GENERACIÓN DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS EN QGIS

En este tutorial vamos a mostrar un ejemplo de cómo realizar análisis hidrológicos con GRASS 7 en QGIS 3, partiendo de un modelo digital de elevaciones (MDE).

GRASS es de por si un GIS referente en el software libre, por su potencialidad y especialización que permite realizar estudios muy detallados tanto hidrológicos como medioambientales. La incorporación del conjunto de herramientas de este GIS a QGIS y su actualización a GRASS 7, convierten en este conjunto de herramientas en un imprescindible para los usuarios de QGIS.

Para el primer ejemplo del funcionamiento del conjunto de herramientas hidrológicas de GRASS 7 en QGIS, vamos a mostrar cómo calcular las cuencas hidrográficas de una región determinada. Concretamente para este ejemplo las hemos calculado para la provincia andaluza de Almería. El único dato de partida que necesitamos es un modelo digital de elevaciones (MDE) de la provincia. Para este caso de ejemplo se utiliza el MDE de Almería en escala 1:200.000 descargado del Centro de Descargas del Instituto Geográfico Nacional (IGN).

Para trabajar con GRASS en QGIS, podemos trabajar a través de la consola de GRASS pasando previamente los datos a su formato propio o directamente a través de QGIS gracias a su integración en la caja de herramientas de procesado. Para la delimitación general de las cuencas de la provincia vamos a utilizar esta segunda opción, más rápida y sencilla.

En primer lugar cargamos en QGIS el MDE de la provincia de Almería descargado y en la caja de herramientas de procesado buscamos la herramienta GRASS de r.watershed – programa de análisis de cuenca hidrográfica. Ejecutamos la herramienta y en primer lugar seleccionamos el MDE como ráster de elevación.

Marcamos la opción de permitir sólo flujo horizontal y vertical del agua:

 

Y calculamos el tamaño mínimo de píxel para cada cuenca, sabiendo que el ráster de entrada tiene unas dimensiones de 886 x 858 (ver propiedades de capa) cuya multiplicación da como resultado 760180. En base a este resultado, se aproxima el tamaño mínimo de píxel por cuenca a 7600 píxeles. 

Cuanto mayor sea el tamaño mínimo de píxel establecido, las cuencas serán menos en número pero mayores en extensión y viceversa. Un conocimiento amplio de la zona a estudiar nos permitirá aproximar mejor este número y afinar más nuestros resultados. Si a penas disponemos de la información de superficie de la cuenca, una buena aproximación es la que acabamos de mostrar en base a las dimensiones del ráster utilizado como MDE.

Finalmente damos una ruta y nombre al único archivo de salida que nos interesa en este caso, que es el de la etiqueta única para cada cuenca hidrográfica. Vemos el resultado obtenido con las cuencas hidrográficas de la provincia de Almería.

Vamos ahora a mostrar otro caso de análisis hidrológico más detallado con GRASS 7 en QGIS. Para ello descargamos un MDE cualquiera con tamaño de píxel de 5 x 5 del Centro de Descargas del Instituto Geográfico Nacional.

Una vez cargado el MDE en QGIS, en primer lugar hemos de saber que estos MDE pueden tener puntos de depresión o concavidad producto de errores en su creación (celdas en que la altitud del MDE es anormalmente baja respecto a las celdas contiguas). Estas zonas fuente de error se corrigen mediante su relleno o inundación que iguale su cota con la de las celdas contiguas.

Para corregir estas zonas del MDE, buscamos la herramienta de GRASS llamada r.fill.dir que además de corregir las depresiones del MDE, genera también un ráster con las direcciones de flujo del agua. Al abrir esta herramienta utilizamos con elevación el MDE, como formato de dirección el tipo answers que nos generará las direcciones considerando el punto Norte como 0º y avanzando en sentido de las agujas del reloj hasta los 360º. Las capas resultado serán 3, la primera con los puntos de depresión a corregir, la segunda con las direcciones de flujo del MDE y la tercera con el MDE una vez corregidas las celdas de depresiones. Sobre esta salida con el MDE corregido, se vuelve a ejecutar la misma herramienta hasta que veamos que han desaparecido la mayoría de puntos de depresiones (para este caso se ejecutó la herramienta un total de 3 veces).

Una vez corregido el problema de las depresiones o concavidades del MDE, podemos utilizarlo para los análisis hidrológicos. Para ello ejecutamos la herramienta del primer ejemplo, r.watershed y veremos sus distintas salidas según su interés en el análisis hidrológico.

Por tanto utilizamos en esta herramienta el MDE corregido como ráster de elevación y utilizamos un tamaño mínimo de celda acorde a las dimensiones del ráster (en este caso es de 5977 x 3871, en base a las que podemos aproximar el tamaño mínimo de celda a 231370), a continuación mostramos las distintas salidas de esta herramienta.

En primer lugar nos interesa el cálculo de la dirección de flujo del agua a través del MDE, al ejecutar la herramienta r.watershed en este caso buscamos la salida de dirección de drenaje. La salida resultante se representa con un estilo en pseudocolor desde 1 a 8 en ocho intervalos iguales, estas ocho clases representan a cada una de las 8 direcciones. Se muestra el resultado en la imagen siguiente con las 8 direcciones etiquetadas en la leyenda y un zoom a una zona cualquiera del resultado.

A continuación vemos otra de las salidas de interés que es el área acumulada, esta salida se muestra en la herramienta como “número de celdas que drenan a través de cada celda” y que es calculado a partir del mapa de direcciones de flujo. El resultado muestra para cada celda el número de celdas aguas arriba que fluyen en ella. Este resultado indica la cantidad de agua de lluvia que va a parar a cada celda (sin considerar evotranspiración ni infiltración).

Con esta misma herramienta de GRASS 7, también podemos obtener las cuencas hidrográficas a partir del tamaño de cuenca indicado como hicimos anteriormente para toda la provincia de Almería (salida “half-basins”) o a partir de un punto de salida para una cuenca concreta. Ahora vamos a calcular las cuencas a partir de un punto de coordenadas conocidas de la red de drenaje del MDE, esta red de drenaje la obtenemos nuevamente con la herramienta r.watershed con la salida “stream segments”. Una vez localizado el punto a partir del que calcular las cuencas aguas arriba sobre la red de drenaje que acabamos de calcular, en QGIS vamos a vectorial à captura de coordenadas, utilizamos esta herramienta para capturar las coordenadas del punto sobre la red de drenaje y copiarlas.

Una vez tenemos las coordenadas, calculamos las cuencas a partir de este punto en QGIS con la herramienta de GRASS 7 r.water.outlet – programa de creación de cuenca hidrográfica. Como ráster de entrada utilizamos la salida de la dirección de drenaje que calculamos anteriormente y pegamos las coordenadas que capturamos del punto.

El resultado con la cuenca obtenida a partir del punto es el siguiente:

Ahora se pueden repetir los análisis hidrológicos pero de forma detallada a la cuenca que acabamos de obtener. Para ello en primer lugar debemos obtener la máscara de la cuenca, vectorizando el ráster de esta cuenca (raster a vectorial) y a partir de esta máscara de la cuenca cortar el MDE corregido (en QGIS con la herramienta “clip raster with polygon”). Sobre este MDE recortado a la cuenca de interés, ya podemos repetir los pasos anteriores con la herramienta r.watershed para obtener diferentes análisis hidrológicos centrados en esta cuenca.

Hemos visto así los principales análisis hidrológicos que podemos realizar con GRASS 7 en QGIS 3 a partir de un modelo digital de elevaciones, pudiendo obtener las cuencas de una región y hacer análisis más detallados para cualquiera de esas cuencas. Además GRASS 7 incluye más herramientas hidrológicas que completan el potencial de QGIS para el análisis hidrológico. En posteriores tutoriales se mostrarán algunas de estas otras herramientas de QGIS.