Determinación de redes de drenaje a partir de modelos digitales de terreno (MDT) como base para el manejo integrado del agua en los nodos de biodiversidad de Usme y Cerros Orientales

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(1)DETERMINACIÓN DE REDES DE DRENAJE A PARTIR DE MODELOS DIGITALES DE TERRENO (MDT) COMO BASE PARA EL MANEJO INTEGRADO DEL AGUA EN LOS NODOS DE BIODIVERSIDAD DE USME Y CERROS ORIENTALES. JENNIFFER MONTAÑEZ TOVAR DIEGO ARMANDO CELY ROJAS. Informe de Pasantía Jardín Botánico José Celestino Mutis Subdirección Técnica Operativa presentada como requisito parcial para optar al Grado de INGENIERO TOPOGRÁFICO. Director Interno JOSE MIGUEL CEPEDA RENDÓN. Directora Externa SANDRA SANTACRUZ. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales Ingeniería Topográfica. Bogotá D.C. 2016.

(2) DETERMINACIÓN DE REDES DE DRENAJE A PARTIR DE MODELOS DIGITALES DE TERRENO (MDT) COMO BASE PARA EL MANEJO INTEGRADO DEL AGUA EN LOS NODOS DE BIODIVERSIDAD DE USME Y CERROS ORIENTALES. JENNIFFER MONTAÑEZ TOVAR DIEGO ARMANDO CELY ROJAS. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales Ingeniería Topográfica Bogotá D.C. 2016.

(3) TABLA DE CONTENIDO. 1.. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 8. 2.. MARCO CONCEPTUAL Y ANTECEDENTES ........................................... 12 2.1. Nodos de biodiversidad y la renaturalización ....................................... 12 2.2. Antecedentes ....................................................................................... 13 2.3. Modelos Digitales de Terreno .............................................................. 17 2.3.1. Los MDT a partir de los SIG .......................................................... 18 2.4. Redes de drenaje ................................................................................. 19 2.4.1. Concepto de drenaje ..................................................................... 19 2.4.2. Red de drenaje .............................................................................. 20 2.4.3. Clasificación de la redes de drenaje .............................................. 22. 3.. MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................... 24 3.1. Área de estudio .................................................................................... 25 3.1.1. Nodo de Biodiversidad Usme ........................................................ 25 3.1.2. Nodo de Biodiversidad Cerros Orientales ..................................... 26 3.2. Etapas y procedimientos ...................................................................... 27 3.2.1. FASE I. Recopilación, análisis, selección y normalización de la información. ............................................................................................... 29 3.2.2. FASE II. Obtención del MDT. ........................................................ 34 3.2.3. FASE III. Obtención de las Redes de Drenaje. ............................. 36 3.2.4. FASE IV. Los Modelos Digitales Derivados ................................... 40. 4.. RESULTADOS........................................................................................... 42 4.1. Nodo de Biodiversidad Usme ............................................................... 42.

(4) 4.1.1. Topografía del Nodo Usme ........................................................... 42 4.1.2. Modelo TIN Nodo Usme ................................................................ 44 4.1.3. Modelo Digital de Elevación Nodo Usme ...................................... 45 4.1.4. La Red de Drenaje Nodo Usme..................................................... 46 4.1.5. Mapa de Pendientes Nodo Usme .................................................. 51 4.1.6. Realce del Modelo Digital de Terreno Nodo Usme........................ 53 4.2. Nodo de Biodiversidad Cerros Orientales ............................................ 55 4.2.1. Topografía del Nodo Cerros Orientales ......................................... 55 4.2.2. Modelo TIN Nodo Cerros Orientales ............................................. 57 4.2.3. Modelo Digital de Elevación Nodo Cerros Orientales .................... 58 4.2.4. La Red de Drenaje Nodo Cerros Orientales .................................. 59 4.2.5. Mapa de Pendientes Nodo Cerros Orientales ............................... 64 4.2.6. Realce del Modelo Digital de Terreno Nodo Cerros Orientales ..... 65 5.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................. 67 5.1. Nodo de Biodiversidad Usme ............................................................... 69 5.2. Nodo de Biodiversidad Cerros Orientales ............................................ 71. 6.. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................... 74.

(5) TABLA DE FIGURAS. Figura 1. Sistema de Drenaje Ideal. .................................................................. 22 Figura 2. Ubicación Nodo Biodiversidad Usme ................................................. 26 Figura 3. Ubicación Nodo Biodiversidad Cerros Orientales .............................. 27 Figura 4. Diagrama de las fases y procesos ..................................................... 28 Figura 5. Topografía Nodo Usme ...................................................................... 43 Figura 6. Modelo TIN Nodo Usme..................................................................... 44 Figura 7. MDT Nodo Usme ............................................................................... 45 Figura 8. Dirección de Flujo. .......................................................................... 46. Figura 9. Acumulación Flujo. .......................................................................... 46. Figura 10. Cauce de Drenajes. ....................................................................... 47. Figura 11. Continuidad de Drenajes.................................................................. 47 Figura 12. Orden Drenajes Nodo Usme ............................................................ 47 Figura 13. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el oriente. ...... 48 Figura 14. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el occidente .. 49 Figura 15. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el sur. ............ 49 Figura 16. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el Norte. ........ 49 Figura 17. Red de Drenaje y Acumulación de Flujo Nodo Usme ...................... 50 Figura 18. Mapa de Pendientes Nodo Usme .................................................... 52 Figura 19. MDT 7am Nodo Usme ..................................................................... 53 Figura 20. MDT 5pm Nodo Usme ..................................................................... 54 Figura 21. Topografía Nodo Cerros Orientales ................................................. 56 Figura 22. Modelo TIN Nodo Cerros Orientales ................................................ 57 Figura 23. MDT Nodo Cerros Orientales ........................................................... 58 Figura 24.Dirección de flujo. ........................................................................... 60. Figura 25. Acumulación de flujo ........................................................................ 60 Figura 26.Continuidad de la Red de Drenaje. ................................................. 60.

(6) Figura 27. Cauce de la Red de Drenaje. ................................................. 60. Figura 28. Orden de la red de drenaje .............................................................. 61 Figura 29. Redes de Drenaje desde el MDT Nodo Cerros Orientales, vista desde el oriente................................................................................................. 61 Figura 30. Redes de Drenaje desde el MDT Nodo Cerros Orientales, vista desde el norte. .................................................................................................. 62 Figura 31. Redes de Drenaje desde el MDT Nodo Cerros Orientales, vista desde sur. ......................................................................................................... 62 Figura 32. Redes de Drenaje desde el MDT Nodo Cerros Orientales, vista desde occidente. ............................................................................................... 62 Figura 33. Red de Drenajes y Acumulación de Flujo Nodo Cerros Orientales. . 63 Figura 34. Mapa de Pendientes Nodo Cerros Orientales.................................. 64 Figura 35. MDT 7am Nodo Cerros Orientales ................................................... 65 Figura 36. MDT 5pm Nodo Cerros Orientales ................................................... 66.

(7) TABLA DE ANEXOS. Anexo 1. Puntos de control IGAC. .................................................................... 76 Anexo 2. Calibración Estación Total. ................................................................ 84 Anexo 3. Plano 1 Curvas de Nivel Nodo Usme. ................................................ 86 Anexo 4. Plano 2 Perfiles de Terreno Nodo Usme............................................ 87 Anexo 5. Modelo TIN Nodo Usme..................................................................... 88 Anexo 6. Modelo Digital de Terreno Nodo Usme .............................................. 89 Anexo 7. Red de Drenaje y Puntos Acumulación de Flujo Nodo Usme ............ 90 Anexo 8. Mapa de Pendientes Nodo Usme ...................................................... 91 Anexo 9. Plano 1 Curvas de Nivel Nodo Cerros Orientales .............................. 92 Anexo 10. Plano 2 Perfiles de Terreno Nodo Cerros Orientales ....................... 93 Anexo 11. Modelo TIN Nodo Cerros Orientales ................................................ 94 Anexo 12. Modelo Digital de Terreno Nodo Cerros Orientales ......................... 95 Anexo 13. Red de Drenajes y Acumulación de Flujo Nodo Cerros Orientales. . 96 Anexo 14. Mapa de Pendientes Nodo Cerros Orientales .................................. 97.

(8) 1. INTRODUCCIÓN. La hidrología como ciencia y práctica, ha encontrado en los modelos digitales de terreno (MDT) una representación digital de la topografía que permite modelar la interacción entre la forma del terreno y sus procesos de transporte de agua y sedimentos. Esta interacción, y su relación inequívoca con la configuración de la red de drenaje, se hallan a partir de la estimación automática de la trayectoria del agua sobre la superficie del terreno y la configuración de la red de drenaje resultante gracias a las herramientas brindadas por los Sistemas de Información Geográfica (SIG). (Piedra, 2013) La topografía juega un papel muy importante en el flujo y la distribución de agua y energía sobre un territorio, controlando muchos procesos hidrológicos, geomorfológicos, biológicos y climáticos a diferentes escalas espaciales y temporales.. Estos. procesos. alteran. la. forma. del. terreno. mediante. retroalimentaciones las cuales determinan la dinámica del medio ambiente. (Ramírez, 2002) Por tanto, el análisis cuantitativo de la información topográfica, es necesario para el entendimiento de las variables que afectan tanto a forma como la interacción del terreno con los factores ambientales, como en este caso, los procesos involucrados con la respuesta hidrográfica del terreno ante su dinámica, están directamente relacionados con la topografía a través de la configuración de la red de drenaje. (Ramírez, 2002) El proceso urbanizador de la ciudad de Bogotá, ha modificado los cauces naturales disminuyendo la capacidad de desagüe en las zonas altas favoreciendo las inundaciones en las zonas bajas, fenómeno potencializado por la poca cobertura vegetal y la alta impermeabilidad. (Zambrano, 2012). 8.

(9) La dinámica urbana ha buscado la movilización rápida de las aguas pluviales aumentando su velocidad y disminuyendo su infiltración en el suelo, lo que ha producido altos volúmenes de flujos de agua superficial, las cuales no pueden ser transportadas de manera efectiva por las redes de drenaje, generándose degradación. del. suelo. y. la. biodiversidad. y. situaciones. de. inundación.(Zambrano, 2012) Para controlar estas acciones se puede recuperar la capacidad de drenaje aumentando el almacenamiento superficial y la infiltración.(Zambrano, 2012) El aumento de la infiltración y el aumento del almacenamiento superficial se logra consolidando espacios de biodiversidad efectivos donde exista un manejo integrado del agua como sustento para la biodiversidad.(Zambrano, 2012) Sin embargo, uno de los determinantes ambientales que ha tenido mayor presión son los cuerpos de agua, destinados a recoger aguas residuales domésticas e industriales y algunos rellenados para dar paso a la urbanización reduciendo su área dramáticamente. (Bejarano, 2014). La ciudad de Bogotá D.C., es una de las ciudades de Latinoamérica con mayores desigualdades. Esta inequidad se manifiesta a través de las inadecuadas relaciones entre los habitantes de la ciudad y su entorno natural, habiendo degradado en grandes proporciones su biodiversidad. (Jardín Botánico José Celestino Mutis (JBB-JCM), Instituto de Investigaciones Biológicas Alexander von Humboldt (IAVH) &Secretaría Distrital de Ambiente Bogotá (SDA), 2013) Esta situación no es más sino el resultado de planeaciones territoriales que a través del tiempo han transcurrido sin tener en cuenta la biodiversidad y sus ventajas ambientales, lo cual ha desconocido un ordenamiento del territorio desde la dinámica biodiversa y ambiental. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013).. 9.

(10) En este contexto, el proyecto de Nodos de Biodiversidad, impulsado por el Jardín Botánico José Celestino Mutis, se fundamenta en reconocer tres aspectos socios ambientales íntimamente relacionados con la ciudad y sus problemáticas ambientales. La biodiversidad en constante deterioro y desarraigo social. La segregación social expresada en escenarios alterados y la creciente vulnerabilidad ambiental en las comunidades periurbanas y rurales debido al inadecuado manejo de los ecosistemas. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). El proyecto Nodos de Biodiversidad pretende “Promover un sistema de nodos de biodiversidad como un modelo para la investigación, la apropiación social, la valoración y el aprovechamiento de los servicios ecosistémicos de la región capital”, es financiado por Fondo de Ciencia, Tecnología e Innovación (FCTeI) del Sistema General de Regalías (SGR) y es liderado por el Jardín Botánico de Bogotá José Celestino Mutis, como entidad ejecutora. (Méndez, 2015). Uno de estos nodos se proyecta para un sector de los Cerros Orientales, estos son la cadena montañosa. El Nodo de Cerros Orientales pretende identificar el manejo de la biodiversidad, la gestión integral del riesgo y la recuperación de los espacios del agua, desde el enfoque de la renaturalización con apropiación social en el sector de los barrios Corinto, el Manantial y el Triángulo en la localidad de San Cristóbal. (Méndez, 2015) El segundo nodo, el Nodo de Agro biodiversidad de Usme pretende implementar y validar modelos de producción agroecológica periurbana en los predios de la Alcancía y la Cometa ubicados en la Vereda El Uval de Localidad de Usme, a través de un escenario demostrativo “Parcela Agroecológica Sustentable,. Biodiversa. e. intercultural”. para. la. investigación. en. agrobiodiversidad aplicada a la soberanía alimentaria y adaptación al cambio climático. (Ramírez, 2015). 10.

(11) A pesar de las diversas pretensiones que tienen los dos nodos, se considera un eje en común para su establecimiento y es el manejo integrado del agua como componente vital para su adecuada administración, debido que tanto la renaturalización como el establecimiento de una parcela agroecológica requieren desarrollar propuestas en torno a dicho manejo, para generar procesos de apropiación social e investigación de los espacios del agua. Por tanto, la pasantía determinó las redes de drenaje a partir de modelos digitales de terreno (MDT) generados a partir de los SIG y su relación con la hidrología, como base para el manejo integrado del agua en los Nodos de Biodiversidad de Usme y Cerros Orientales establecidos dentro del proyecto de "Nodos de biodiversidad: investigación y apropiación social de la biodiversidad en la región capital" establecido por el Jardín Botánico de Bogotá.. 11.

(12) 2. MARCO CONCEPTUAL Y ANTECEDENTES. 2.1.. Nodos de biodiversidad y la renaturalización. El emerger en el proyecto de Nodos de Biodiversidad y aplicar herramientas espaciales hidrográficas para comprender las dinámicas del agua en estos territorios y de allí partir para establecer un proceso de renaturización posee términos y conceptos complejos. (Méndez, 2015) Un nodo de biodiversidad se define como un lugar del territorio de la región capital, escogido a partir del reconocimiento de sus particularidades ambientales, representativo de los ecosistemas estratégicos altoandinos y que se caracteriza por la presencia de un proceso de participación social en el cual se inscribe una propuesta para la gestión del conocimiento.(JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). En el proceso de los nodos de biodiversidad se utilizan diferentes estrategias, entre ellas la renaturalización. La Renaturalización se define como la integración de la dinámica de un ecosistema en el tiempo para proyectarlo prospectivamente en diferentes posibilidades más allá de la composición, estructura y funciones del ecosistema original. No es solo una forma de gestión de biodiversidad humana, sino que busca la ciudad se reajuste a los ciclos ecosistémicos, como los ciclos de la materia, uso de energías alternativas o surgimiento de agroecosistemas urbanos.(Méndez, 2015) La Renaturalización busca armonizar la expresión de lo ambiental y lo territorial, para el crecimiento de la biodiversidad y la multiculturalidad. (Méndez, 2015). 12.

(13) Por tanto, para lograr la renaturalización de estos territorios priorizados que constituyen los nodos de biodiversidad y que han sido construidos a partir de dinámicas sociales y comunitarias diversos, es necesario tener en cuenta el agua como elemento vital para la ordenación del territorio para la recuperación, rehabilitación y restauración de los espacios del agua debido a que son estos lo que han sufrido mayor presión y vulneración en los diferentes procesos de degradación de estos territorios.. 2.2.. Antecedentes. La expansión urbana avanzó considerablemente durante el siglo XX. Estos cambios tan drásticos en las zonas urbanas han generado variaciones considerables en la hidrología urbana, los que exigen modificaciones en las redes de drenaje con altos costos económicos y sociales. (Zambrano, 2012). Las redes de drenaje han perdido su capacidad o han desaparecido en las zonas altas, lo que conlleva a inundaciones en las zonas bajas, las velocidades generadas por las corrientes de agua degrada el suelo y por ende la biodiversidad del territorio. (Zambrano, 2012). Los drenajes superficiales y sub-superficiales juegan un papel importante en la estabilización de los suelos. La captación de aguas de escorrentía evita la concentración; infiltración y elevación de los niveles freáticos en el suelo, al igual que la captación de aguas, aguas residuales de edificaciones, aguas de cunetas de carreteras y de beneficiaderos. No obstante, dependiendo del tipo de suelo y de la intensidad, duración y frecuencia de las lluvias, a veces estas obras no son suficientes y deben completarse con sistemas de drenaje superficial. (Cenicafe, 2011). 13.

(14) El drenaje interno contribuye a la estabilización de masas de suelo, ya que logra controlar el flujo de agua subterránea, al tiempo que reduce las presiones de poros y aumenta la cohesión y la resistencia del suelo a los deslizamientos. Por lo tanto, no es necesaria la construcción de muros y pantallas de concreto, para estabilizar terrenos con problemas de mal drenaje, los cuales en invierno colapsan fácilmente al saturarse el terreno y perder su cohesión natural, quedando las obras sueltas o fracturadas como consecuencia de la presión de los poros, por el contrario, los sistemas de drenajes le ofrecen mayor estabilidad a los suelos, debido a q los induce a conservar su cohesión natural, lo que sería menos costoso, eficiente y eficaz en periodos invernales. (Cenicafe, 2011). Se puede pretender aumentar la capacidad de desagüe de la red de drenaje, recuperando su cauce natural, aumentando el almacenamiento superficial y la infiltración, esto se logra en espacios de biodiversidad determinados donde la dinámica urbana se involucre de manera integra en el proceso de recuperación.. En Bogotá existen espacios de biodiversidad como los parques metropolitanos, los ejes ambientales o los jardines, pero estos espacios no son habitados por la comunidad. Existen otros espacios estratégicos donde se lograría conservar la biodiversidad de la ciudad que están habitados por las comunidades, espacios en constante deterioro ambiental. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013).. Con el fin de romper estas brechas sociales y ambientales, se pretende potencializar la gestión social del conocimiento a través de la inclusión de las comunidades en una construcción colectiva ambiental de su territorio. Sin embargo, debido a la complejidad de emerger en la biodiversidad urbana, se requiere que esta construcción sea interdisciplinaria para lograr una adecuada planificación e integración de los involucrados en estos espacios habitados. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). 14.

(15) Partiendo del principio de que el conocimiento y el acceso a la biodiversidad generan bienestar, calidad de vida, transformación social, resiliencia y mejor aprovechamiento de los servicios ecosistémicos, se busca diseñar, construir e implementar modelos integradores entre espacios urbanos y rurales con base en la conformación de un sistema de nodos de biodiversidad en la región capital. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). Los nodos hacen parte de una red demostrativa de espacios, en perspectiva de construcción de un territorio mejor adaptado frente al cambio ambiental global y que mitigue los efectos indeseados de la expansión urbana e incida positivamente en los índices de calidad de vida y de bienestar social en diferentes áreas de la región capital. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). Se priorizaron ocho territorios para la ubicación de los nodos de biodiversidad, ubicados en las localidades de Bosa, Engativá, Ciudad Bolívar, San Cristóbal, Suba, Sumapaz y Usme. El octavo nodo se establecerá en el sector más alto de la cuenca del río Bogotá a la altura de páramo de Guacheneque, municipio de Villapinzón (Cundinamarca). (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). Uno de estos nodos se proyecta para un sector de los Cerros Orientales, estos son la cadena montañosa que enmarca la ciudad en el costado oriental y por su importancia ecosistémica, hídrica, paisajística, fue declarada y alinderada por la Resolución 0076 de1977 como la “Reserva Forestal Bosque Oriental de Bogotá”, no obstante históricamente el desarrollo y crecimiento de la ciudad ha contribuido a su deterioro, por procesos de expansión urbana de origen informal y formal, cambio en las coberturas vegetales, contaminación de cuerpo hídricos, entre otros impactos que justificación la creación de un Nodo de Biodiversidad, en un área ubicada específicamente en la Localidad de San Cristóbal. (Méndez, 2015). 15.

(16) Este nodo tiene como enfoque de intervención la recuperación de los espacios del agua para comunidades en alto riesgo ambiental y socio-económico, a través de estrategias desde la línea del Renaturalización. (Méndez, 2015). El escenario territorial del segundo nodo que pretende este trabajo, se ubica en unidades productivas de los sectores agropecuario y minero (extracción de arcilla), que fragmentan la conectividad ecológica de los relictos de bosques secundarios que bordean las rondas de las quebradas tributarias del Río Tunjuelo. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). Estos procesos de alteración cuentan con el reconocimiento de las comunidades que habitan el territorio, razón por la cual ha existido disposición de. trabajo,. en. términos. de. planificación,. ordenamiento,. diseño. e. implementación de modelos de rehabilitación ecológica, con fines de conectividad ecológica. De esta forma se favorece tanto la conservación y movilización de la biodiversidad como la prestación de servicios ambientales ligados al potencial de productividad de la región, a través de la protección y disposición de la cantidad y calidad del agua, la fertilidad de los suelos y la estabilidad de la temperatura, entre otros. (JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). El Nodo de Agrobiodiversidad de Usme pretende implementar y validar modelos de producción agroecológica periurbana en los predios de la Alcancía y la Cometa ubicados en la Localidad de Usme, a través de un escenario demostrativo para la investigación en agrobiodiversidad aplicada a la soberanía alimentaria y adaptación al cambio climático.(JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). Esto se debe a la necesidad urgente de dar respuesta frente a las dinámicas del borde de ciudad y los procesos de resistencia frente a la urbanización de las comunidades campesinas del territorio.. 16.

(17) Por tanto, estos nodos que por su situación estratégica y su vulneración ecológica han sido priorizados, serán establecidos a partir de los espacios del agua como componente vital para su adecuada administración. De esta manera, el alcance de este proyecto pretende diagnosticar la posición de los canales dada la forma del terreno en el instante de tiempo en el cual el MDT fue construido. (Ramírez, 2002) Se genera la necesidad de definir la red de drenaje a partir de la topografía de la cuenca, existen varios métodos como estudios de campo, los cuales son tediosos y demorados, el uso de mapas topográficos, los cuales son incapaces de detectar de manera veraz las corrientes y sus órdenes. (Velazco, 2002). 2.3.. Modelos Digitales de Terreno. Un MDT es una estructura numérica de datos que representa distribución espacial (Felicísimo, 1994) de una variable geomorfológica cuantitativa y continua, por ejemplo, la altitud, de la superficie de un terreno en un instante de un tiempo dado. Sin embargo, a partir de un MDT se puede determinar dinámicas de procesos geomorfológicos importantes en el pasado, presente y futuro del territorio establecido. (Ramírez, 2002) Los Modelos Digitales de Terreno (MDT) se han convertido en una herramienta importante para la modelación hidrológica y la administración del recurso hídrico, ya que constituyen una representación sencilla pero eficaz de la topografía y por tanto, ayudan a modelar el control que ésta ejerce sobre los flujos de energía y agua en el terreno; además, su estructura raster facilita considerablemente la implementación computacional de las metodologías usuales en hidrología, una de las grandes aplicaciones para explotar. 17.

(18) automáticamente los MDT es la estimación de la red de drenaje. (Ramírez, 2002) Los MDT ofrecen ventajas derivadas de su naturaleza numérica: no ambigüedad, posibilidad de modelización de procesos con una deducción estricta, verificabilidad y repetitividad de los resultados, conocer o predecir propiedades que se desconocen del objeto real. (Felicísimo, 1994) Por tanto, la elaboración de un MDT debe realizarse de tal forma que la correspondencia entre el terreno y el MDT sea parcialmente reversible y exista una relación simétrica que permita la traducción de algunas propiedades del modelo a la realidad. (Felicísimo, 1994). 2.3.1. Los MDT a partir de los SIG Para estimar características geomorfológicas a partir de MDT, es necesario realizar consideraciones cuantitativas que permitan relacionar los procesos que moldean el paisaje con las formas resultantes. En particular, la ubicación automática de los canales en el terreno, dependerá finalmente de la capacidad para cuantificar la intensidad de los procesos de iniciación y desarrollo de canales a partir de las formas consignadas en el MDT. (Ramírez, 2002) Este proceso era complejo de realizar y bastante costoso, pero en los últimos años se han desarrollado los Sistemas de Información Geográfica (SIG) que tienen la capacidad de capturar, analizar, almacenar, manipular y visualizar datos georreferenciados.(Piedra, 2013) Los SIG tienen diversas definiciones, sin embargo, son el resultado de la aplicación de las llamadas Tecnologías de la Información (TI) a la gestión de la Información Geográfica (IG). Los SIG son un conjunto de programas diseñados para representar y gestionar grandes volúmenes de datos, junto con los datos. 18.

(19) georreferenciados mediante coordenadas espaciales, es decir, un Sistema de Información más Información Geográfica. (IGNE, 2010) Los SIG y la hidrología son dos campos de trabajo que comparten muchos intereses. Por esa razón, cada vez más investigadores se ayudan de los SIG para la construcción de modelos hidrológicos, especialmente cuando es necesaria la representación espacial de redes de drenaje. (Piedra, 2013) En los SIG la topografía se almacena en MDT, un MDT es cualquier representación digital de la variación continua del relieve sobre el espacio. Los MDT son un caso particular de los modelos que se usan en SIG para representar una variable continuamente distribuida sobre un área, los cuales se hacen generalmente mediante dos tipos de abstracciones espaciales: las líneas y las superficies. (Ramírez, 2002) Las líneas se usan para representar contornos, perfiles y cambios críticos, para la topografía sin embargo, la forma más usual consiste en el uso de curvas de nivel. El uso de superficies, por su parte, realiza la abstracción espacial del área de interés en polígonos, mediante los rectángulos y los triángulos que son usados para generar el MDT. Estos dos tipos de abstracción espacial conforman lo que se conoce como Redes Irregulares de Triángulos (TIN) y estructuras Raster respectivamente. (Ramírez, 2002). 2.4.. Redes de drenaje. 2.4.1. Concepto de drenaje Por el diccionario se puede definir el concepto de drenaje como la eliminación del agua acumulada en un lugar, en especial en un terreno por medio de zanjas o cañerías.. 19.

(20) Es toda estructura natural o artificial que facilita el escurrimiento y evita el almacenamiento del agua en una zona en particular. (Breña, 2003) Existen dos tipos de drenaje: el natural, formado por las corrientes superficiales y subterráneas; el artificial, integrado por conducciones construidas por el ser humano. (Breña, 2003) Aunque en ocasiones es difícil establecer la división entre los dos sistemas, el primario corresponde a la corriente principal y algunos de sus afluentes, y el secundario es la red de corrientes secundarias naturales y conducciones elaboradas por el hombre que transportan el agua hacia el sistema de drenaje mayor. (Breña, 2003). 2.4.2. Red de drenaje Ahora, los espacios del agua están definidos por una red de drenaje que dependen de la forma del terreno, el terreno es un sistema cambiante en el tiempo que evoluciona respondiendo a la variabilidad climática, los procesos tectónicos y los efectos sociales y culturales. (Ramírez, 2002) Esta evolución se manifiesta entonces, como un conjunto de fluctuaciones asociadas a un amplio rango de escalas temporales y espaciales. Por ejemplo, en muchos paisajes, los canales más pequeños de la red de drenaje sólo cumplen la función real de canales durante condiciones climáticas que duran por algunos meses y que pueden responder a características climáticas locales; por otra parte, los procesos erosivos que dan forma a los canales y las laderas, responden usualmente a eventos extremos de escorrentía que operan en escalas temporales del orden de años y décadas. (Ramírez, 2002) Por tanto, los procesos y escalas temporales deben determinarse de manera adecuada al momento de estimar la posición y las características de la red de. 20.

(21) drenaje y así estimar la relevancia temporal que se espera con los resultados. (Ramírez, 2002) El terreno y su red drenaje están sujetos a complejas interacciones, sin embargo, se asume que el paisaje representado por el MDT está en equilibrio dinámico, y por tanto sus formas presentes determinan unívocamente su red de drenaje asociada. (Ramírez, 2002) El equilibrio dinámico es el estado de un paisaje donde el terreno no exhibe ningún cambio en el tiempo, las elevaciones son constantes y la red de drenaje esta fija en el espacio. (Ramírez, 2002) La red de drenaje, entonces se concibe como el conjunto de canales que tienen su cabecera dentro del terreno definido, entendiendo el canal como aquella región limitada por bordes definidos y en el cual el agua fluye de manera concentrada y con un ancho de flujo comparable con su profundidad.(Ramírez, 2002) Para estructurar la red de drenaje se adopta el modelo de árbol binario para su representación. Este consiste en dado un punto en el terreno, se asocia a una red de drenaje como grafo tridimensional son estructura de árbol binario orientado con salida en el punto. (Ramírez, 2002) Este modelo realiza fuertes simplificaciones respecto a la red de drenaje, por tanto, este modelo es apropiado para escalas espaciales donde el ancho de los canales es despreciable con respecto a la extensión del terreno, esto debido a que los canales son considerados como líneas sin geometría interna ni sección transversal. (Ramírez, 2002).. 21.

(22) 2.4.3. Clasificación de la redes de drenaje Un sistema de drenaje ideal puede ser dividido aproximadamente en tres regiones diferentes, que se denominan la zona de producción, la zona de transporte o transferencia, y la zona de entrega o depositación. Figura 1. (Velazco, 2003). Figura 1. Sistema de Drenaje Ideal. Fuente: Velazco, 2003. La zona de producción es donde se origina la mayor parte del agua y sedimentos que luego son transportados (zona de transferencia) a través de llanuras para su entrega. Aunque todas estas zonas conforman la cuenca, se denominan la zona de producción simplemente cuenca, pues es allí donde se presentan los principales fenómenos de un sistema fluvial. (Velazco, 2003) Uno de los aspectos más interesantes que se han analizado de las cuencas de drenaje son ciertas relaciones que reflejan un profundo nivel de ordenamiento y regularidad entre las partes de su red de drenaje. (Velazco, 2003) Tradicionalmente diversos sistemas de ordenamiento han sido utilizados para agrupar o caracterizar los tramos que constituyen esta red de drenaje. Estos sistemas pueden trabajar a través de la red comenzando de la salida 22.

(23) (desembocadura) y moviéndose en dirección hacia aguas arriba o desde cada nacimiento y desplazándose hacia aguas abajo, siendo estos últimos los más utilizados. El primero de estos sistemas fue propuesto por Horton (1945). (Velazco, 2003) Horton define las magnitudes de los cauces de acuerdo a su índice numérico tal como sigue: Cauces de primer orden son aquellos que no reciben agua de otro tributario, sino directamente del escurrimiento de la vertiente, por esto son los cauces más pequeños y algunos de ellos solo fluyen en la época de lluvias. En este sentido podrían tomarse como los afloramientos o nacimientos. (UNAD, 2013) Cuando dos corrientes de orden w se unen, una corriente de orden w+1 es creada; por ejemplo, los cauces de segundo orden corresponden a la unión de dos de primer orden. Los de tercer orden a la unión de dos de segundo orden y así sucesivamente. En el caso que un cauce de orden menor desemboque directamente en uno de orden mayor, el orden del cauce resultante será el mismo que tenía el mayor, por ejemplo si un cauce de orden 3 desemboca en uno de orden 4, el orden resultante será 4. (UNAD, 2013) Cuando dos corrientes de diferente orden se unen, el canal que se encuentra inmediatamente aguas debajo de la confluencia tendrá un orden igual al máximo de las dos corrientes que se combinan. (Velazco, 2013). 23.

(24) 3. MATERIALES Y MÉTODOS. La importancia de definir la estructura de la red de drenaje radica en que una cuenca es el resultado de la interconexión de dos sistemas, la red de drenaje y la topografía de la zona. (Velazco, 2002) La topografía controla la producción pluvial que libera agua sobre la cuenca, que a su vez, es transportada a través de la red de drenaje. El área que aporta agua en cada zona de la red de drenaje, es causa y efecto del crecimiento y desarrollo de la misma red de drenaje. El movimiento del agua dentro de la cuenca, controlada por la forma y naturaleza del terreno, condiciona la producción de sedimentos que lenta pero continuamente, alteran la topografía del sector, que a su vez también cambia dicho movimiento y la red de drenaje. Por esto, una vez que se pueda entender la forma de la red de drenaje, se puede simular el desarrollo de la misma, que implica el cambio de la topografía y por lo tanto, el estudio y la modelación de fenómenos de erosión y transporte de sedimentos. (Velazco, 2002) Dentro de la necesidad surgida para definir y configurar espacios para el manejo integrado del agua en los territorios de los nodos de biodiversidad de los Cerros Orientales y Usme, se encuentra que la determinación de las redes de drenaje es una herramienta esencial para definir estos espacios del agua a partir de los modelos digitales de terreno (MDT). Debido a que los nodos de biodiversidad son esencialmente un proceso y un producto de la participación social, la metodología propuesta por el Jardín Botánico. está. basada. en. la. implementación. de. tres. estrategias. complementarias dirigidas a la construcción colectiva de conocimientos y prácticas para la conservación de la flora y la fauna; la primera estrategia estará dirigida a la investigación y valoración de los servicios eco sistémicos para la conformación del componente biótico y cultural de los nodos, buscando la 24.

(25) construcción de conocimiento con base en los fundamentos de la Ciencia Ciudadana.(JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013). Una segunda estrategia buscara. identificar e implementar procesos de. restauración, renaturalización o viveros especializados en los sitios priorizados. Y finalmente una estrategia de investigación y divulgación para la gestión ambiental en la región capital que fortaleza los procesos educativos relacionados con la conservación de la diversidad biológica y cultural. (JBBJCM, IAVH, & SDA, 2013). De esta manera, la pasantía se enmarcó en la segunda estrategia, donde se busca la renaturalización de los ecosistemas a partir de los espacios del agua para el diseño paisajístico de los nodos que abra la posibilidad de la implementación de tecnologías ambientalmente sustentables, en especial, para el aprovechamiento y almacenamiento del agua.(JBB-JCM, IAVH, & SDA, 2013).. 3.1.. Área de estudio. 3.1.1. Nodo de Biodiversidad Usme El área de estudio se encuentra ubicado al sur de la ciudad. en la UPZ. CIUDAD USME, barrio el UVAL de la localidad de USME Bogotá; El proyecto colinda por el norte con el barrio brisas del llano, por el sur y occidente con la vereda la Requilina, por el oriente con el bosque sur oriental rural I, ubicado en las coordenadas especificas 87353.340 m. N, 96881.914m. E del datum MAGNA-SIRGAS, PROYECCION PLANAS CARTESIANAS, a una altitud aproximada de 2840 msnm.. 25.

(26) Elaboración Propia. Figura 2. Ubicación Nodo Biodiversidad Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 3.1.2. Nodo de Biodiversidad Cerros Orientales El área de estudio se encuentra ubicado en la localidad de san Cristóbal, al sur oriente de la ciudad, en el barrio Corinto el cual hace parte de los cerros orientales, ubicado en las coordenadas especificas 95953.263 m. N 100294.330 m. E del datum MAGNA-SIRGAS, PROYECCION PLANAS CARTESIANAS, a una altitud aproximada de 2880 msnm. El área de estudio se encuentra por el sur y el oriente con zonas de áreas protegidas, con el norte con el barrio el triángulo y por el occidente con el barrio las amapolas. 26.

(27) Elaboración Elaboración Propia Propia. Figura 3. Ubicación Nodo Biodiversidad Cerros Orientales Fuente: Elaboración propia de los autores. 3.2.. Etapas y procedimientos. Las redes de drenaje y demás modelos digitales derivados (mapa de pendientes, mapa de iluminación y mapa de orientación) se generaron a partir del MDT de cada nodo, este se obtuvo desde las curvas de nivel y puntos topográficos (N, E, Z) resultantes de levantamientos topográficos de campo; adaptando el procedimiento de Felicísimo (2001), que se basa principalmente en la interpolación TIN (interpolación lineal mediante red irregular de triángulos) usando el software ArcGis 10.3.1 con extensiones “3D-Analyst” y “Spatial Analyst” herramienta Hidrology. 27.

(28) Figura 4. Diagrama de las fases y procesos Fuente: Elaboración propia de los autores. 28.

(29) Los MDT obtenidos describen la altimetría de las zonas de los nodos y a partir de estos MDT se generaron los modelos digitales derivados que reflejan características. geomorfológicamente. simples:. pendiente,. orientación,. iluminación. (Felicísimo, 1994) Incorporando información auxiliar estos modelos digitales derivados permiten elaborar modelos más complejos, logrando simulaciones numéricas de procesos físicos como el comportamiento del agua. (Felicísimo, 1994) En la figura4 se observa el esquema metodológico del proceso.. 3.2.1. FASE I. Recopilación, análisis, selección y normalización de la información.. En esta fase se pretendió capturar y normalizar los datos que permitieran lograr un MDT para lograr la simulación de la red de drenajes.. Información analógica y digital Se realizó la búsqueda de dos tipos de información, la información analógica que consiste en planchas topográficas, aerofotografías y alguna otra información simbólica que representara la zona de cada uno de los nodos. Esta información fue buscada en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), el Servicio Geológico Colombiano (SGC), la Corporación Autónoma Regional (CAR) y la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB). La información digital consistente en las capas vectoriales, fue buscada en portales que ofrecen esta información de manera gratuita, como son: La Infraestructura de Datos Espaciales para el Distrito Capital(IDECA) – Portal Mapas, IGAC - Sistema de información geográfica para la planeación y el 29.

(30) ordenamiento territorial (SIGOT), Sistema Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático (SDGRCC) – Sistema de Información de Riesgos y Emergencias (SIRE); EAAB - Sistema de Información Geográfico Unificado Empresarial (SIGUE) e SGC – Geoportal. La información digital consistente en orto imágenes e imágenes satelitales se consultó en el Banco Nacional de Imágenes del IGAC y en GLCF: Earth Science Data Interface. Sin embargo, esta información de carácter secundario es costosa y por tanto, las entidades gubernamentales la ofrecen de manera gratuita, además, no satisfizo las necesidades de resolución necesaria debido a la pequeña área que representa cada uno de los nodos, por tanto, la mejor forma de proceder es construir el MDT es partir de la representación en curvas de nivel de la topografía. (Ramírez, 2002).. Información de campo – Levantamiento Topográfico. El levantamiento topográfico es un método directo de captura de información mediante estaciones totales con salida digital. (Felicísimo, 2001) El levantamiento topográfico es bastante preciso y su resolución se decide a priori. Además es posible adaptar el muestreo a las condiciones y las irregularidades del terreno. El principal inconveniente es su elevado coste en tiempo y dinero. Sólo resulta rentable cuando se quiere conseguir un MDT muy detallado de una porción de terreno reducida. (Alonso, 2005) Esta es precisamente la situación de los terrenos de los nodos, por tanto, aunque se requiere de presencia y tiempo suficiente en campo para la captura de datos, se toma la decisión que este es el método principal para obtener los 30.

(31) datos de coordenadas y elevación que permite elaborar el MDT y por ende simular la red de drenajes y demás modelos derivados. En primera instancia se consultaron los datos disponibles de los puntos de control más cercanos a cada nodo en la red geodésica del IGAC, estos puntos geodésicos se localizaron en campo los cuales son los puntos de amarre que garantizaron la confiabilidad de las coordenadas Norte, Este y Elevación de cada punto topográfico tomado en campo. Para el nodo Cerros Orientales se tomaron los puntos de control CD-558 y CX2097 y para el nodo Usme CT-1093 y CT-1094. (Anexo 1), cuyos datos de las coordenadas. fueron. transformadas. al. sistema. de. georreferenciación,. proyección cartesiana MAGNA_Bogota_DC_2005, según especificaciones de la Subdirección Científica del Jardín Botánico. Para garantizar la precisión de la información se escogió la estación total GOWIN TKS 202 que cumple con todos los requerimientos de calibración necesarios (Anexo 2) y la correcta instalación del trípode y de la base nivelante en campo. El microprocesador de la Estación Total está habilitado para crear datos confiables y depurados a partir de un menú de cálculos estándar que comprende. promedio. de. mediciones. múltiples,. corrección. electrónica. instantánea de distancias por constante de prisma, refracción atmosférica, presión y curvatura terrestre, reducción de distancias inclinadas a su componente horizontal y vertical, además del cálculo de cotas. La Estación Total transfiere valores medidos de ángulos, distancias y coordenadas a dispositivos electrónicos de almacenamiento de datos. (Pachas, 2009) En campo, se realizó la captura de datos de los puntos del terreno, definiendo las estaciones y nivelando la Estación Total sobre uno de los puntos de control, se ingresan las coordenadas de este punto y se dirige una visual al otro punto. 31.

(32) de control y se ingresaron las coordenadas del segundo punto de control o el azimut de esta línea base; este procedimiento orienta la Estación, define la línea base o línea de referencia que no es otra cosa que una línea de la cual se conoce las coordenadas rectangulares de sus extremos o la coordenada de uno de ellos y el azimut de la misma. (Panchas, 2009) Para la medición de distancias la Estación Total calcula la distancia de manera indirecta en base al tiempo que tarda la onda electromagnética en viajar de un extremo a otro de una línea y regresar. (Pachas, 2009) En el campo se hace estación con la Estación Total en uno de los extremos cuya distancia se desea determinar y en el otro extremo se coloca un reflector o prisma; es requisito indispensable que la visual entre la Estación Total y el reflector o prisma se encuentre libre de obstáculos, el instrumento transmite al prisma una señal electromagnética que regresa desde el reflector, la determinación precisa de la distancia se obtiene una vez que se han aplicado las correcciones atmosféricas, de temperatura y de presión correspondiente. (Pachas, 2009) Estas correcciones son efectuadas por el microprocesador una vez que el operador ha introducido por teclado estos valores. La Estación Total mide distancias repetidamente, el resultado que aparece en pantalla es el promedio del número de veces que el operador haya seleccionado. El tiempo estimado de lectura es de entre 3 y 4 segundos para distancias de 2.5 kilómetros, con una precisión de +- (3 mm + 2 ppm) o menor. (Pachas, 2009) Con esta información el microprocesador estará en capacidad de calcular y presentar en pantalla las coordenadas rectangulares de los puntos donde se ha colocado el prisma y se han registrado mediciones. Al desplazar la Estación Total a otro punto, para completar la captura de datos, se repite el procedimiento de orientación de la Estación. (Pachas, 2009). 32.

(33) Generación de las curvas de nivel Las curvas de nivel se obtienen luego de un procesamiento de la información digital consignada en la estación total correspondiente al trabajo de campo. La información de cada punto topográfico (N,E,Z) se sometió a un sistema de dibujo asistido por computadora conocido como CAD, por sus siglas en inglés Computer Aided Drawing, se elaboraron las curvas de nivel a partir de Autocad Civil 2016. En los CAD el componente más importante es el software asociado a los mismos, este permite al operador interactuar con la computadora y activar las diferentes funciones del sistema; hoy en día existen en el mercado una variedad de programas utilizados para realizar el dibujo del plano topográfico que permiten obtener un producto con un acabado impecable en un tiempo muy corto, con las ventajas que ofrece el formato digital de almacenamiento y reproducción tantas veces y al momento requerido. (Pachas, 2009). Procesamiento y normalización en la implementación de un SIG Se implementó un SIG por cada nodo en el software ArcGis 10.3.1. En cada SIG se definió la geodatabase, tanto la información digital seleccionada la cual fue las capas vectoriales de loteo y curvas de nivel de IDECA, como la capa vectorial de puntos topográficos, las curvas de nivel, escorrentía y lindero del nodo obtenidas de campo y procesadas en Autocad Civil 2016; se normalizaron. al. sistema. MAGNA_Bogota_DC_2005,. de. georreferenciación. según. especificaciones. proyección de. la. cartesiana. Subdirección. Científica del Jardín Botánico. La información se sometió a una serie de operaciones de estructuración topológica, mediante la cual se creó la base de datos necesaria para mantener 33.

(34) y gestionar las relaciones línea – nodo; verificación de atributos de las altitudes de los puntos y las líneas y la asignación de códigos a las estructuras auxiliares de información complementaria. (Felicísimo, 2001) La calidad de la red de drenajes generada se basa en la excelente calidad del MDT, por tanto, en campo se definieron no solo los puntos topográficos sino una serie de puntos en campo que definieron los drenajes en líneas estructurales, líneas de inflexión y zonas de recorte. (Felicísimo, 2001). 3.2.2. FASE II. Obtención del MDT.. Los MDT se construyeron a partir de los puntos topográficos y curvas de nivel a equidistancia de 0,5 m, en base a una interpolación lineal mediante una red irregular de triángulos TIN, estos TIN (uno por nodo) fueron sometidos posteriormente a una conversión de modelo raster con una resolución de 0,1 m. MDT raster resultado se verificaron, corrigieron y ajustaron.. Generación de Modelo TIN El modelo TIN es el insumo para el modelamiento de las superficies del terreno de manera prácticamente idéntica a la realidad. La solución más adecuada para ha sido el tratamiento del relieve mediante una estructura vectorial especial: la red irregular de triángulos TIN, la cual tiene ventajas ya que no presupone o exige una continuidad estadística de la superficie a representar, se puede incorporar varias estructuras auxiliares, se adapta a la complejidad local del terreno en función del relieve, respeta los datos manteniendo la altitud exacta.. 34.

(35) Se diseñó una estructura auxiliar a partir de las curvas de nivel que sirve como delimitación del TIN, este es un polígono, el cual también permite calcular perímetro y área de influencia. Este se logró mediante la herramienta 3D Analyst Tools > Functional Surface > Interpolate Shape. El TIN de cada nodo se generó a partir de la cota de la altitud de las capas vectoriales de los puntos topográficos, de las curvas de nivel diseñadas a 0,5 m. y de la escorrentía y del polígono área del nodo se tomó perímetro del TIN. Este se logró mediante la herramienta 3D Analyst Tools > Data Management >TIN > Create TIN.. Conversión a RASTER La conversión a formato Raster del TIN es necesario ya que es un formato fácil de almacenar y manipular, de fácil integración con bases de datos raster, suavizado da apariencia más natural de los elementos del terreno derivados del raster y se pueden efectuar cálculos con ellos generando los Modelos Digitales Derivados como la Red de Drenajes. (todosig.es) Se generaron los modelos Raster a partir de los TIN con una resolución de 0,1 metros. Para pasar de TIN a Raster se utilizó la herramienta TIN To Raster del directorio 3D Analyst Tools > Conversion > From TIN > TIN To Raster. La elección del tamaño de celda es una cuestión fundamental. Este valor, sin embargo, es uno de los temas sin resolver en el tema de los MDT, criterio a seguir para establecer el tamaño de celda en la transformación de TIN a Raster. Si el tamaño es muy grande se pierde una gran parte de la información, pero si este es muy pequeño, la estructura TIN subyacente comienza a reflejarse, y se desaprovecha el suavizamiento que la estructura raster supone. (MappingGIS).. 35.

(36) Ajuste y validación del MDT Los problemas recurrentes en la creación de los MDT son: el aspecto aterrazado debido al desequilibrio en la distribución espacial de los datos y el tamaño del muestreo elegido para crear la matriz regular y la aparición de concavidades a lo largo de los fondos de los valles lo que da un aspecto granulado y dificultades en la simulación de las líneas de flujo. (Felicísimo, 2001). La corrección de las concavidades se realizó con la herramienta Spacial Analyst Tools >Hydrology >Fill. Con esta herramienta se rellenan las imperfecciones existentes en la superficie del MDT, de tal forma que las celdas en depresión alcancen el nivel del terreno de alrededor, con el objetivo de poder determinar de forma adecuada la dirección del flujo.. 3.2.3. FASE III. Obtención de las Redes de Drenaje.. Con el MDT generado y utilizando las herramientas de modelado hidrológico en Spatial Analyst Tools > Hydrology proporcionan métodos para describir los componentes físicos de una superficie. Las herramientas hidrológicas permiten identificar sumideros, determinar la dirección de flujo, calcular la acumulación de flujo, delinear cuencas hidrográficas y crear redes de arroyos. (ArcGIS, 2012) Un terreno constituye la base sobre la que tienen lugar, y que por tanto condiciona, gran parte de los procesos de transferencia de materia y energía que tienen lugar sobre la superficie terrestre. (Alonso, 2005). 36.

(37) La disponibilidad de un modelo de dicha superficie permite simular estos procesos, con lo que se consigue experimentar independientemente del sistema real. (Alonso, 2005) La simulación permite obviar los riesgos inherentes a la experimentación, alcanzar una completa independencia temporal, repetir el experimento el un número de veces arbitrario. (Alonso, 2005) Las características topográficas determinan las pautas por las cuales el agua circula sobre ella. El MDT contiene información suficiente para definir, al menos en una primera aproximación, las propiedades de la red de drenaje superficial. (Alonso, 2005).. Dirección de Flujo Se determinó la dirección del flujo en cada celda del MDT, para ello se consideró que la dirección que toma el flujo de agua en una superficie es, para cada celda, aquella en la que se produce la máxima pendiente descendente. El resultado final es una matriz de direcciones o ángulos respecto al norte, que apunta en cada celda a la vecina en la cual se produce la máxima pendiente. (Pacheco, 2012) Esto se logró con el uso de la herramienta Spatial Analyst Tools > Hydrology> Flow Direction, donde se carga el MDT ajustado.. Acumulación de Flujo Se creó el raster de acumulación de flujo en cada celda. La herramienta determina el número de celdas de aguas arriba que vierten sobre cada una de las celdas inmediatamente aguas abajo de ella. Es un modelo unidimensional con flujo libre del agua por todo el MDT. Esta capa se generó, a partir del MDT, 37.

(38) para el área total de estudio, empleando la matriz de dirección de flujo, para obtener el número de celdas vecinas, aguas arriba, que fluyen a cada celda. (Pacheco, 2012) Esto se logró con el uso de la herramienta Spatial Analyst Tools > Hydrology> Flow Acumulation, donde se carga el MDT ajustado y el raster de Dirección de Flujo.. Definición del Cauce de la Red de Drenaje. Se clasificaron las celdas con acumulación de flujo superior a un umbral especificado de celdas pertenecientes a la red de flujo. El umbral debe ser especificado como el número de celdas vertientes a la que se está clasificando en cada momento. Aquí se debe entrar a sopesar que valor sería el más indicado, ya que si el valor de acumulación es muy bajo muchos pixeles serán seleccionados como pertenecientes a la red hídrica, si por lo contrario, el valor del pixel es muy alto solo aquellos drenajes de orden alto serían definidos como red hídrica. Seleccionar un valor bajo del umbral significa que obtendremos afluentes pequeños en nuestra red de drenajes, en cambio un valor alto, modela los drenajes de mayor tamaño. (aguaysig) Con el fin de crear una red de drenajes, se especificó un umbral para la cantidad de píxeles adyacentes que constituyen una corriente. En este caso, se tomó un valor límite de 50000 píxeles de acumulación (si hay más de 50000 píxeles que desembocan en él se parte de la red de corriente). (aguaysig) Esto se logró con el uso de la herramienta Spatial Analyst Tools > Map Algebra > Raster Calculator, donde se especifica la expresión Raster Acumulación de Flujo > 50000, 1. Obteniéndose el Raster de la Red de Drenaje.. 38.

(39) Continuidad de la Red de Drenaje. Se realizó la división del cauce en segmentos no interrumpidos. Es decir, que dichas secciones en las que se divide el recorrido del flujo son segmentos que conectan dos uniones sucesivas, una unión y un punto de desagüe o una unión y una división del área de drenaje. (aguaysig) Esto se logró con el uso de la herramienta Spatial Analyst Tools > Hydrology> Stream Link, donde se carga el raster del Cauce de la red de drenaje y el raster de la Dirección de flujo.. Orden de la Red de Drenaje Se creó un raster del orden de las corrientes, usando el método Strahler, el orden de la corriente se incrementa cuando se cruzando dos drenajes del mismo orden. Dos drenajes de diferentes órdenes no se traducen en un aumento del orden de la siguiente corriente. (aguaysig) Esto se logró con el uso de la herramienta Spatial Analyst Tools > Hydrology> Stream Order, donde se carga el raster de la Continuidad de la red de drenaje y el raster de la Dirección de flujo.. Definición de la Red de Drenaje Se realizó la conversión de la red de drenajes raster en la capa vectorial de la red de drenaje a partir del raster del orden de la red de drenaje. Esto se logró con el uso de la herramienta Spatial Analyst Tools > Hydrology> Stream to Feature, en base al raster de la Dirección de flujo.. 39.

(40) Puntos de Acumulación de Flujo en la Red de Drenaje Se determinaron los puntos donde se cortan cada uno de los drenajes, es decir convierte los vértices a punto. Aunque es posible determinar un punto al inicio, la mitad o al final de cada tramo de corriente, para este caso se determinaron los puntos finales que es donde hay acumulación de flujo y es el punto importante para determinación de las cuencas. (aguaysig) Esto se logró con el uso de la herramienta Data Management Tools >Features> Feature Vertices to Points, en base a la capa vector de la Red de Drenaje.. 3.2.4. FASE IV. Los Modelos Digitales Derivados. A partir de los MDT se construyeron un conjunto de modelos digitales que representan variables derivadas directamente de la topografía (datos y relaciones topológicas entre los mismos), sin intervención de datos auxiliares o información externa. (Felicísimo, 1994) De las principales variables implicadas en estas aplicaciones, la de uso más general es probablemente la pendiente, aunque también son usadas con frecuencia en geomorfología la orientación y la iluminación. (Felicísimo, 1994) Los Modelos Digitales Derivados se logran generar gracias a las herramientas de 3DAnalyst Tools > Raster Surface.. Mapa de Pendientes Este mapa refleja valores que corresponden a la máxima variación en elevación expresada en valores porcentuales de una celda del modelo respecto a las. 40.

(41) celdas adyacentes. Se logró clasificar la pendiente en 9 intervalos por medio de la herramienta 3DAnalyst Tools > Raster Surface>Slope.. Mapa de Orientación Este mapa permite ver el ángulo de orientación con respecto al norte. Si existe de -1, la superficie es plana e indica que no hay orientación. Se logró clasificar la pendiente en 9 intervalos por medio de la herramienta 3DAnalyst Tools > Raster Surface > Aspect.. Mapa de Iluminación Se obtuvo un sombreado de la superficie o grado de iluminación de cada uno de los pixeles respecto a la orientación (Aspect) y al ángulo de elevación solar o cenital con base en Para el caso de Bogotá se ingresaron los valores de posición en latitud y longitud en NOAA Solar Calculator y luego se obtuvieron los valores de Azimut y Altitud para el 31 de enero de 2016. Se generaron dos tipos de mapas: Datos Hora Azimut Altitud. Mapa de Iluminación en Mapa de Iluminación en la mañana. la tarde. 7am 5pm 108,73 10,61 250,63 15,19. Tabla 1. Azimut y Altitud Bogotá DC a 31 de Enero 2016. Fuente: NOAA Solar Calculator. Se logró clasificar la pendiente en 9 intervalos por medio de la herramienta 3DAnalyst Tools > Raster Surface >Hillshade, con base a los datos de azimut y altitud. 41.

(42) 4. RESULTADOS. 4.1.. Nodo de Biodiversidad Usme. 4.1.1. Topografía del Nodo Usme. En el Nodo Usme, se lograron tomar 1804 puntos topográficos con coordenadas Este, Norte y Elevación. Su ubicación se encuentra entre 96752,44 m y 97368,3 m Este, 87157,78 m y 87762,12 m Norte y entre 2809,15 y 2883,1 m de elevación. (Figura5) El área del Nodo es 5 has + 7538,55 m. El perímetro del Nodo es 1056, 22 m. Las curvas de nivel se generaron con una equidistancia de 0,5 m. Se generó el plano 1, es un plano general del nodo, donde se detallan las curvas de nivel, la ubicación del nodo, los drenajes encontrados y las edificaciones. (Anexo3) Adicionalmente se proporciona un plano de perfiles del terreno, de gran utilidad para definir senderos, caminos y otras estructuras (Anexo 4). 42.

(43) Figura 5. Topografía Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 43.

(44) 4.1.2. Modelo TIN Nodo Usme El modelo TIN del Nodo Usme clasificó las elevaciones en 7 intervalos entre 2.809 m y 2.818 m, sobresaliendo el intervalo entre 2.851 y 2.859 metros de altura. (Figura 6). Figura 6. Modelo TIN Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 44.

(45) 4.1.3. Modelo Digital de Elevación Nodo Usme Los MDT se basaron en la variable cuantitativa de Elevación, teniendo en cuenta las cotas o, altitudes del terreno. Es el resultado de la rasterización del modelo TIN. El color claro indica la elevación más alta y el oscuro la más baja.. Figura 7. MDT Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 45.

(46) 4.1.4. La Red de Drenaje Nodo Usme. Una de las claves de la derivación de características hidrológicas de una superficie es la capacidad de determinar la dirección de flujo desde cada celda en el raster. (Arcgis, 2012). Esta capa es la base para la generación de la acumulación y demás capas ya que dirige la dirección del flujo. (Figura 8) En la figura 9 se observa el modelado de la acumulación del flujo a través del nodo, este a su vez permitió definir el cauce del flujo (figura 10) donde se definieron segmentos que se volvieron continuos (figura 11), seguido el software realiza un análisis de la cantidad de segmentos que subyacen en otros y de esta manera define las ordenes de cada drenaje (figura 12).. Figura 8. Dirección de Flujo Fuente: Elaboración propia de los autores. Figura 9. Acumulación Flujo Fuente: Elaboración propia de los autores. 46.

(47) Figura 10. Cauce de Drenajes Fuente: Elaboración propia de los autores. Figura 11. Continuidad de Drenajes Fuente: Elaboración propia de los autores. Figura 12. Orden Drenajes Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 47.

(48) Se obtuvo la red de drenaje del nodo de manera simulada, coincidiendo con lo observado y medido en campo. La red de drenaje se obtuvo desde tres órdenes, considerando que son tan específicos los drenajes que no existe la necesidad de generar más órdenes. En el Nodo de Usme, los drenajes inician en la cota 2.860 m, desembocando en su mayoría en un cauce principal y este a su vez desemboca en la quebrada El Amoladero, la mayoría de los drenajes son de 1er orden. Se obtuvieron 42 puntos de acumulación de flujo, sin embargo, se considera una sola microcuenca correspondiente al cauce principal. (Figura 17) Se generaron vista 3D para facilitar el análisis del movimiento del agua, la red de drenajes generada a través de la topografía del nodo.. Figura 13. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el oriente. Fuente: Elaboración propia de los autores. 48.

(49) Figura 14. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el occidente Fuente: Elaboración propia de los autores. Figura 15. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el sur. Fuente: Elaboración propia de los autores. Figura 16. Redes de Drenaje en MDT Nodo Usme, vista desde el Norte. Fuente: Elaboración propia de los autores. 49.

(50) Figura 17. Red de Drenaje y Acumulación de Flujo Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 50.

(51) 4.1.5. Mapa de Pendientes Nodo Usme. Se obtuvo la red de drenaje de cada nodo de manera simulada, coincidiendo con lo observado y medido en campo. En el Nodo de Usme se puede apreciar (Figura 18) una fuerte presencia de una pendiente de terreno entre 0% y 7% lo que indica suelos casi planos con pendientes suaves. Existe una segunda porción de terreno se encuentra entre 8% y 13% un poco menos homogénea, lo cual indica presencia de suelos ondulados. Una pequeña porción del nodo posee pendientes entre 14% y 22% lo que indican suelos muy pronunciados. La presencia de suelos con pendientes mayores a 22% es casi nula.. 51.

(52) Figura 18. Mapa de Pendientes Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 52.

(53) 4.1.6. Realce del Modelo Digital de Terreno Nodo Usme. Este realce se logra con los Modelos Digitales Derivados de Iluminación. Estos se logran por medio del efecto de la iluminación que produce la luz solar según la zona horaria y posición de la zona. Gracias a esto se puede detallar con mayor precisión la forma del relieve. En el Nodo Usme (Figura 20) nótese el realce y detalle del drenaje principal y demás drenajes.. Figura 19. MDT 7am Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 53.

(54) Figura 20. MDT 5pm Nodo Usme Fuente: Elaboración propia de los autores. 54.

(55) 4.2.. Nodo de Biodiversidad Cerros Orientales. 4.2.1. Topografía del Nodo Cerros Orientales. En el Nodo Cerros Orientales, se lograron tomar 1190 puntos topográficos con coordenadas Este, Norte y Elevación. Su ubicación se encuentra entre 100185,21 m y 100398,23 m Este, 95795,67 m y 96111,22 m Norte y entre 2862,64 y 2938,96 m de elevación. (Figura21) El área del Nodo es 2 has + 7980,55 m. El perímetro del Nodo es 737,2 m. Las curvas de nivel se generaron con una equidistancia de 0,5 m. Se generó el plano 1, es un plano general del nodo, donde se detallan las curvas de nivel, la ubicación del nodo, los drenajes encontrados y las edificaciones. (Anexo 9) Adicionalmente se proporciona un plano de perfiles del terreno, de gran utilidad para definir senderos, caminos y otras estructuras (Anexo 10). 55.

(56) Figura 21. Topografía Nodo Cerros Orientales Fuente: Elaboración propia de los autores. 56.

(57) 4.2.2. Modelo TIN Nodo Cerros Orientales El modelo TIN clasificó las elevaciones en 8 intervalos entre 2.862 m y 2.939 m, teniendo un comportamiento heterogéneo de elevaciones. (Figura 22). Figura 22. Modelo TIN Nodo Cerros Orientales Fuente: Elaboración propia de los autores. 57.

(58) 4.2.3. Modelo Digital de Elevación Nodo Cerros Orientales Estos MDT tienen una resolución de pixel de 0,1 m. una excelente resolución para la simulación de los modelos digitales derivados. Además fueron sometidos a ajuste de concavidades.. Figura 23. MDT Nodo Cerros Orientales Fuente: Elaboración propia de los autores. 58.