torres

PRIMERA EDICION

La Paz - Bolivia

2010

Esta permitido la reproduccion total 0 parcial del presente documento, previa autorizacion

expresa del Viceministerio de Recursos Hfdricos y Riego

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CONTENIDO

PRESENTACION 5

1 . ANTECE DENTES 7

2 . S IS TE MA D E C OD IFIC AC IO N P FA FS TE TTE R 7

2.1 CARACTERISTICASPRINCIPALES

2.2 TIPOS DEUNIDADES HIDROGRAFICAS

2.3 PROCESODE CODIFICACION

2.4 PARTICULARIDADES DELMETODa

7

8

10

13

3. METODO SEM IAUTOMATICO PARA DELIM ITACION DE CUENCAS 19

3.1 CONCEPTOS 19

3.1.1 Modelo Digital del Terreno

3.1.2 Modelo Digital de Elevaci6n

3.1.3 Direccion de Flujo

3.1.4 Acumulaci6n de Flujo

3.1.5 Stream Link

3.1.6 Watershed

19

20

20

21

22

22

3.2 PROCESO DE DELIM ITACION Y CODIFICACION 23

3.2.1 Delimitacion de Unidades Hldrograficas 23

1) Generaci6n de areas de drenaje (cuencas de captaci6n)

o Watersheds 26

a. Determinaci6n del umbral de acumulaci6n

b. Obtenci6n de un terna de reclasificacion

c. Generaci6n de la red de drenaje relevante

d. Generacion de watersheds

2) Generaci6n Vectorial de Unidades Hidrograficas

a. Conversion de raster a poligonos

b. Conversi6n de poligono a lineas

c. Generalizacion de lineas

d. Reconversi6n de lineas a poligonos

26

29

31

32

34

34

36

36

36

3.2.2 Codlflcaclon de Unidades Hldrograflcas 37

R E FE RENC IA S B I B lIO G R AF I C A S 39

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PRESENTACION

EI presente manual expone las pautas tecnicas de la uelimitacion y Codiflcacion de Unidades

Hldrograficas, utilizando tecnicas de analisis espacial raster para la delimitacion y el metoda

Pfafstetter para la division y codificacion de estas unidades hidrogrclficas.

Este manual hace referencia a los antecedentes de la aplicaclon de esta metodologfa en

America y su importancia en estudios de gran alcance; su conocimiento perrnitlra simplificar

los criterios en cuanto a la division de unidades hldrograflcas.

Describe la generacion autornatlca de las unidades hldrograflcas can la utilizaci6n de los

sistemas de informacion geografica (SIG), desde modelos digitales de elevaclon (MOE), redes

de drenaje hasta la obtencion de los watersheds a cuencas.

Las unidades hldrograflcas que se obtienen tienen la particularidad, que en la medida que

se generan se van aplicando los criterios del metoda Pfafstetter, ello implica un proceso,

que va desde la determinacion del rio principal, selecci6n de las cuatro redes de drenaje de

mayor tarnafio -por calculos de acumulaci6n de ftujo- hasta la generacion de las cuencas

(watersheds) en Formato raster -utilitando elstream link y la direcci6n de flujo-. Posteriormente

el raster se convierte en vector, Y luego de un proceso de suavizado -smooth - queda expedito

para la codificaci6n tabular.

Las unidades hidrograficas (que para el metoda de Pfafstetter son de tres tipos: cuencas,

intercuencas y cuencas internas a cerradas) menores divididas se codifican segun el orden

de jerarquia en el que se encuentren.

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1. ANTECEDENTES

EIpresente Manual de Procedimientos de Delimitaci6n y Codificaci6n de Unidades Hldrograficas

esta basado de manera fundamental en el "Manual de Procedimientos de Delirnitacion y

Codificaci6n de Cuencas Hidrograficas del Peru" realizado por el Instituto Nacional de

Recursos Naturales -INRENA- en el 2003.

EI metoda de codificaclon de unidades hldrograficas que se describe en el presente manual

fue creado en Brasil por Otto Pfafstetter en 1989 y difundido a partir de 1997 por Kristine

Verdin a traves del Servicio Geologico, de los Estados Unidos (USGS) en el Programa Nacional

del Medio Ambiente de las Naciones Unidas. En la actualidad va constituvendose en un

estandar de codificacion de unidades hldrograficas.

En la actualidad, can el avance cientifico y tecnologico (informatica y de los sistemas de

informacion geografica) es posible representar digitalmente la superficie de la tierra a traves

de una estructura nurnerica de datos que representa la distribucion espacial de una variablecuantitativa y continua, cuando la variable a representar es la cota 0 altura del terreno se

denomina Modelo Digital de Elevacion (MDE), estos grandes aportes ayudan en las diferentes

aplicaciones del estudio de la tierra, siendo asimismo fundamental para delimitar las cuencas

de una manera automatics.

Uno de los aportes mas importantes en el desarrollo de los Sistemas de Informacion GeogrMica

constituye el proyecto HydroSheds (www.worldwildlife.org/hydroshedsL proyecto que

construvo la base digital raster hidrografica del mundo, la cual ha servido de informacion

de base para el presente trabajo; el proyecto asimismo esta elaborando productos para

investigaciones cientfficas en la geologfa, glaciologfa e hidrologfa. Estos productos devienen

de las irnagenes de radar capturadas en el afio 2000 por la NASA - EEUU en el proyecto

topograflco de radar (SRTM), a bordo del Transbordador Endeavour, cuyas tomas de radar

han proporcionando datos de e levacion del terreno de una alta precision.

2. SISTEMA DE CODIFICACION PFAFSTETTER

Es una metodologia para asignar Identificadores (Ids) a unidades de drenaje basado en la

topologfa de la superficie 0 area del terre no; asigna Ids a una unidad hidrografica para

relacionarla con las unidades hidrograficas que contiene y de las unidades hidrograficas con

las que limita. (Ver fig.2.1)

2.1 C AR ACTER fsTIC AS P RIN CIP AlES

• EI sistema es [erarquico y las unidades son delimitadas desde las uniones delos rlos (punto de confluencia de nos) 0 desde el punto de desembocadura

de un sistema de drenaje en el oceano.

• A cada unidad hidrografica se Ie asigna un codigo numerico, basado en su

ubicacion dentro del sistema de drenaje, de tal forma que este c6digo es

unico en todo el continente.

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Figura N " 2.1

• Este metoda hace un uso minimo de dlgitos en los codigos, tal es as! que el

nurnero de digitos del codigo representa a su vez el nivel de la unidad

hldrografica codificada.

• Ladistincion entre rio principal y tributario, es en funcion del area de drenaje.

Asi, en cualquier confluencia, el rio principal sera siempre aquel que posee

el mayor area drenada entre ambos. (Ver fig. 2.2).

• EI codigo de la unidad hldrografica provee informacion importante tales como

el tipo de unidad de drenaje, nivel de codiflcacion y ublcacion al interior de

la unidad que 1 0 contiene.

2.2 TIPOS DE UNIDADES HIDROGRAFICAS

EI Sistema de delirnitacion y codificaci6n de Pfafstetter considera tres tipos de

unidades de drenaje: cuencas, intercuencas y cuencas internas.

2.2.1 Cuenca, es un area (unidad hldrografica] que no recibe drenaje de ninguna

otra area, pero si contribuye con flujo a otra unidad de drenaje.

2.2.2 Intercuenca, es un area (unidad de drenaje) que recibe el drenaje de otra

unidad que se ubica aguas arriba, mediante el curso del rio principal, y

permite el drenaje del flujo propio y del que ha ingresado a esta unidad

hacia la unidad de drenaje que se ubica hacia aguas abajo. En tal sentido

una unidad de drenaje tipo intercuenca es una unidad de drenaje 0 de

transite del rio principal al cual tam bien aporta sus propios caudales.

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(

I

Figura N° 2.2

2.2.3 Cuenca Interna, es un area de drenaje que no recibe flujo de agua de otra

unidad ni contribuye con flujo de agua a otra unidad de drenaje 0cuerpo

de agua. (Ver fig. 2.3)

Figura N° 2.3

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2.3 PROCESODE CODIFICACION

Para iniciar el proceso de codificaci6n se debe en principio determinar el curso

del rio principal de la unidad que se va codificar. (Ver fig. 2.4).

Una vez determinado el curso del rio principal, se determinan las cuatro unidades

hidrograficas de tipo cuenca, que son las cuatro unidades de mayor area que

confluyen al rio principal.

Las cuatro unidades tipo cuenca se codifican can los digitos pares 2, 4, 6 Y 8,

desde aguas abajo hacia aguas arriba; es decir, desde la desembocadura hacia

la naciente del rio principal. Las otras areas de drenaje se agrupan en unidades

hldrograflcas de tipo intercuenca, y se codifican, tambien desde aguas abajo

(desde la confluencia) hacia aguas arriba, con los digitos impares 1, 3,5, 7 Y 9.

Por la metodolog!a de delirnitacion y codiflcacion de las unidades hidrograficas,el c6digo 9 siempre resulta 0 se reserva para la unidad de drenaje de mayor

tamafio de la parte superior de la cuenca 0cabecera de cuenca la misma que

generalmente contiene el origen del rio cuya unidad de drenaje se esta codificando.

Cada una de las unidades de drenaje de tipo cuenca 0 intercuenca, delimitadas

y codificadas en un determinado nivel (por ejemplo el primero) se pueden a su

vez subdividir y codificar siguiendo exactamente el proceso antes descrito, de

modo que por ejemplo la delimitacion y codificacion de la unidad de drenaje

tipo cuenca de c6digo 8 se subdivide y codifica en nueve unidades hidrograficas,

cuatro de tipo cuenca c6digos 82, 84, 86 Y 88 Y cuatro de tipo intercuenca de

c6digos 81, 83, 85 Y 87 as! como la unidad hidrografica de cabecera de c6digo

89. EImismo proeeso se aplica a las unidades de tipo intercuenca, de modo que

par ejemplo la unidad tipo intercuenca de c6digo 3, se subdivide en las unidades

de tipo cuenca de codigos 32,34,36 Y 38 yen las unidades tipo intercuenca 31,

33, 35, 37 Y 39. Los c6digos de las unidades menores deben Ilevar siempre al

inicio el c6digo 0 los dfgitos de la unidad que 10 contiene. (Ver fig. 2.5).

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Para las regiones hidrograficas cuyos

curses de agua drenan paralelamente

hacia al mar, el sistema de codlficacion

de Pfafstetter determina que se

identifique las cuatro unidades hidrograficas de mayor area de drenaje y luego

la asignacion de codigos se realiza considerando el sentido de las agujas del reloj,

es decir las vertientes cuyas aguas desembocan en un mar oriental, seran

codificadas de norte a sur; y las vertientes cuyas aguas desemboquen en un mar

occidental, (como es el caso de la vertiente del Pacifico), seran codificadas de

sur a norte. La subdivision y codificacion en los subsiguientes niveles se realizara

siguiendo el mismo criteria. (Ver Fig. 2.8)

2.4 PARTICULARIDADES DEl METODO

• Una particularidad del metoda se

presenta en la codiflcacion de las dos

unidades mas altas de la unidad

hldrografica que se esta codificando.

En este caso a la unidad que presenta

mayor area de drenaje se Ie asigna el

codigo "9" y a la otra, el codigo "8"

(Ver fig. 2.6). Esta particularidad del

metoda permite identificar la cuenca

donde se origina el rio, que para el

ejemplo corresponde al codlgo 89.

• Si una unidad hidrogrMica contiene

mas de una unidad tipo cuenca internao endorrelca, se asigna el codigo "0"

en el nivel que corresponda ala unidad

de mayor tarnafio y las otras unidades

se incorporan a las unidades que 10

contienen en el siguiente nivel. (Ver

fig. 2.7)

, , Figura N° 2 .6

Figura N° 2.7

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• Cuencas internas cuya red de drenaje

confluye en una laguna, Esuno de los

casos mas comunes de unidades

cerradas, en las cuales los rios que

descienden por sus laderas desembocan

en la zona mas baja de e st a

conformando un lago 0 laguna. La

obtention de las unidades hidrograficas

menores debera realizarse por metodos

semia utornatlcos de anal isis espacia I.

Primero debera determinarse el punto

en el cual confluyen todos los cursos de

agua halla ndo el pixel que posea el

mayor valor de acurnulacion (punto rajo)

(Ver Fig. 2.9). Luego determinar el curso

que posea el mayor valor de flujo deacumulaclon, el mismo que sera

considerado el curso principal de la

unidad. Posteriormente, se evaluan los

valores de los flujos de acumulacion de

los resta ntes c ursos de ag ua pa ra

determinar los cuatro tributarios

mayo res; finalmente, realizar l a

d e l i rn i t a c io n de las unidades

hidrograficas menores basado en las

consideraciones evaluadas, pracura ndo

conformar las nueve unidades, puesto

que estas seran asumidas desde el borde

de la laguna, la cual debera ser

considerada como una unidad adicional

codificandola con el digito o .Figura N" 2.10

• Cuencas internas que poseen un

colector principal, son aquellas unidades cerradas donde si es posible distinguir

un flujo principal, el cual puede encontrar a 10 largo de su recorrido algunos

lagos 0 lagunas, los mismos que seran considerados como parte de este.

Luego de definir el rio principal, se determinan las cuatro unidades hidrograficas

de mayor extension que constltuiran las unidades tipo cuenca y las areas dedrenaje comprendidas entre la cuencas pasaran a constituir las cinco unidades

de tipo intercuenca, cuya delirnitaclon respectiva, de ser necesario, atravesaran

los lagunas 0 lagos, considerados como parte del curso principal. La codification

se realizara, siguiendo el criterio establecido por el metoda desde la parte mas

baja hacia la mas alta de la unidad de drenaje. Ejemplo: Sistema hldrografico

Titicaca - Poopo (Unidad Hidrografica 01). (Ver Fig. 2.10)

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Cuencas internas cuya red de drenaje confluye en un punto cornun, sin conformar

necesariamente una laguna. En este caso los rfos confluyen en un cuerpo de

agua incipiente 0 inexistente, esto puede ser debido a que son cuerpos 0espejos

de agua temporales 0en vfas de extincion, (Ver fig. 2.11)

)Figura 2.11. Delimitaci6n y codlflcaclnn de la Unidad Hldrograflca 0262, unidad de tipo lnterna cuya red de

drenaje confluye en un punta sin formar ninguna laguna.

Para este caso, la informacion topografica del Proyecto SRTM, es de mucha

utilidad, pues al ser informacion captada por radar posee informacion del relieve

aun debajo del agua, 1 0 cual posibilita determinar unidades hidrograflcas en esa

zona.

EI procedimiento de determinacion de sus unidades hidrograficas menores es

similar al caso de cuencas internas cuya red de drenaje confluye en una laguna,

solo que la diferencia radica en que las unidades hidrograficas seran conformadas

fntegramente, puesto de que no existe algun lago 0 laguna central que las recorte

espacialmente, tal como sucedfa en el caso mencionado.

Cuencas internas conformadas tarnbien por un conjunto de cuencas internas 0

cerradas. Son unidades caracterfstlcas de la parte central de la Region Hidrografica

0, conformando un grupo de unidades endorreicas independientes. La unica

manera de poder agruparlas en unidades mayores es eligiendo las cumbres de

mayor altitud que las circundan como Ifmites. Seran consideradas las nueve demayor tarnario.

La dellrnltacion de unidades menores sigue el mismo procedimiento anterior,

apovandose de los valores de altitud de sus cumbres, se conforrnaran en 1 0

posible nueve agrupaciones, considerandose las de mayor tarnafio. La lnspecclon

de la morfologfa del terreno tarnbien es de rnucha ayuda ..

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La codificacion sigue el sentido horario, iniciandose con el codigo 1.

Ejemplo: Unidades Hldrograficas 02, 03, 04, OS, 06 V 07. (Ver fig. 2.12)

,.J~ '\ \. . . . . . .

Figura W 2..12.

• Unidades hidrograficas 0Cuencas arreicas. Son aquellas que presentan cursosde agua de bajo caudal, los cuales desaparecen durante su recorrido debido a

flltracion 0 evaporaclon, 10 que permite la forrnaclon de unidades cerradas. Estas

unidades, as! formadas, seguiran el mismo procedimiento de codlflcacion de

cualquier unidad interna, cuvos casos a variantes de dellmitacion V codlficacion

va han side descritas anteriormente.

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La Region HidrogrMica 9 presenta muchos casos de unidades de drenaje arreico.

Ejemplo: Unidades hid rograficas 90, 950, 970, etc. (Ver figs. 2.13 y 2.14)

Figura N·2.13. Unidades Hldrograflcas 950 y 970 (grisl, de tipo arrelca, Observese que dichas unldadesno l Iegan tener aceeso al mar.

Figura N"2.14. Unidad Hidrogr.ifica 90de tipo arreica. observese lasubdivision de e s t a yel sentido horariode la cadiIicaclen.

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• Islas. Este es otro de los casos especiales. Estas porciones de territorio si se

encuentran cercanas a la costa, seran consideradas para la codificacion parte de

la unidad hidrografica continental mas cercaria, asumiendo el c6digo de esta,

en el nivel que se encuentre. (Ver fig. 2.16)

En consecuencia, se debe considerar si las unidades hldrograficas tienen areas

de drenaje suficientemente extensas como para ser consideradas entre las cuatro

unidades tipo cuenca.

La Region Hidrograflca 9 posee un gran nurnero de islas relacionadas a su ambito,

siendo las mas notables.

Ejemplo: La Unidad Hldrograflca 558 y 559. (Ver fig. 2.15)

Figura N' 2 .15

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Figura N° 2.16. Unidad Hidrograf lca 55. Observese las unidades 558 y 559, obtenidas en territorio insular.

3. METODO SEMIAUTOMATICO PARA DELIMITACION DECUENCAS

3.1 CONCEPTOS

Con la finalidad de que el metoda resulte mejor explicado mas adelante se

presentan aqui algunas definiciones de terrninos:

3.1.1 Medele Digital del Terrene

Un Modelo Digital del Terreno (MDTL es una estructura nurnerica de datos

que representa la distribuci6n espacial de una variable cuantitativa y

continua, como puede ser la temperatura, la altitud 0 la presion atrnosferica,

En el case que la variable a representar es la cota o altura del terrene se

denomina Modelo Digital de Elevacion. (MDE) (Ver Fig.2.17 y Fig.2.18)

Figura N° 2.17

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3.1.2 Modelo Digital de Elevacion

EI Modelo Digita I de Elevacion (M DE) es un M odele Digita I del Terreno

cuyos datos almacenados representan valores de altitud.

En la actualidad es posible caracterizar la superficie y sobre todo, delimitar

cuencas hidrograficas a partir de Modelos Digitales de Elevacion (MDE).

Figura N' 2.18

Estos modelos son slmbdlicos ya que establecen relaciones de

correspondencia con el objeto real, mediante algoritmos rnaternaticos que

son tratados mediante programas de Sistemas de Informacion Geografica

(Software SIG). Son estructuras de datos, no son solo acumulaciones de

cifras, sino que tienen una estructura interna can la cual deben interpretarse

dichos datos.

3.1.3 Direcci6n de Flujo (Flow Direction)

La dlreccion del flujo esta determinada por la direccion mas empinada de

descendencia de cada celda 0 pixel. Esta se calcula como:

Cambio de valor de z / distancia * 100

La distancia se calcula entre los centros de las celdas. Por 1 0 tanto, si el

tarnafio de la celda es de 1, la distancia ortogonal entre dos celdas es 1,y la distancia diagonal es 1,414.

EI valor de salida de la direcclon del flujo es un nurnero entero (1, 2, 4, 8,

16,32,64, 128). Losvalores para cada direccion del centro son los siguientes:

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32 64 128

16 1

8 4 2

Por ejemplo, si la direccion de descenso mas empinada esta a la izquierda

de la celda en proceso, su direcci6n del flujo serla codificada como 16.

Si la direcci6n de descenso a todas las celdas adyacentes tiene el mismo

valor, la vecindad de esta es ampliada hasta encontrar una empinada

descendente mayor.

Si todas las celdas adyacentes son mas altas que la celda en proceso, se

considerara como ruido, y esta sera Ilenada con el valor mas bajo de sus

vecinos, y tendra una direcci6n de flujo hacia esta celda. Sin embargo, si

es una celda hundida cerca al borde ffsico de la matriz 0 que tenga almenos una celda adyacente sin datos (NODATA), entonces esta no sera

Ilenada debido a la insuficiente informacion de la celda vecina. Para ser

considerado como un verdadero sumidero de celdas, todas las celdas

adyacentes deberan poseer informacion.

Este metodo, para la determinacion de la direccion del flujo, se deriva de

un modele de elevacion digital (DEM) que fue presentado por Jenson y

Domingue (1988). (Ver fig. 2.19)

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MATRIZ DE ELEVACION

(DEM)

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Figura N' 2.19

MATRIZ DE

DIRECCION DE

3.1.4 Acumulaci6n de Flujo (Flow Accumulation)

EI resultado de la acurnulaclon de flujo es una matriz que 1 0 representa,matriz en la cual se calcula para cada celda un valor de acumulaci6n de

peso proveniente de todas las celdas que fluyen hacia ella. (Ver fig. 2.20)

EI f lujo acumulado esta en funcion del nurnero de celdas que fluyen hacia

cada una de las celdas de la matriz de salida. La celda que estas siendo

procesada no se considera en tal acumulaclon.

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Las celdas de salida con una alta acurnulacion de flujo identifican 0

representan la red de drenaje.

Las celdas de sa lid a con una acu mu laci on de fl uj0 ce ro son pu ntos

topograficos altos que permiten identificar las cordilleras.

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Figu ra N' 2.20

MATRIZ DE

D IR EC CIO N D E

MATRIZ DE

ACUMULACION DE

3.1.5 Stream Link

Asigna unicos valores a las secciones de una red de drenaje lineal rnatricial,

com prendida entre intersecciones.

Los enlaces "Links" son las secciones de una red de drenaje que conectan

dos confluencias (junctions) sucesivas, una confluencia y la desembocadura,

o un inicio (naciente) y una confluencia. (Ver fig. 2.21)

,i JUli icnon~

Figura N" 2.21

La matriz de la red de drenaje puede ser creada mediante el calculo del

umbral adecuado, el cual consiste en determinar el valor de la acumulaclonde flujo.

3.1.6 Watershed

Determina el area de contrlbucion por encima de un conjunto de celdas

en una matriz.

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Un watershed es el area en el cual el agua que drena dentro de ella, se

concentra en un colector cornun 0principal. Otros terrninos utilizados para

watershed son cuenca de captacion 0 zona de contribucion. Esta zona se

define normal mente como la superficie total que fluye a una determinada

salida 0 "pour point". Ellfmite entre dos cuencas se conoce como frontera

de drenaje 0 linea divisoria.

Wmnl!ied, B ' a ; r i I , ! \ ,

Calclment,.C @ ~ ~ ~ i n ~ 1 alretl.

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S t r e : . a m Inet.~

• O I ) ,lU e b . ~I P Q ~ rp v .in 't ~

c::::J S w b b a i . i n

Figura N° 2.22

3.2 PROCESODEDELIMITACION Y CODIFICACION

3.2.1 neltrnltaclen de Unidades Hidrograticas

Existen maneras de delimitar 0deli near cuencas hidrograficas, cada una

de elias se utiliza de acuerdo del caracter ulterior 0proposito que se desee

alcanzar, Maneras de delimitar que van desde las realizadas manualmente,

sobre un plano topografico 0 directamente en pantalla, hasta las que se

realizan digital mente de forma semlautornatica, con las herramientas SIG

y con la informacion base geo-espacial. Todas las formas de delimitar

conducen al mismo objetivo, sin embargo, ladiferencia radica en la precision;

yes allf donde el metoda que se uti lice y la informacion base, deterrnlnaran

la calidad del trabajo final.

En el presente trabajo ha considerado conveniente emplear como insumo

la informacion raster de 15 segundos de arco de resolucion espacial, en

funcion de los objetivos finales del trabajo: Delimitacion y Codificaclon deUnidades Hidrograticas de Sudamerica, a escala 1:1'000,000.

Los resultados del proyecto SRTM (Shuttle Radar Topography Misionj de

la NASA, que constan de datos raster de tipo topografico con 90 metros

de resoluci6n espacial, se ha constituido en el MDT - Modelo Digital del

Terreno - de uso mas extendido en el mundo. Es precisamente esta

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in form acion base, la que el proyecto Hy droSHED utilize para generar las

c apa s d e dlreccion y acurnulacion de flu jo de Sudam erica, can 15 segundos

de resoluci6n espacial; la m ism a que se ha constitu ido en la inform aci6n

base del presente proyecto. {V er figuras NQ 3.2.1 Y 3.2.2}.

EI proceso de delirnitacion d e u nid ad es hidrograficas (Figura W3.2.3), se

ha efectuado m ediante dos subprocesos:

• Generaci6n de areas de drenaje (cuencas de captaci6n) 0 watersheds

• Generaci6n vectoria l de unidades hidrogrclficas.

Figura N" 3.2_1:Informacion de Dlreccion de Flujo de una parte del territorio sudarnericano.

LaResolucion espacial de laimagen esde 15" de arm

Figura N" 3.2.2: Inforrnacion de Acum ulacion de Flujo de la rnisrna parte del territorio

sudamericano, mostrada tal como ArcGis 1 0 presenta originalmente, bajo eltipo "Stretched"

en escala de grises.

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1) Generacion de areas de drenaje (cuencas de captacion] 0Watersheds

Este proceso consiste en determinar las areas de drenaje 0watersheds

con el criterio de delimltacion del sistema Pfafstetter, basado en la

informacion de direccion y acurnulacion de flujo.

EI proceso descrito es conocido por los especialistas SIGy se emplea para

generar unidades hidrograficas de diferente tarnafio. En este caso se ha

aplicado el metoda con algunas variantes debido al sistema de codiflcaclon

elegido.

Para el presente trabajo se ha empleado la informacion del Proyecto

HydroSHED, que esta disponible en Internet; esta iforrnaclon, posee una

resoluclon espacial de 3 segundos de arco - 90 metros aproximadamente.

La existencia de la informacion del proyecto Hydrosheds y su libre acceso

ha ayudado de forma sustancial el desarrollo del presente trabajo y hapermitido el importante ahorro de tiempo, garantizando asimismo una

buena calidad del producto.

Debido a la enorme extension que cubre esta informacion y para mayor

comodidad en el manejo de esta, es necesario extraer, de ambos temas

[direccion de flujo y acurnulacion de flujo), la region a trabajar.

EI. Determinacion del umbral de acumulaclon

Consiste en determinar el flujo de acumulaclon adecuado que

permita obtener las unidades de drenaje (watersheds), de acuerdo

con la metodologfa Pfafstetter: "cuatro unidades de drenaje tipo

cuenca (cuyas areas de drenaje sean las mayores) y cinco unidades

de drenaje de tipo intercuenca (que incluye ala unidad de drenaje

de cabecera). Se debe indicar que las mayores areas de drenaje

corresponden a las unidades con las mayores acumulaciones de

flujo. Por tanto, los cuatro tributarios con las mayores acumulaciones

de flujo de una cuenca, corresponden a las cuatro unidades

hidrograficas con las mayores areas de drenaje.

Este es un procedimiento iterativo de ensayo y error; siendo la

manera mas sencilla de determinar el umbral de acumulaci6n

adecuado para obtener los tributarios necesarios. En este ensayo,se debe procurar que la acumulaclon de flujo eleglda finalmente,

sea 1 0 suficientemente adecuada para visualizar el flujo principal

y cuatro tributarios, sin importar que tan pequefios puedan ser

estes: basta tan solo que aparezca un pixel como flujo tributario

para ser considerado como tal.

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En ArcGis, este procedimiento se realiza en la ventana "Layer

Properties", seleccionando (haciendo doble clic) el tema que posee

la informacion de acumulacion de flujo, de donde se elige la

pestafia "Symbology" y de esta, la presentacion "Clasified", para

realizar una clasificacion en dos rangos (Figuras W 3.2.4 y 3.2.5).

EI primer range va de 1 a un numero "N" (valor calculado por el

sistema, de acuerdo al metoda de clasificaci6n empleado, por

defecto es "Natural Breaks" - Jenks) y el segundo, del nurnero "N"

al numer o maximo que alcanza la acumulaci6n de flujo .

Figura N " 3 .2 .4 : In fo rm ac io n d e A cu rn ula clo n d e F lu jo d e la m is ma p ar te d el te rr ito rio s ud am er ic an o,

mostrada ta l co mo A rc Gis 1 0 presents orlglnalmente, ba]o e l tipo "Stre tched" en escala de grises.

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Figura NO3.2.5: Enla opcion de presantacion "Classi f ied", deterrninar do s ranges de dasificaclon,

ta l co mo m ue stra la figu ra . t.u eg o ele gir la operon " Cla ss ify . .. " p ar a e fe ct ua r la s p ru eb a s n ec es ar la s

en busca de l urn bra I de a cum ula clon adecuado en esca la de grises.

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EI numero "N" es can el que se debe realizar los ensayos. Este

proceso se realiza can la opcion "Classify ..." (Figura NQ3.2.5) Y

modificando el primer "Break Value" y aceptando los cambios

cada vez, can el baton "OK" (Figura Nil 3.2.6). Para poder visualizar

los cambios en la vista, al primer range, (que es el que no deberfa

aparecer), se Ie asignara el color "invisible" - sin color; y aIsegundo,

se Ie asignara un color cualquiera, que par canvenci6n puede ser

el color azul (Figura NQ3.2.7 Y3.2.8)

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Me . . . "

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l':

S ~~DO ~ .

1.lM.5U

Figura N" 3.2.6: En"Break Values", el pri mer valor es con el que realizara las pruebas,

Encada ensayo realrzado, aceptar con "OK".

G...... . . I s _ " '" 1 E "" '~ : Di Op b,o ~ ~ I,.....~. ." U il ol oi . . 1

- " iITflOl't."

Fi!Ido

Wn:

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: : : J _ Ir-----3...,~ _: I" : : : J a ..: . tv.. . I

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~:,(IOO.OOOOI4.-,11.9

Figura N" 3.2.7: AIprimer rango se le apllcara un color "invisible", val segundo se le

asignara un color cualquiera,

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• ~.1' ':I1 ••n

•.•~·e. .iii

Figura N" 3.2.8: AI pri mer rango se Ie aplicara un color "invisible", y al segundo se Ie

~sign~ra un color cu a Iqu lera,

Una vez obtenida la clasificacion adecuada, que posibilite la

determinaci6n de los cuatro tributarios mas lmportantes, se

continua can el siguiente subproceso.

b. Obtenckin de un tema de reclaslflcaclon

Una vez obtenido el umbral de acurnulacion, es necesario salvar

estos rangos en un nuevo tema temporal, can el proposito de

capturar los valores relevantes en una nueva clase.

En ArcGis, este proceso se realiza eligiendo la opcion "Reclassify"

del menu correspondiente a la extension "Spatial Analyst". En

"Input Raster" se elige el tema en el cual se realize el calculo del

umbral de acurnulaclon y en la columna "New Values", se debe

colocar "0" al primer rango y "1" al segundo. Luego se debe

presionar "OK" para aceptar los cambios y crear el nuevo tema.

(Figura NQ3.2.9)

Este terna, cuyo nombre inicia con las palabras "Red ass of ....",

presenta dos categorias, "0" Y {Ii; la primera categoria correspondeal valor lrrelevante, por 1 0 tanto lgnorado, y la segunda, es la

categoria de interes, ya que agrupa los cursos de agua, obtenidos

del umbral de acumulacion, cuyas unidades de drenaje 0cuencas

seran generadas. (Figura NQ3.3)

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C a n c e l ~K

Figura W 3.2.9 : E lig iendo el tema. en el cua Ise real lzaron las pruebas de busca del valor

de l u mb ra I d e acurnulacicn, se ingresan nuevas valores para cads range: "O" V "1JJ~egun

mucstra la figura: Accpta r con "OK" para crea r cI nuevo tcrna.

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Figura N " 3,3 : Tema tempora l generado, de nombre "Reclass of . ,", observese e l color

que posee cada rango Vsus correspond lentes en la v ista _ E I color fucsla represents aI

valor "1", conformado por los curses de agua determinadcs por el umbral de acurnulacion

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c. Generaclon de la red de drenaje relevante

Este procedimiento se realiza para obtener un nuevo tema que

presente solamente los cursos de agua, correspondiente a la

categorfa "1" del tema producto de la reclasificaci6n. Este nuevo

tema es importante pues a partir de la red de drenaje que en ella

se determine, se generaran las respectivas unidades de drenaje,

cuencas 0watersheds.

EI proceso en ArcGis, consiste en crear un tema de tipo "Stream

Link", cuya ventana se ubica en "ArcToolbox", en las herramientas

de "Spatia I Ana Iyst", dentro de la categorfa "H id rology". En la

opcion "Input stream raster", de esta ventana, se ingresa el nombre

del tema reclasificaci6n, creado en el paso anterior; en la slgulente,

en la opcicn "Input flow direction raster", se indica el nombre del

tema que contiene la informacion de la dlreccion de flujo; y

finalmente, en la cpcion "Ouput raster", se ingresa el nombre deltema de salida. (Figura NQ3.3.1).

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Figu r a W 3.3.1: Ge neracton del terna "Stream Li nk", obse rvese la u brcacron de esta

herra mienta dentro de "Arctoolbox" y su v en ta na d e c re aclon , la cu al re quie re la s tern as

de la reclaslflcarion y de la dlreccion de flujo.

EItema obtenido contiene solamente la informacion de la categorfa

"1", comprendido por los cursos de agua obtenidos de la

determinacion del umbral de acumulaci6n. (Figura NQ 3.3.2)

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Figura N" 3.3.2: Tema "St ream Link" generado.

d. Generacion de Watersheds

Para la gener acion automatics de watersheds - cuencas

hldrograficas -, se requiere principalmente de la direccion de flujo

yel enlace de cursos 0 "stream link".

Ciertamente, no es el unico metoda de generacion de unidades

de drenaje 0watersheds, ya que existen otras tecnicas que emplean

datos de tipo puntual como los puntas de desembocadura 0"pour

points", que se emplea para generar de forma controlada por el

usuario la unidades de drenaje a watersheds.

En ArcGis, este proceso se realize con la utilidad "Watershed" del

"ArcToolbox", en el item "Hidrology" de "Spatyal Analyst" (Figura

NQ3.3.3). Esta herramienta solicita como informacion de entrada:

la direccion de flujo y los cursos de agua - "stream link", generados

en los pasos anteriores. En la opcion "Input flow direction raster"

se ingresa el nombre del tema que contiene la informacion de la

direcclon de flujo; dejando el nombre del tema "stream link", parala opclon: "I nput raster or feature pour poi nt data". FinaImente,

se indica el nombre de un tema de salida, que contendra las

unidades de drenaje 0watersheds requeridos. (Figura NQ3.3.4)

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Figura W 3.3.3, Observese la ublcaclnn de la herramienta "Watershed" y su

correspondiente interface de ingreso.

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Figura W 3.3.4; Interface de ingreso de la herrarr.ienta "Watershed".

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EI producto obtenido es un raster, en donde las cuencas son

presentadas por agrupaciones de pixeles de igual valor; esto puede

hacerse evidente asignando colores diferentes a las cuencas, a

traves de la ventana "Laver Propperties" del tema, cambiando el

modo de presentaci6n a "Unique Values". (Figuras NQ3.2.4 V 3.3.5)

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Figu ra N' 3.3.5. Watersheds gen erados y diferen clados por colores.

2) Generacion Vectorial de Unidades Hidrograficas

Este proceso consiste en convertir las unidades hidrograficas 0watersheds

obtenidos, al formato vectorial de tipo polfgono. En algunos casos este

proceso podrfa ser simple 0 directo, sin embargo, de acuerdo a la

complejidad V cantidad de cuencas que se desee delimitar a la vez, podrfa

ser necesario realizar una conversion al formato lineal, es decir, pasar de

polfgonos a Ifneas, con las cuales la edici6n suele ser mucha mas sencilla

V rapida, Luego de la edicion lineal, se procedera a la reconversion al tipo

polfgono, quedando de esta forma listo para el proceso de lIenado de la

tabla de atributos con los codigos respectivos.

a. Conversion de raster a poligono

EnArcgis, este procedimiento se efectua con la herramienta "Raster

to features ...", de la opcion "Convert", del menu perteneciente al

modulo "Spatial Analyst". En la primera opcion de esta ventana

(Figura NQ3.3.6), se elige el tema raster a convertir, en este caso,

la que contiene los watersheds. Las opciones "Field" V "Output

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geometry type" deben quedar con los valores "Value" y "polygon",

respectivamente. A criterio del usuario activar 0 desactivar la

opci6n "Generalize lines" (Generalizaci6n de Ifneas) y por ultimo,

se debe asignar un nombre de salida para el nuevo tema vectorial.

En la figura W 3.3.7, se muestra el tema vectorial sobre la

informacion raster de watersheds, en los que se ha eliminado los

elementos innecesarios (Ifneas no utiles para la conformaci6n de

los watersheds requeridos) e integrado convenientemente.

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Figura N" 3.3 .6 : Observese el m6du 1 0 "Spatial Analyst " y la interface de ingreso de la

herramlenta "Raster to Features" para cada uno .

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-0~

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Figu ra N" 3.3.1: Informacion vectorial de pol lgonos (Iineas rajas) sobre los watersheds

raster. N6tese que se han eliminado Vfusionado convenientemente algunos pol iganos

para obtener las nueve unldades requeridas,

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La opcion "Generalize lines", en estado activo (checked), realiza

la generalizacion de los contornos poligonales, evitando que estos

bordes lineales presenten segmentos "aserrados" debido a la

forma de los pixeles (uncheked). Lo que realiza "Generalize lines",

es aumentar el tarnafio de los segmentos que conforman los arcos

y en consecuencia, disminuir el nurnero de vertices.

b. Conversion de poligonos a Hneas:

Encaso de ser necesario, debido a modificaciones que se requieran

realizar en la delimitacion de las unidades hidrogrMicas, es

recomendable que se adicione este proceso al trabajo de edicion,

ya que el trabajo en Ifneas es mucho mas versatll y rapldo por el

gran nurner o de herramientas que existen para ello.

EIproceso en ArcGis, es mediante la herramienta "Polygon to Line"de la categorla "Features" de la secci6n "Data Management Tools"

de "ArcToolbox". (Figura NQ3.3.9)

c. Generallzaclon de lineas:

Si en el proceso de conversion de raster a poligono (a.) no se activo

la opcion "Generalize lines" entonces puede ser necesario aplicar

un proceso de generalizacion a Ifneas obtenidas a traves de la

herramienta "Smooth Line" (Suavizado de linea), ubicado en la

categorfa "Generalization" de la seccion "Data Management" del

"ArcToolbox" (Figura NQ3.3.8).

EIvalor de "Smoothing Tolerance" que solicita esta herramienta

debe estar dado en unidades del mapa (Grados = coordenadas

angulares 0Metros = coordenadas lineales) y debe ser de una

dimension superior al tamafio del pixel que dio origen a las Ifneas

de forma aserrada. Para nuestro caso, el tarnafio de pixel empleado

es de 90 metros (3" de arco) equivalente a 0,00083 grados y el

valor de "Smoothing Tolerance" debe ser superior a este. Ante

esto, se ha calculado que un valor adecuado es aquel que sea 4

veces superior al valor del segmento minimo a generalizar (0,00083

grados) con 10cual se obtiene el valor de 0,003 grados que es muy

apropiado para este tipo de trabajos.

d. Reconversion de lineas a poligonos:

Con el tema de lineas concluido, se procede a generar los poligonos

corres pon die ntes.

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La ubicacion de esta herramienta, en ArcGis, es similar a la anterior.

Se encuentra en "ArcToolbox", en la seccion "Data Management

Tools", en la categorfa "Features" con el nombre: "Features to

Polygon". (Figura NQ3.3.9).

Figu ra N" 3.3.8, l.oca lizaclo n de la

herram ierrta "Smooth Line",

3.2.2 Codificacion de Unidades Hidrograficas

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11-

Figura W 3_3_9: Locallaaclon de las

herra mie n tas "Feat u res to Po Iygo n" y"Polygon to Line".

La codiftcacion de unidades hidrograficas sigue los fundamentos

de la Metodologia Pfafstetter, que se ha expuesto en el

Capftulo II.

Una vez conformado el tema de polfgonos, que representan las

unidades hidrograficas, se realiza el proceso de codificacion en su

respectiva tabla de atributos. Esta tabla debe presentar una

estructura pre-establecida, que puede ser unica 0de tipo relacional.En el primer caso, en la tabla unlca, todos los campos son ereados

en la misma tabla, en la cual la reiteracion de datos es comun: en

el segundo caso, las tablas relacionales son estrueturadas de tal

manera de que no existe redundancia de datos, expresadas en un

conjunto de tablas relaeionadas por campos en cornun.

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EI i ngreso de informacion tabular es un proceso muy sencillo en

SIG. A medida que se va seleccionando cada poligono del tema,

se ingresaran los datos correspondientes a ese elemento, en el

registro respectivo de la tabla de atributos.

La informacion contenida tabularmente, debera contar

principalmente de campos para almacenar los codigos Pfafstetter

de las unidades hidrograflcas en los diferentes niveles, asi como

el nombre y area 0superficie de las mismas.

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Figura N' 3.3.10: Proceso de codltlcaclon tabular. observese el tema de unidades hidrograflcas

conclu ido LOn10in formacion de su lab ia de atrl butos LOmpleta .

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http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm ?TopicNa me=welcome

• Ruiz, Rosa; Torres, Humberto y Aguirre, Mario. Memoria Descriptiva de la Delimitaci6n

y Codificaclon de Unidades Hidrograficas del Peru. INRENA. Lima. 2006.

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http://edcd aac.usgs.gov/ gtopo3O/hyd to!

• Verdin, Kristine L . 1997. "A System for Topologically Coding Global Drainage Basins

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http://gis.esri.com/library/userconf/proc97/proc97/to350/pa p311/p311. htm

• Silva, Paulo Afonso. Classificacao e Codificacao das Bacias Hidrograflcas Brasileiras

segundo 0Metodo Pfafstetter, com usa de Geoprocessamento. II Encuentro de las

Aguas - Foro Interamericano de Gestion de Recursos Hfdricos, organizado por IICA

Uruguay. Montevideo. 1999.