Grass/Qgis
ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Desde el comienzo del proyecto se produjo un pequeño error al momento de georreferenciar las cartas, ya que toda la cartografía obtenida fue escaneada para lograr su digitalización, por lo que presenta errores de alineamiento; dichos errores fueron disminuidos mediante los programas de edición Photoshop y Photoscape, estos editores no fueron escogidos aleatoriamente, sino que un factor a considerar fue el tamaño de los archivos y su formato, el cual limitó la variedad de programas de edición que se podrían utilizar, ya que algunos no soportaban la imagen o al editar disminuía en gran medida la resolución original del archivo. Algunos de estos programas descartados fueron Picasa, Paint.net y Paint.
Los errores de alineamiento ya mencionados fueron minimizados pero no corregidos en su totalidad, por lo que se pudo observar en la imagen arrojada por el software líneas negras en distintos bordes, las cuales resultan del alineamiento por defecto que realiza el QGIS al georreferenciar. Como la corrección hecha por el software no fue significativa, fueron despreciadas, pero de igual forma obstaculizó en menor medida la digitalización de los cauces en algunos sectores de unión de las cartas, debido a que afectaba en parte la visibilidad y continuidad de las líneas representativas de los tributarios.
Con respecto a la digitalización de los cauces se observó que no era posible obtener directamente el valor de la longitud del Río Tocuyo en un solo tramo, por lo que fueron sumados aquellos atributos pertenecientes al mismo, en total sólo fueron dos tramos, ambos de fácil ubicación en la tabla de atributos ya que presentaban el mismo nombre. La longitud total del cauce en la cuenca fue de 89.173762 Km. Para Km con 3 decimales es suficiente.
Otra limitante surgió en cuanto a la digitalización del polígono, debido a que el color de fondo del mismo era sólido, y restringía la visibilidad de la cartografía al momento de colocar los vértices. Esto fue resuelto configurando en la capa la opción de relleno, disminuyendo la opacidad.
PÁGINA 131 Figura 40. Limitante en la digitalización de polígonos en QGIS
Fuente: Propia
Al terminar la digitalización de tanto la hidrografía como de los embalses, se notó a simple vista que la cantidad de hojas cartográficas georreferenciadas abarcaba mayor espacio del necesario para una correcta representación de la cuenca en estudio (Fig 41). Por este motivo fueron descartadas las hojas:
6147 Serranía de Baragua. Lara 6247 Siquisique. Lara
6346 Barquisimeto. Lara 6347 Aguada Grande. Lara
Además que a mayor cantidad de imágenes ráster cargadas en QGIS, disminuye la velocidad de procesamiento de datos en el ordenador.
PÁGINA 132 Figura 41. Mosaico total de hojas cartográficas
Fuente: Propia
Con la utilización del primer programa para la delimitación de la cuenca, el cual fue Global Mapper 15, los resultados visualizados fueron deficientes. Al probar con un área mínima de 30Km2 se generó un total de 37 subcuencas, mostrando espacios vacíos entre ellas, que al comparar con la cartografía correspondían a planicies. Para obtener una idea estimada del trabajo realizado por el software se contrastó este resultado con los obtenidos para áreas mínimas de 50, 100, 150 y 200Km2, donde indicaba que a mayor área mínima colocada, las separaciones entre subcuencas acrecentaban. Además de esto, se generaron varias subcuencas que al ser buscadas por QGIS en la tabla de atributos presentaban áreas muy pequeñas, descubriendo posteriormente al acercar la imagen que eran pixeles. Todas éstas fueron eliminadas luego en la edición.
Estas deficiencias podrían ser ocasionadas por el método de interpolación que el programa utiliza, debido a que su función no está orientada por completo al área hidrológica, generando direcciones de flujo alejadas de la realidad. Se menciona que el error podría radicar en la interpolación debido a la ausencia de subcuencas en lugares planos, lo que indica que el Fill Pits no bastó para que existiera continuidad de alturas en el modelo digital que utiliza el software para delimitar la cuenca.
PÁGINA 133 El siguiente programa utilizado fue GRASS/QGIS, que al comienzo no ejecutó propiamente las herramientas, originando una sola cuenca a pesar de haber indicado el valor de área mínima.
Figura 42. Primera ejecución de GRASS/QGIS
Fuente: Propia
Con intentos posteriores se encontró que al activar el botón de "Establecer la región actual al mapa seleccionado" (El cuadro rojo que aparece en explorador, de la barra de herramientas de Grass) sobre la capa que arroja luego del comando
r.in.gdal, correspondiente a importar el ráster cargado (fig 43), el programa genera
sin problemas las subcuencas. Todo radica en el hecho de que el GRASS no ajusta por defecto el área de trabajo, por lo que tomaba toda la imagen, incluyendo los bordes externos de la misma, creados por el complemento al aplicar una herramienta previa. Éstos son espacios en blanco, lo que hace que el software no lea correctamente los datos.
PÁGINA 134 Figura 43. Herramienta de GRASS
Fuente: Propia
Figura 44. Antes y después de aplicar el ajuste
Fuente: Propia
Al generar subcuencas de distintos tamaños, se observó que en la tabla de atributos aparecían muchos de ellos con valores iguales de área, y que a su vez eran muy pequeños, repitiéndose los valores 692,97m2 y 808,46m2 de manera seguida o intercalada. Seleccionando estos elementos, no eran visibles en la
PÁGINA 135 ventana de trabajo, por lo que al hacer zoom a la imagen se encontraron cadenas de subcuencas, mayormente entre la frontera de tres o más subcuencas.
Figura 45. Espacios vacíos generados por GRASS
Fuente: Propia
Detallando los archivos generados por las herramientas previas a la vectorización se consigue que entre el archivo de subcuencas y el de vector, el QGIS toma los bordes de los pixeles como líneas cuando lo transforma a formato vectorial, lo que genera en la frontera de varias subcuencas un cruce de líneas (Fig 46) y deja de tomar área de la subcuenca original y toma este cruce como una nueva subcuenca.
Figura 46. Cruce de líneas generadas al vectorizar
PÁGINA 136 En vista a esto, se consideró conveniente realizar una estimación del error causado por estas pequeñas áreas. Dicha estimación fue hecha para subcuencas de área mínima 30, 50 y 150 Km2, demostrando así que a mayor área mínima, la cantidad de subcuencas pequeñas disminuyó, y que el error es despreciable. La dificultad se presentaría en la extracción de datos de la tabla de atributos, ya que habría que realizar una edición previa, lo cual podría retrasar el tiempo de trabajo, debido a que se generan gran cantidad de estas subcuencas.
Luego de solventar estos problemas, se procedió a delimitar y editar subcuencas correspondientes a valores de 30, 50, 100, 150 y 200Km2, observando que en comparación con Global Mapper, éstas se ajustan mejor, ya que no presentan espacios entre ellas, y con la capa de hidrografía sobre las subcuencas, las mismas representan una mejor aproximación a la realidad.
Utilizando MapWindow, otro de los programas aplicados para delimitar subcuencas, el primer inconveniente ocurrió al generar la cuenca mediante la herramienta TAUDem Advanced Functions, ésta presentaba un espacio vacío que dividía a la cuenca, el cual se generaba en la dirección de un tributario aportante al embalse Atarigua, apareciendo entre los procesos de Peuker Douglas y Slope
Area Combination. Mediante esta herramienta solo se genera una cuenca total con
PÁGINA 137 Figura 47. Cuenca generada en MapWindow
Fuente: Propia
Este problema no se logró solventar, y se cree que surgió a partir de la ubicación del punto de salida del embalse Atarigua, el cual sirve de límite para la creación de la cuenca, guiándose por los tributarios generados en el programa, además este inconveniente pudo ocurrir por el tamaño del archivo geotiff de entrada que debe ser de un tamaño mayor al de la delimitación de subcuencas. Se puede indicar que este proceso es largo y necesita gran cantidad de memoria por parte del
PÁGINA 138 procesador de la computadora, por lo que requiere mayor cantidad de tiempo para generar cada archivo.
Sin embargo, este software posee un comando Automático, ubicado en
Watershead Delineation; con esta herramienta la delimitación se genera con
menos lentitud y logrando generar diferentes subcuencas con tamaños mínimos de áreas, este proceso se puede ejecutar con líneas shape de hidrografía o con puntos de salida. Al comparar las subcuencas arrojadas por ambos procedimientos se observa que guardan semejanza entre sí, la diferencia radica en que al utilizar puntos de salida no genera subcuencas exteriores a las utilizadas en el área de la cuenca, por lo que no se necesita editar el archivo shape para eliminar subcuencas externas.
Es importante destacar que aún para áreas mínimas de gran amplitud como 150 y 200km2, se generan subcuencas muy pequeñas que no cumplen con el límite inferior asignado, al igual que se presenta un área en la tabla de atributos de 0.01 Km2 que no es visible en las subcuencas, y que se repite en todos los casos.
Figura 48. Área mínima de 150km presentando subcuencas inferiores al tamaño límite
Fuente: Propia
Comparando los resultados obtenidos al tomar como referencia la hidrografía y al hacerlo con puntos de salida, se apreció que la primera genera menor cantidad de
PÁGINA 139 subcuencas, encontrándose la mayoría con áreas por encima del valor límite inferior asignado, lo cual no sucede en el segundo caso, donde ocurre lo contrario. Esto puede ser debido a la cantidad de puntos incluidos en la delimitación, por lo que el software asignará una subcuenca a cada uno, adicional a los generados por la herramienta. También es notado que al tomar como referencia la hidrografía, el resultado es similar a lo arrojado por los programas anteriores, por lo que fue considerada ésta como opción viable al utilizar Map Window.
El último programa utilizado fue Surfer 12, donde la generación de subcuencas es mucho más rápida que con softwares anteriores, ya que presenta menos procedimientos, permitiendo variar directamente desde la tabla de propiedades el tamaño mínimo para cada delimitación. Cuando el proceso fue realizado para subcuencas de 150km2, se notó que se creaba una pequeña área, muy cercana al lugar donde los programas anteriores generaban algo similar. La misma ya no aparece al colocar el tamaño mínimo como 200km2, siendo ésta última, una de las imágenes resultantes que mejor se ajustaban y representaban la cuenca en su totalidad (Fig. 49).
Figura 49. Subcuencas de tamaño mínimo 150 y 200Km2 respectivamente en Surfer
PÁGINA 140 Por otra parte, todos los programas aplicados presentaban al momento de generar las subcuencas un área correspondiente a la zona aguas debajo del embalse Atarigua, esto puede ser causado por las direcciones de flujo que cada software construye, ya que sólo al usar MapWindow con puntos de salida como referencia, fue indicado el límite de la delimitación, y en este caso no sucedió lo mencionado. También ocurrió que al variar el tamaño mínimo para las subcuencas, el elemento creado cercano al embalse Atarigua también variaba, indicando que se comportaba de forma directamente proporcional. Estas áreas adicionales no afectan el estudio de la cuenca.
Al comparar todas las capas generadas por los diversos programas, y tomando como referencia la delimitación manual hecha en QGIS, se observa que lo arrojado por Global Mapper no es representativo del área de estudio, por lo que fue descartado. Sin embargo, este software es fundamental para la exportación de imágenes base como GeoTiff y Surfer Grid para la aplicación de los demás programas, además de proporcionar las curvas de nivel para otras aplicaciones. Con respecto a GRASS, éste presentó resultados aceptables y con márgenes de error despreciables, pero su manejo es complicado y poco agradable hacia el usuario, ya que necesita generar gran cantidad de archivos donde se debe indicar el directorio de salida de cada uno, además del inconveniente mayor que se presenta al vectorizar la imagen, porque si se quisiera trabajar con áreas de subcuencas pequeñas, la cantidad de errores sería muy grande, así no afecten en gran medida el valor del área total, lo que crearía confusión al momento de extraer los datos.
En cuanto a lo generado por MapWindow se observa que con base en la capa de hidrografía arroja mejores resultados que con los otros dos métodos, sin embargo, sigue presentando áreas menores al tamaño mínimo indicado, además de la gran cantidad de tiempo que es necesario invertir en cada una de las delimitaciones. También fue observado que al utilizar como referencia la capa shape de puntos de salida, el área total de la cuenca no presenta cambios entre los tamaños mínimos
PÁGINA 141 con los que fue probado, lo que quiere decir que con esta opción se genera el mismo contorno de la cuenca, lo que no ocurre con otros programas (Tabla 4). Por último, al analizar lo arrojado por Surfer, se notó que las áreas generadas para distintos tamaños mínimos se comportan de manera similar a los resultados obtenidos por los software anteriores, lo que indica que su método de interpolación es confiable, a pesar de que su procedimiento es bastante corto.
Teniendo en cuenta todas las delimitaciones dadas por los cuatro programas, se mostró que las subcuencas con área mínima de 200Km2 se ajustaron mejor a la hidrografía de la cuenca, ya que generaba menor cantidad de elementos, y de éstas las dos opciones más representativas fueron las generadas por GRASS y Surfer con valores de áreas muy similares e igual cantidad de subcuencas, siete en total. Comparando minuciosamente ambos resultados se encontró que en las creadas por GRASS existían elementos en la tabla de atributos con valores de área menores a 1Km2, y que no eran visibles. Esto pudo ocurrir por el problema al vectorizar antes mencionado. Por este motivo fue descartada esta opción, y quedando como programa a utilizar Surfer, ya que presentando similitud con GRASS, no generó errores en su ejecución.
Posteriormente superponiendo la capa vectorial de la hidrografía digitalizada manualmente con la red de drenaje generada por Surfer 12 se observó en primer lugar la aparición de cauces en la red de drenaje que no aparecían en la hidrografía digitalizada desde la cartografía. Al comparar ambas con las hojas cartográficas fue notado que la zona donde ocurría esto es ahora zona urbanizada. La delimitación no es exacta ya que los programas generan la red de drenaje en base a la topografía del terreno, y no considera la existencia de los cambios que ocurren en campo (Fig. 50).
En este caso, muchos cauces que aparecen en la red de drenaje fueron modificados, ya que en el mapa base se observaba como dichos cauces fueron redirigidos hacia pequeños cuerpos de agua, producto de terrenos modificados para el desarrollo de los cultivos de la localidad. Fue tomada como prioridad la
PÁGINA 142 hidrografía digitalizada manualmente (Fig. 51), y editada en algunas partes para ajustar ambas redes de drenaje.
Figura Nº 50. Red de Drenaje realizada por el programa Surfer 12
Fuente: Propia
Figura Nº 51. Red de Drenaje Digitalizada manualmente.
PÁGINA 143 La delimitación final dada por los softwares también tuvo que ser editada, esto es debido a un problema originado en las zonas planas de la cuenca, específicamente en las zonas cercanas a Atarigua. Al rellenar los pits o sumideros para la delimitación automática, las zonas planas son asignadas con un valor único de altitud o con poca diferencia entre ellas, lo que ocasiona poca pendiente del terreno y por ende dificulta la generación de una red de drenaje apropiada. Ya que no se conoce aún algún método efectivo para la corrección de este problema, se recurrió a superponer en QGIS la capa vectorial correspondiente a la delimitación de la cuenca y sus subcuencas, la capa ya editada de la hidrografía y las curvas de nivel de la zona, generadas previamente en Global Mapper.
Tomando como referencia las curvas de nivel y la hidrografía, la delimitación en la zona plana fue editada y ajustada. El resto de las subcuencas se mantuvieron en su forma original. La capa base utilizada para la delimitación fue la creada por Surfer al colocar como umbral mínimo 150Km2 y tomando en la parte alta de la cuenca dos subcuencas del umbral mínimo de 100 Km2. Como resultado se obtuvieron once (11) subcuencas. (Fig 52)
Figura 52: Nueva delimitación de subcuencas
PÁGINA 144 El FRA obtenido mediante las Isoyetas fue de 0.59 para el punto de salida, el cual se encuentra a la salida del embalse Atarigua. Aplicando la fórmula propuesta por Guevara, el factor fue de 0.492. Los factores variaban en un 16.61%. Para los hietogramas de diseño fue tomado el valor de 0.59, ya que éste fue calculado para la región donde se encuentra la cuenca alta de Rio Tocuyo, en cambio con la ecuación de Guevara se toma en cuenta toda Venezuela, lo que la hace más general.
Para el análisis estadístico de los datos de precipitación máxima para la estación centro de tormenta, mediante HidroESTA se estudiaron de forma inicial dos casos. El primero consistió en realizar el análisis tomando todos los años de registro en común, es decir, los 27 datos. Para el segundo caso fueron eliminados aquellos años que no presentaban registro en el mes crítico, obteniendo 13 años de registro como datos, esto fue realizado para chequear la confiabilidad de trabajar con 13 años de registro.
Tabla 9: Ajuste de Distribuciones de Probabilidad. Caso I
Fuente: Propia
Tabla 10: Ajuste de Distribuciones de Probabilidad. Caso II
PÁGINA 145 Se tomó una distribución en común para ambos casos. En el primer caso la distribución log-normal 3 parámetros es la mejor ajustada pero en el segundo caso existen duraciones a las cuales dicha distribución no ajusta, por lo que es descartada para la comparación. Como se trabaja con valores extremos, la distribución Gumbel (ajustada en ambos casos con deltas bajos en la mayoría de las distribuciones) se toma como referencia. Se realizaron las curvas PDF e IDF bajo esta distribución para ambos casos.
Tomando dos valores de periodo de retorno aleatorios se compararon las curvas IDF generadas. Primeramente se compararon las curvas para un periodo de retorno igual a 15 años. (Tabla 11)
Tabla 11: Comparación de curvas IDF (Tr=15)
Fuente: Propia
Figura 53: Comparación de curvas IDF (Tr=15). Gráficos
PÁGINA 146 Se observa que para la primera duración el valor de Intensidad en el primer caso es mayor pero a partir de allí, la curva del segundo caso comienza a aumentar con respecto a la otra. Dichos cambios se pueden tomar como despreciables ya que para las duraciones de 1 hora en adelante las curvas presentan la misma tendencia. La comparación fue realizada de igual manera para un periodo de retorno de 100 años, obteniendo valores similares. (Tabla 12)
Tabla 12: Comparación de curvas IDF (Tr=100)
Fuente: Propia
Figura 54: Comparación de curvas IDF (Tr=100). Gráficos
Fuente: Propia
Con estos valores se confirma que es posible trabajar con el segundo caso, donde no se incluyen los años de registro con valores faltantes en el mes crítico.
En la tabla con los deltas de ajuste de cada distribución se observó que para el segundo caso Gumbel no es la mejor ajustada. Se toma la distribución log-normal