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INCONVENIENTES ENCONTRADOS EN EL SOFTWARE ARCGIS, PARA EL ESTUDIO Y DELIMITACIÓN DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS DISADVANTAGES FOUND IN THE SOFTWARE ARCGIS, FOR THE STUDY AND DELIMITATION OF HYDROGRAPHIC BASINS

Resumen— En este artículo, se desarrolla uno de los inconvenientes más destacados encontrados al delimitar una cuenca hidrográfica, con la herramienta de geo procesamiento (GIS) ArcGis. Partiendo de la experiencia como estudiante de Ingeniería civil, hemos encontrado problemas al manipular el software ArcGIS, y su herramienta ArcSWAT (Soil and Water Assessment Tool), el cual permite realizar el estudio de una cuenca hidrográfica, de una forma más rápida. Una vez realizado la delimitación de la cuenca en el software con la ayuda de un DEM (Modelo digital de elevación) determinado, se intenta realizar la delimitación de esta misma cuenca, pero con un DEM diferente al utilizado en la primera delimitación, al realizar la acción anterior, el programa colapsa o en ocasión se detiene por un tiempo significativo. Como estudiantes de ingeniería civil, teniendo en cuenta la importancia de este software en nuestra vida laboral, deseamos conocer las posibles razones, por las cuales suceden este tipo de problemas, y hacerlo público, al alcance de personas las cuales se encuentren en la misma situación en la que hemos estado. Realizando un resumen de las posibles razones, y qué hacer ante una situación de este tipo, para no perder la información o el avance realizado.

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Abstract-- this article, there develops one of the most out-standing disadvantages found on having delimited a hydrographic basin, with the tool of geoprocesamiento (GIS) ArcGIS. Departing from the experience like Civil engineering student, we have found problems on having manipulated the software ArcGIS, and its tool ArcSWAT (Soil and Toilet Assessment Tool), which allows to realize the study of a hydrographic basin, of a more rapid form. Once realized the delimitation of the basin in the software with the help of a DEM (digital elevation model) determined, tries to realize the delimitation of the same basin, but with a DEM different from the used one in the first delimitation, on having realized the previous action, the program collapses or in occasion it stops in a significant time. As civil engineering students, bearing in mind the importance of this software in our labor life, we want to know the possible reasons, for which this type of problems happens, and to make it public, within reach of persons who are in the same situation in which we have been. Realizing a summary of the possible reasons, and what to do before a situation of this type, not to lose the information or the realized advance.

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Palabras clave— Mapa (map), ArcGIS (ArcGIS), área (área), perímetro (perimeter), elevación (elevation), GNSS (gnss).DEM (Digital Elevation Model) Key words — (map) Map, ArcGIS (ArcGIS), area (area), (perimeter) perimeter, (elevation) elevation, GNSS (gnss). DEM (Digital Elevation Model)

INTRODUCCIÓN ctualmente los ingenieros civiles deben estar capacitados para realizar estudios hidrológicos, tales como, análisis de ríos, cauces, impermeabilidad en los materiales, permeabilidad de suelos, entre otras. Este articulo desarrollado por estudiantes de pregrado de ingeniería civil de 5 to semestre de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, para la asignatura Geomatica, se estudia la herramienta ArcSWAT y los inconvenientes, al realizar un análisis detallado de los componentes de una cuenca hidrográfica. Analizando del Rio Togüi, ubicado en el municipio de Togüi (Boyacá). Para este tipo de estudios es necesario saber manejar las herramientas digitales, que facilitan la obtención de los resultados, y optimiza el tiempo de trabajo. I.

A

Con el software obtenemos un plano en el cual se presenta los detalles de la cuenca, además de un modelo 3D de la cuenca hidrográfica, y una cuadricula, la cual representa las medidas reales de distancia en el mapa. La presentación de este plano, debe seguir una norma de presentación, en la cual se expone la información importante con respecto a la cuenca, (nombres integrantes, logos, cálculos, convenciones, etc.). Y un perfil longitudinal del cauce principal. Los detalles del análisis del Rio Togüi corresponden a los siguientes: Identificación de la red de drenaje (ríos y quebradas), identificación del cauce principal, curvas de nivel (primarias y secundarias), delimitación de la cuenca, longitud del cauce principal, partes de la cuenca, área, perímetro, elevación media, perfil longitudinal del cauce principal y orden de los cauces. II.

Desarrollo del articular A) Herramientas digitales en ingeniería

Actualmente se cuenta con muchas herramientas digitales, las cuales facilitan el trabajo de un ingeniero civil, permitiendo desarrollar investigaciones especializadas, que de manera manual suelen ser muy complejas y demoradas. Investigaciones necesarias en los campos específicos de la ingeniería civil como los son:      

Hidráulica Resistencia de materiales Geotecnia Sismo resistencia Diseño estructural Entre otras

Representando así una ventaja en cuanto a tiempo y precisión en los resultados. Esta facilidad surge a partir del siglo XXI, el cual gracias a la creación de los procesadores, internet, plataformas web y software especializado, genera una apreciación más profunda de muchos temas de investigación ingenieriles, dejando a atrás los métodos manuales y dando espacio a las herramientas digitales. B) Análisis de una cuenca hidrográfica Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de aguas. El uso de los recursos naturales se regula administrativamente separando el territorio por cuencas hidrográficas, y con miras al futuro las cuencas hidrográficas se perfilan como una de las unidades de división funcionales con mucha más coherencia, permitiendo una verdadera integración social y territorial por medio del agua. También recibe los nombres de hoya hidrográfica, cuenca de drenaje y cuenca imbrífera. Una cuenca hidrográfica y una cuenca hidrológica se diferencian en que la primera se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras que la cuenca hidrológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos). 1) Componentes El análisis de una cuenca hidrográfica está representado por los siguientes elementos. a) Identificación de la red de drenaje Consiste en reconocer las fuentes de alimentación hídrica de la cuenca, ubicando y señalando los ríos y quebradas que componen cuenca. Además del respectivo nombre de cada una de estas. b) Identificación del cauce principal Consiste en identificar la parte más alta y más baja de la red hidrológica de la cuenca. Una vez identificada la red de drenaje, determinamos cuál de todas las fuentes de alimentación de la cuenca, se encuentra más cerca a la parte más alta o en la cota más alta de la cartografía. Designando así el punto de inicio del cauce principal de la cuenca, en el punto donde inicie está quebrada o rio. Para el punto donde finaliza el cauce principal, se toma como la intersección del rio en estudio con otro rio. c) Delimitación de la cuenca (Divisoria de aguas)

La delimitación de la cuenca consiste, en reconocer el área en la cual se produce toda la alimentación hídrica de la cuenca. Incluyendo en la delimitación los elementos anteriormente identificados (Ríos, quebradas, curvas de nivel). d) Longitud del cauce principal Consiste en medir la longitud de la red de drenaje principal de la cuenca. e) Partes de la cuenca Consiste en analizar la cuenca y delimitar sus partes, las cuales son: i)

Cuenca alta o cuenca de alimentación.

Corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran pendiente ii)

Cuenca media o garganta.

Es la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión. iii)

Cuenca baja o cono de eyección

La parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita. f) Área de la cuenca Consiste en medir el área de la cuenca. g) Perímetro de la cuenca Consiste en medir el perímetro de la cuenca. h) Elevación media de la cuenca Hallar la elevación promedio de la cuenca. i) Perfil longitudinal del cauce principal Con las distancias de separación entre curvas de nivel (es constante), y las distancias de separación entre cada una de estas (variable), realizar un perfil longitudinal de la cuenca, en el cual se observa las pendientes del cauce principal. Teniendo en el eje y la distancia de elevación y en el eje x la distancia de separación entre curvas.

j) Orden de los cauces. Asignando a cada rio, quebrada o intersección entre estos, un número el cual relaciona, el número de fuentes de alimentación hidrográfica que se conectan a él. C) Análisis de la cuenca hidrográfica perteneciente al municipio de Togüi Para el análisis del rio se utilizó la cartografía “171-I-A” y “171-I-C”. 1) Análisis de la cuenca en el software Digitalmente se utiliza el software ArcGIS, y sus componentes ArcMap, ArcSWAT, ArcScene. Para el caso de la cartografía principalmente se utilizan las planchas escaneadas en el formato de mapa de bits monocromático (bmp). a) ArcMap Con esta herramienta, se empieza cargando las planchas escaneadas, con la herramienta georreferenciación, se asignan las coordenadas de cada una de las esquinas de la plancha (se invierten las coordenadas dado que en la cartografía están invertidas), se procede a rectificar el error de la referenciación, el cual no puede ser mayor a 20 m, de lo contrario debe repetirse el proceso, hasta estar en un rango de error admisible. Se guardan las planchas con su respectiva georreferenciación. Se procede a cargar las planchas georreferenciadas, con la herramienta vectorizacion, se traza cada uno de los detalles de la cuenca, haciendo una capa diferente para cada uno de los elementos o detalles de la cuenca.

Ej. Capas: Rio y cauce principal. Se utiliza la herramienta georreferenciación con la opción de línea, asignándole el color oscuro y un grosor de 2mm. Casas, Se utiliza la herramienta georreferenciación con la opción de punto, asignándole el color amarillo. Curvas de nivel

Se utiliza la herramienta georreferenciación con la opción de línea, asignándole el color rojo y un grosor de 1mm. Cada una de estas capas utiliza las coordenadas correspondientes al punto MAGNA COLOMBIA BOGOTA. b) ArcSWAT El SWAT es un modelo de calidad hidrológico a escala de cuenta usado para predecir el flujo de la corriente y las pérdidas contaminantes de las líneas divisorias de aguas con cubiertas de tierra, suelos y laderas. El modelo fue desarrollado para ayudar a los administradores de recursos hídricos a evalúan la cantidad y calidad del agua en las grandes cuencas hidrográficas y como un instrumento para evaluar el impacto sobre implementación de prácticas de conservación agrícola. El modelo SWAT, es un producto de más de 30 años de desarrollado por los el Departamento de Servicio agrícola de la investigación en Agricultura, de Estados Unidos, y ha sido usado por todo el mundo (Gassman et al., 2007 y Gassman et al., 2014). El modelo es a base de proceso y puede simular varios procesos como el ciclo hidrológico, la erosión y el transporte nutritivo. Sistema modelo SWAT. Dos modelos Swat, uno para cada línea divisoria de aguas, fueron creados usando los datos más detallados y exactos disponibles. Ya que la cubierta de tierra es una de las entradas de SWAT más importantes y los últimos datos disponibles eran la Cubierta de Tierra Nacional Dataset 2006 (NLCD), una cubierta de tierra más reciente que usa el mapeador de imágenes temáticas del Landsat 4-5 fue desarrollada usando ERDAS SE IMAGINAN 9.3 y ArcGIS 10.0. Cuatro mapeadores de imágenes temáticas Landsat 4-5 a partir de 2010 y 2011 fueron analizados y el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizado (NDVI) calculado en ERDAS IMAGINE usando la ecuación:

Donde VIS Y NIR son las medidas de reflectancia espectrales adquiridas en las regiones visibles (rojas) y cerca infrarrojas, respectivamente El modelo de SWAT (Neitsch et al. 2002) es una versión modificada del simulador para recursos de agua en cuencas rurales (SWRRB) y salidas de encaminamiento a desembocaduras (ROTO) modelos para el uso en cuencas grandes, complejos rurales y usa nuevas estructuras de encaminamiento. El simulador para recursos de agua en la calidad rural de agua de cuencas (SWRRBWQ) era una simulación continua, el modelo de ordenador de paso de tiempo diario desarrollado para simular procesos hidrológicos y nutritivos de transporte en cuencas rurales. Fue diseñado para predecir el efecto de decisiones de la dirección sobre el agua, el sedimento, sustancias nutritivas, y producciones de pesticida en la salida de la cuenca o las subcuencas. En SWRRBWQ una cuenca podría ser dividida en un máximo de 10 subcuencas para representar diferencias de suelos, el empleo de tierra, cosechas, topografía, vegetación, o el tiempo. SWRRBWQ también tenía un componente de calidad de agua

Con esta herramienta es necesario utilizar un DEM DEM (digital elevation model) o modelo digital del terreno: Estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una variable cuantitativa o cualitativa. Para el DEM la variable representada es la cota del terreno en relación a un sistema de referencia concreto. Se descarga el DEM perteneciente a la zona de cuenca, en la página web globaldata.com, se sube el DEM al programa, y el rio vectorizado. Se carga el DEM y se georreferencia, utilizando como punto base de coordenadas MAGNA COLOMBIA BOGOTA, se carga el rio vectorizado, verificando que el rio y el DEM se encuentre en la misma posición y el rio, cuadre con el DEM, Se define la dirección del rio con la herramienta FlowDirection, se define el orden de los cauces con la herramienta FlowAcumulation. Lo siguiente es eliminar los ríos que no están ubicados dentro del área de la cuenca, designando el punto en el cual desemboca el rio, y utilizando este punto como referencia para eliminar los demás ríos cercanos a la cuenca. Delimitar la cuenca con la herramienta wathershed. Guardar para posteriormente abrirlo en el ArcScene. c) SASPlanet Es una herramienta web la cual permite descargar cartografía desde Google Earth, Esta herramienta nos permite descargar modelos con relieve del terreno que vamos a tratar. Descargamos el modelo 3D de la cartografía del municipio de Togüi, utilizando un área aproximada de la cuenca. En este caso utilizamos 20 de precisión. d) ArcScene Cargamos el DEM georreferenciado y el shapefile del watersehed hecho en ArcSWAT, junto con el modelo 3D de SASPlanet. Una vez cargados estos 3 archivos obtenemos una imagen 3D la cual posee la elevación de la superficie de la cuenca, la delimitación de la cuenca y el cauce principal de la cuenca, procedemos a configurar las alturas de cada uno de ellos, para que las 3 superficies se unan de la manera más precisa. Exportamos una imagen para posteriormente utilizarla en la presentación del trabajo. e) ArcMap

Cargamos las capas de curvas de nivel y rio, el wathershed. Obteniendo una vista en planta de la cuenca con sus detalles. A la capa de Rio, en propiedades le agregamos dos celdas nuevas para valore, las cuales corresponden a, el nombre de la quebrada o rio, y el numero perteneciente al orden de esa sección. Para hallar el área y perímetro, usamos las propiedades de la capa watershed, la cual nos arroja estos valores. Para la longitud del rio utilizamos las propiedades de la capa rio, la cual nos arroja este valor. Hallando estos valores se da por terminado la delimitación de la cuenca. Los valores hallados fueron: Área Perímetro Longitud del cauce principal f) Presentación en ArcMap El formato utilizado fue el dado en clase, el cual corresponde a la imagen. 2) Inconvenientes encontrados Al realizar el análisis de la cuenca con el DEM anteriormente nombrado, el programa realizo el análisis y la delimitación de la cuenca de una manera óptima y rápida. Al verificar los resultados obtenidos de la cuenca, con un DEM diferente, el programa colapso. Al realizar este proceso nuevamente, después de haber cerrado el programa y volverlo a iniciar, el programa demoro alrededor de 5 minutos para reaccionar y especificar que no puede cargar este DEM, y posteriormente volver a cerrarse. Es de aclarar que la delimitación realizada arroja de manera correcta los datos de áreas y longitudes, sin ningún problema. Dada la diferencia entre resoluciones de un DEM al otro, genera que el programa no pueda realizar la divisoria de aguas de manera correcta, encontrando como error principal la diferencia de resoluciones de cada uno de los DEM. El software realiza el rastreo de datos con el primer DEM, generando una capa de datos, los cuales representan la base de información para el estudio de la cuenca. Al cambiar de DEM, esta capa de datos de referencia no se encuentra, generando un error en el procesamiento de datos, he impidiendo utilizar los datos del nuevo DEM. III.

RESULTADOS

Para

prevenir

-

una de

las

situaciones

anteriormente mencionadas,

se recomienda:

Antes de realizar el estudio de la cuenca con otro DEM, guardar el proyecto, para no

tener inconvenientes futuros a causa de perdida de información.

IV.

-

Verificar que las resoluciones de los DEM a trabajar sea la misma

-

Verificar que los datos de un DEM a otro, coincidan para no tener fluctuaciones o diferencia entre los DEM.

-

Verificar que cada uno de los DEM, contengan en su totalidad la cuenca en estudio, de lo contrario podrían, presentarse problemas por falta de datos.

-

Verificar que los DEM se encuentren en la misma zona geográfica. Referencias  http://es.slideshare.net/Gianelly45/delimitacion-de-una-cuenca-hidrologica 

https://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_hidrogr%C3%A1fica

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• A.R. Mittelsteta, D.E. Stormb, M.J. Whitec - Using SWAT to enhance watershedbased plans to meet numeric water quality standards

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Ahindra Nag, 2010, Geographic Information System-Based Watershed Modeling Systems...