HIDROGRAFÍA DE LAS CUENCAS EXORREICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO
4.2.1 – MÉTODO DE TRABAJO
4.2.1.1 - Delimitación de cuencas y extracción del drenaje por métodos automatizados
A partir de un MDE matricial es posible obtener de modo automatizado, mediante un SIG, la delineación de cuencas hidrográficas y redes de drenaje. Para ello se utilizó la extensión hydrologic modeling (ESRI) del SIG Arc View v. 3.3. El MDE (datos SRTM) empleado presenta una estructura de malla regular, con un tamaño de celda de 69,04 x 69,04 m.
En primer término, se derivaron las propiedades del terreno dirección y acumulación del flujo. Se emplearon algoritmos que modelizan el escurrimiento superficial, basados en el principio de que el flujo de agua se orienta según la línea de máxima pendiente. En este sentido, las fuerzas gravitatorias y, por tanto, la geomorfología del terreno, son las determinantes del movimiento del agua en la cuenca (Saura et al., 2000). A continuación, se calculó el área vertiente correspondiente a cada celda del MDE. Considerando el formato matricial del MDE, el área vertiente de una celda x consiste en determinar el número de celdas del modelo que pasan por la línea de flujo x (Saura et al., 2000).
La complejidad del área de estudio caracterizada por una diversidad hidrográfica implicó un conjunto de tareas previas. En primer término, se delinearon automáticamente las áreas vertientes empleando umbrales de área bajos (< 0,95 km2) de modo iterativo con la finalidad de identificar aquellas cuencas de tamaño muy pequeño. Usualmente, el empleo de estos umbrales bajos determinó la delineación de subcuencas, por lo que se efectuó la unión de las mismas (polígonos) correspondientes a una cuenca dada. Este último requirió de la interpretación analítica de la cartografía temática, imágenes satelitales y fotografías aéreas existentes.
Otro de los aspectos clave en la modelización hidrológica es la extracción automática de las redes de drenaje a partir de un umbral de área (Quiñonero Rubio y Alonso Sarría, 2007). Para ello se debe establecer un umbral que indique los puntos del terreno que integren una red de drenaje dada. El módulo hydrologic modeling emplea el algoritmo D8 (determinista de 8 soluciones) desarrollado por O’Callaghan y Mark (1984) que constituye el método más empleado en la actualidad. Este determina, a partir de la dirección del flujo en 8 direcciones, aquellas celdas que constituyan un cauce basado en un umbral de área drenada. No obstante, el algoritmo puede resultar poco adecuado ya que la diversidad litológica y, en ocasiones, los usos del suelo condicionan el umbral de área drenada necesario para mantener un cauce (Dietrich y Dunne, 1993).
En la región adyacente a la línea costera, el arroyo Salado divide un área predominantemente sedimentaria al N, de un área dominada por roca volcánica al S, condición que determina un paisaje diferenciado (Cap. 2). En este trabajo se aplicó un método de trabajo basado en la determinación del umbral óptimo para dichos ambientes litológicos diferenciados. Para ello se efectuó un análisis comparativo entre la red de drenaje obtenida en forma manual mediante el uso de fotografías aéreas y la red automatizada mediante algoritmo D8 empleando diferentes umbrales, a partir del cálculo del error de localización de las redes de drenaje (Vitale, com. pers.). Se determinaron dos tipos de error: omisión y comisión (Moreno Brotóns et al., 2010). El error de omisión (EO) ocurre cuando los cauces obtenidos por algoritmo simulan la red en forma parcial respecto de la real; mientras que el error de comisión (EC) se produce cuando el algoritmo genera cauces alejados, con mayor longitud al drenaje real.
Para calcular el error (localización) medio del drenaje automatizado a un umbral dado (Eu) se parte de dos matrices binarias (0=cauce ausente; 1=cauce presente) correspondientes al drenaje real (Dr) y al automatizado (Da). Para la construcción de la matriz de error se realiza una operación matemática en una ventana (W) de dimensión kxl (9 x 9 -0,4 km2- y 15 x 15 -1 km2- celdas) entre las matrices binarias cuyo valor (celda central) es asignado a una celda eij. Se obtiene
e)*=∑ w-.− ∑ w- /
Los subíndices i, j hacen referencia, respectivamente, a las filas y columnas de la matriz.
Por último, el error medio se obtiene como
3 =∑ 471856
A su vez, se discrimina el tipo de error (Eu) en EO y EC de la forma
9: ;< > ;> → 3@ 9: ;< < ;> → 3A.
4.2.1.2 -Análisis estadístico multivariado
Para la caracterización morfométrica de las cuencas hidrográficas se seleccionaron aquellas de superficie mayor a 10 km2. Se obtuvieron mediciones directas en forma automatizada mediante SIG de las variables área, perímetro, máxima distancia en línea recta, pendiente, altura y longitud de los segmentos fluviales. A partir de estas mediciones se calcularon diversos índices relativos a la geometría de la cuenca (amplitud, factor de forma e índice de compacidad) y a la red de drenaje (número de orden, densidad de drenaje) (Tabla 4-1). Los resultados obtenidos se sometieron a análisis estadístico estándar y multivariado. Asimismo, se llevaron a cabo tareas de campo que consistieron en observaciones y el levantamiento de perfiles morfológicos del cauce.
Para el análisis multivariado se seleccionó la técnica de análisis cluster o agrupamiento. La técnica empleada se basó en un método jerárquico y aglomerativo. La medida de asociación (distancia) utilizada es la distancia euclidiana, mientras que el método de agrupamiento es el de Ward. El análisis estadístico de los datos se realizó mediante el programa estadístico de distribución gratuita OpenStat2.
El primer paso consistió en la selección de las variables (numéricas) relevantes para el estudio, a fin de eliminar aquellas que no puedan ser contrastadas en el análisis
de agrupamientos. Para ello se aplicó una medida de similitud (coeficiente de correlación de Pearson) entre las diferentes variables para los casos considerados (Tabla 4-3). Debido a las diferencias en la naturaleza de los datos de cada variable, se realizó una estandarización restando la media y dividiendo por la desviación estándar de cada variable, con media de 0 y desviación estándar de 1.
Para la selección del número de agrupamientos se analizó el dendrograma y las distancias de enlace acumulativas. La determinación del perfil de cada agrupamiento se efectuó sobre la base del análisis de los centroides obtenido a partir de los valores medios de los casos que contiene el agrupamiento en cada una de las variables.
Parámetro / índice Fórmula / símbolo
Área (km2) A Perímetro (km) P Máxima distancia en línea recta (km) L Amplitud A L W= Factor de forma (Citado en Martínez- Gutiérrez et al., 2010) L2 A Ff = Índice de compacidad (Schumm, 1956) A P Ic=0.28 Pendiente media (°) S Altura media (m) H Drenaje (km) D N° de orden del drenaje (Strahler, 1957)
Dos segmentos de orden U, crean una corriente de
orden U+1 Densidad de drenaje (km km-2) (Horton, 1932) A D Dd=
Tabla 4-1: Fórmulas de los parámetros morfométricos fluviales empleados. Fte. elaboración propia.
4.2.2 – RESULTADOS Y DISCUSIÓN