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Modelos Digitales De Elevacion En Estudios Hidrologicos

Modelos Digitales De Elevacion En Estudios Hidrologicos. Criterios de selección, evaluación y limitaciones

En el presente articulo continuamos ahondando en el fascinante tema de los modelos digitales de terreno (MDE), despues de todo los MDE nos permiten el despliegue en tercera dimensión y darle realismo a nuestros análisis - presentaciones, pero son mucho más que eso, en la actualidad se integran a las ciencias aplicadas permitiéndonos resolver problemas con mayor dinamismo, precisión y vistosidad.

Uno de los campos de aplicación de los MDE de mayor interés son los Estudios Hidrológicos - Hidráulicos. De forma similar a las anteriores publicaciones abordaremos el tema de forma didáctica y holistíca, con el interés de ahondar en los fundamentos, precauciones y buen uso de la información.

En este articulo se analizara la factibilidad de utilizar los MDE disponibles sin cargo en la Web para ser incorporados en Estudios Hidrológicos y/o Hidráulicos

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Estudios hidrológicos

Un estudio hidrológico es un intento por evaluar-simular un sistema complejo, en el cual interactuan una serie de variables y condiciones particulares, por lo tanto los resultados obtenidos serán siempre una estimación, cuya certeza dependerá de los insumos (cantidad y calidad de los datos) y las decisiones que tome el especialista en la escogencia de cual? y como? aplicara determinado modelo

Los Estudios hidrológicos-hidráulicos han avanzado a la par con la tecnología informática, muchos de los cálculos son agilizados por software especializados. El componente espacial de dichos estudios paulatinamente se va incorporando y desarrollando en los programas de despliegue gráfico, en programas como Hec-Ras, HMS o integrándose en los SIG.

La topografía del área de estudio es un insumo de gran importancia para un estudio hidrológico, la misma permitirá la delimitación adecuada de la cuenca hidrográfica, red de drenaje, pendiente de la cuenca y el cauce, así como otros datos que se requieran, por ello es necesario una adecuada verificación de la fuente de información.

La topografía es solo uno de varios insumos, también requerimos datos climáticos, especialmente precipitación, evaporación, caracterizar la cobertura vegetal y el uso de la tierra, datos hidrométricos de existir, entre otros.

¿Los programas especializados para estudios hidrológicos requieren datos en formato SIG?

Los paquetes informáticos (software) para estudios hidrológicos y/o hidráulicos, son incluso anteriores al desarrollo de los SIG. En su mayoría no requieren la introducción detallada y explicita de información espacial, a esto me refiero al archivo shapefile, dwg, dgn o archivo similar/equivalente, esto es debido a que los modelos trabajan con una simplificación del sistema hidrográfico y requieren parámetros que sintetizan las propiedades geométricas del sistema, como son las características morfométricas (longitud y pendiente del cauce principal, factor de forma, área de la cuenca y muchísimos más).

Sin embargo, la tendencia es hacia una mayor integración con los SIG, en el supuesto que mientras más detallados sean los datos geoespaciales utilizados, más cercanos a la realidad serán los resultados obtenidos. En lineas generales mientras mayor detalle utilice mayor complejidad tendrá el modelo (hidráulico), por lo tanto, manejar ambas alternativas (en el siguiente item se explican estas variantes), saber cuando aplicar uno u otro, alcances y limitaciones, es donde el especialista o el que se inicia en el campo debe enfocarse.


Clasificación de los Estudios hidrológicos

Los estudios hidrológicos pueden tener dos fines generales que pueden ser sustentados con el uso de programas informáticos:

  1. La caracterización del sistema hidrográfico con el fin de describirlo, evaluarlo, compararlo y hacer inferencias de su comportamiento

    Este es el tipo más sencillo, el uso de los SIG y sensores remotos ayudan enormemente para un detallado y actualizado diagnóstico

  2. La modelización del sistema con el fin de predecir su comportamiento ante eventos extremos o regulares, tales como crecidas o el tránsito en reservorios

    Generalmente se realiza este tipo de estudios para tomar decisiones de relevancia como construir una estructura de drenaje, puente, construcción de infraestructura para regular problemas de inundación o almacenar agua, entre otros. El estudio hidrológico sustenta el proyecto por lo cual no deben tomarse a la ligera, ya que podría repercutir en grandes inversiones económicas, impactos ambientales o incluso colocar en riesgo vidas humanas.

    En este caso lo que se busca es una estimación, lo más cercana posible a la realidad o mejor dicho la estimación más conservadora/rentable posible de un sistema complejo que no podrá ser emulado completamente. En este punto se analiza el problema en términos de probabilidad de ocurrencia, sopesando con otros aspectos como la rentabilidad, impacto ambiental/social, entre otros.

    Aquí es de gran importancia tres aspectos fundamentales:

    • La experiencia del especialista para elegir valores de coeficientes requeridos por el modelo que son específicos de las particularidades del sistema/condición evaluada.
    • La adecuación o no del modelo (generalmente foráneo) por estudios previos, a las condiciones nacionales o regionales.
    • La previa calibración del modelo con datos reales de cuencas similares

Aclarando concepciones erroneas y expectativas

Es importante aclarar una serie de sobre-estimaciones y concepciones erróneas de los MDE en estudios hidrológicos:

¿Los modelos digitales de terreno disponibles, libres en la web, pueden ser utilizados directamente como insumo en un análisis hidrológico?

La respuesta es NO, los modelos digitales Aster, SRTM e incluso AlosPalsarI, no generaran resultados óptimos por si solos, necesitan ser evaluados cuidadosamente. El estudio inicia con la delimitación de la cuenca hidrográfica, para realizar esta tarea con un modelo digital de elevación en un SIG debemos previamente procesarlo, un paso común es el llenado de los “sumideros”, pero es importante aclarar que esto no es una “receta”, el preprocesamiento no garantiza que tengamos un resultado adecuado, es más si realizan la prueba el utilizar diferentes valores para el preprocesamiento nos generara diferentes resultados en la delimitación.

En unos casos la idoneidad de estos modelos dependerá de las condiciones locales, es decir, puede que en unas regiones de mejores resultados que en otras. También influye el relieve predominante, encontraremos mejores resultados en zonas de montaña en una delimitación de una cuenca, que en zonas muy planas.

Modelo Digital de Elevación Vs Modelo Digital de Superficie, este es un problema común, en el artículo Modelos Digitales de Terreno encontraran la explicación con detalle, en general para un estudio hidrológico requerimos un modelo digital de elevación que es el que nos permitirá simular el transitar de la escorrentía, por ejemplo: en un modelo digital de superficie un masa boscosa aparecería como una barrera que impide el drenaje.

A mayor resolución del modelo digital de elevación, mejores resultados

Esta afirmación podría parecer claramente valida pero no lo es, ciertamente un modelo digital de elevación de altísima resolución genera altas expectativas en su aplicación, pero esto dependerá de una serie de factores:

  • Especificaciones técnicas del modelo (MDE): en la actualidad existe mucha disponibilidad de información, pero pocos se detienen a leer las especificaciones técnicas que deja el proveedor o no se preocupan en indagar sobre ellas, en ocasiones con simplemente leerlas podremos saber el nivel de detalle y margen de error, por ende las posibilidades de aplicación. Por ejemplo los modelos SRTM y GDEM, cuentan con sus debidas especificaciones.
  • Tecnología utilizada para generar el modelo digital diferentes métodos tienden a dar resultados diferentes, lo que nos lleva al punto fundamental.
  • Nivel de postproceso y corrección, del modelo digital Un pobre postproceso puede darnos un modelo digital (MDE)coherente pero con mucho “ruido” lo que imposibilita el uso del mismo. La corrección con datos de elevación obtenidos en campo o de la cartografía oficial, es el factor que acercara el modelo a la realidad. Si comparamos un modelo de altísima resolución con otro de menor resolución el nivel de postproceso y corrección definirán cuál de los dos es realmente de mayor utilidad. A modo de ejemplo, con un caso de un MDE Global, pueden revisar el Proyecto SRTM en el siguiente articulo: "Misión SRTM, evolución", podrán ver el nivel de postproceso que ha requerido desde su inicio y como aún continua, aplicando mejores algoritmos, combinando con otras fuentes de datos.

    En definitiva lo que se busca es un modelo digital de buena resolución pero que represente fielmente las condiciones del relieve

¿Solo requiero un modelo digital de elevación corregido y detallado para un estudio hidrológico?

Esto dependerá del nivel de detalle del modelo y del tipo de estudio requerido, en general si nuestro estudio es una caracterización hidrológica (primer caso), puede bastarnos con el modelo digital de elevación. Pero si nuestro estudio es también hidráulico, con fines de diseño, requeriremos un levantamiento planialtimetrico detallado del cauce y zonas aledañas.

PROXIMAMENTE

  • ¿Cómo evaluar y corregir un modelo digital con fines de estudio hidrológico?
  • Generación de un Modelo Digital de Terreno por Interpolación
  • Comparación MDE SRTM y ASTER, cual es más adecuado

Ya los estoy desarrollando :)