Revisión del 11:32 24 may 2017

1 Introducción

En el siguiente trabajo vamos a desarrollar las aplicaciones de las herramientas SIG para resolver un problema de abastecimiento de agua potable en un núcleo de población.

Para garantizar el abastecimiento de agua potable es necesario contar con una serie de infraestructuras que garanticen la satisfacción de la demanda, como embalses y conducciones de agua. Estas infraestructuras tienen una intensa relación con el terreno, que influye en su diseño y características. Para la construcción de la presa y la conducción es necesario tener en cuenta la topografía, la geología, y las afecciones que pueden causar las infraestructuras en el territorio que las rodea.

En nuestro caso concreto, se ha de abastecer de agua al municipio de Burgohondo, situado en la provincia de Ávila (España). Este municipio cuenta con una población de 1200 habitantes. En sus inmediaciones se encuentra un río principal, el Alberche; rodeado de multitud de afluentes de cierto caudal. Así, se dispone de varias alternativas cercanas al pueblo donde establecer la presa, por lo que se va a proceder a un análisis detallado del terreno y las posibles soluciones de cara a obtener la óptima.

Además, una vez elegidas las mejores alternativas, se debe estudiar la conducción a realizar hasta el núcleo de población.

2 Metodología

2.1 Situación general

Para situar el núcleo de población de Burgohondo hemos cargado en QGIS las hojas del MTN50 555 y 556 (obtenidas del IGN) correspondientes a la zona de estudio. Hemos digitalizado el municipio de Burgohondo creando una capa vectorial de polígonos para ello. También hemos identificado las zonas de la Sierra de la Paramera y Serrota y el río Alberche.

Situación de la zona

2.2 Localización y estudio de las cerradas

Con las hojas 555 y 556 del formato MDT05 (obtenidas del IGN) hemos obtenido las curvas de nivel mediante la herramienta de extracción de curvas de nivel de una capa ráster con el fin de situar 7 posibles cerradas que permitan el encaje de la presa para resolver el problema.

Además, nos hemos servido de los datos de la red hidrográfica de Ávila (capa vectorial procedente del portal de Datos Abiertos de la Junta de Castilla y León) para localizar aquellos ríos más adecuados para abastecer al municipio.

Se ha elegido una serie de posibles emplazamientos (cerradas), representadas mediante segmentos dibujados en una capa vectorial de líneas e identificadas mediante anotaciones de texto.

Plano topográfico. Red hidrográfica en la zona y posibles cerradas

A fin de estudiar la geología del terreno para detectar posibles problemas en la cimentación de la presa, hemos cargado las hojas 555 y 556 del MAGNA50 procedentes del IGME junto con la capa vectorial que contiene las localizaciones de las cerradas.

Plano geológico y posibles cerradas

Para estudiar las posibles afecciones al situar una presa en estas cerradas hemos creado una capa vectorial de líneas para digitalizar las vías de comunicación que serían afectadas, obteniendo así dos zonas de afección.

Plano de afecciones y zonas protegidas

2.3 Obtención de cuencas

Hemos procedido a obtener las cuencas correspondientes a las cerradas mediante dos procesos diferentes.

En el primer proceso, hemos digitalizado el área de las cuencas observando el terreno y trazando los polígonos correspondientes a las mismas en diferentes capas para lograr diferentes estilos (colores). Para obtener la superficie de las cuencas, en la tabla de atributos de la capa hemos creado un nuevo campo con la expresión $area/1000000 para obtener la medición en km2. Mediante la herramienta de gestión de datos Combinar capas vectoriales hemos unificado todas las capas de las cuencas. Por último, para visualizar el valor de la superficie de cada una de las cuencas hemos activado las etiquetas de dicha capa.

Cuencas hidrográficas y superficie

De forma alternativa, hemos obtenido las cuencas hidrográficas utilizando GRASS. Para ello, hemos importado la capa MDT05 de la hoja 556 a QGIS, creado un nuevo directorio de mapas para trabajar en él, e importado la capa ráster cargada a GRASS mediante el módulo r.in.gdal.qgis. Tras corregir el encuadre de la región y los tamaños de celda, mediante el módulo r.watershed (que nos permite elegir el tamaño mínimo de cuenca adaptándolo al orden de magnitud previsto de nuestras soluciones) generamos las cuencas deseadas.

Se puede comparar las cuencas obtenidas a través de ambos procesos, comprobando que las cuencas obtenidas manualmente coinciden (bien como parte de una, o bien como unión de varias; pero respetando los límites exteriores) con las cuencas obtenidas mediante GRASS.

Comparativa entre cuencas obtenidas mediante digitalización manual y GRASS

2.4 Trazado previo de conducciones

Para poder seleccionar las dos cerradas más adecuadas, es necesario tener en cuenta el coste de la tubería, el cual depende fundamentalmente de su longitud. Para estimar dicho coste hemos digitalizado un trazado previo de las conducciones desde las distintas cerradas hasta la cota en la que debe situarse el depósito de agua para poder efectuar el abastecimiento por gravedad.

Trazado orientativo de conducciones desde las posibles cerradas

A fin de representar las ubicaciones de los depósitos, hemos guardado como capa independiente la línea de nivel a cota 954 (cota mínima a la que deben situarse), digitalizando sobre ella mediante puntos la ubicación de los depósitos considerados.

2.5 Materiales disponibles en la zona

Estudiando los condicionantes expuestos en los puntos anteriores se seleccionan como alternativas más adecuadas las cerradas A y C, siendo éstas el objeto de estudio de ahora en adelante.

Con objeto de seleccionar la tipología más adecuada de las presas (presa de materiales sueltos o presa de gravedad), es necesario estudiar los materiales disponibles en el entorno de las cerradas. Mediante la incorporación de cuatro hojas de planos geológicos del Magna50 de los alrededores de la zona, hemos digitalizado en diferentes capas vectoriales aquellos materiales susceptibles de ser empleados para construir ambas tipologías.

Materiales disponibles en las inmediaciones

Tras un estudio de costes e impactos ambientales, la opción más adecuada es construir las presas de gravedad con áridos procedentes de la zona de granodiorita.

2.6 Obtención de superficie embalsada

De igual forma que en el apartado 2.3, hemos obtenido la superficie embalsada mediante dos procesos. En primer lugar, cambiando el estilo (color) de la capa de MDT, hemos obtenido la superficie de llenado de nuestros embalses (asignando un color a aquellos valores inferiores a la cota de llenado). Empleando la herramienta de extracción Clipper, hemos recortado las zonas donde se sitúan nuestros embalses.

Superficies embalsadas obtenidas con propiedades de capa y herramienta Clipper

Alternativamente, se pueden obtener resultados similares, empleando el módulo r.lake.seed sobre la previamente importada a GRASS. Con ello obtenemos la visualización de la lámina de agua si inundáramos toda la hoja hasta esa cota, pudiendo observar la superficie embalsada si hacemos zoom en detalle sobre las zonas de las cerradas.

• Superficies embalsadas obtenidas mediante GRASS con simulación de inundación
• 

  Inundación hasta cota de llenado de la cerrada A

• 

  Inundación hasta cota de llenado de la cerrada C

2.7 Estudio de conducciones

Hemos ajustado al terreno el trazado previo definido en el apartado 4 en las cerradas seleccionadas, elaborando varios trazados alternativos para cada una de ellas. Aplicando la herramienta Terrain Profile sobre la capa MDT, hemos obtenido el perfil altimétrico de cada una de las conducciones, lo que nos permite estudiar los requerimientos técnicos de cada una de ellas.

• Conducciones desde la cerrada A
• 

  Alternativas de trazado

• 

  Perfil longitudinal

• Conducciones desde la cerrada C
• 

  Alternativas de trazado

• 

  Perfil longitudinal

2.8 Pantalla de impermeabilización

Una vez elegida la cerrada y dimensionada la presa, será necesario realizar una pantalla de impermeabilización para evitar posibles filtraciones por las diaclasas del terreno. A fin de distribuir los puntos de inyección de forma uniforme alrededor de la presa, se puede utilizar la herramienta Buffer para crear el plano en planta.

Pantalla de impermeabilización (en planta)

3 Resultados

4 Conclusiones

El empleo del programa QGIS para resolver nuestro problema de abastecimiento a la localidad de Burgohondo ha sido de gran utilidad, dado que nos ha permitido trabajar fácilmente con el terreno y calcular las áreas y volúmenes necesarios para realizar el estudio de regulación. Al permitirnos crear capas vectoriales, hemos podido digitalizar infinidad de áreas y regiones de gran interés para nuestro proyecto.

Sin embargo, aunque QGIS permite obtener gran cantidad de resultados, algunos procesos podrían optimizarse para mejorar su rendimiento. Por ejemplo, el recorte de capas ráster con la herramienta Clipper sólo permite recortar áreas con formas rectangulares paralelas a los ejes norte-sur y este-oeste, por lo que sería muy útil poder girar la zona de recorte o incluso adaptarla a formas no geométricas.

Por otro lado, el módulo r.lake.seed de la herramienta de Grass sólo nos permite inundar zonas del terreno eligiendo sólo la cota superior del llenado, por lo que inunda todo el terreno por completo hasta la cota más baja existente. Sería muy útil que el programa permitiese también elegir una cota mínima de llenado, así como delimitar la zona de llenado, puesto que en nuestro caso, no nos ajustaba el llenado hasta la cerrada sino que iba más allá.

Además, el uso de la herramienta de GRASS es algo farragosa, puesto que para alternar entre QGIS y GRASS es necesario exportar e importar constantemente las capas de una herramienta a la otra. Quizás podría simplificarse el manejo del programa si se unificasen los procesos.

El cálculo de cuencas de GRASS no resulta intuitivo, y preferiríamos que el tamaño mínimo de cuenca que piden introducir fuese un valor en unidades de superficie, y no un número mínimo de celdas, puesto que dificulta bastante los cálculos a realizar. Asimismo, para poder extraer las cuencas de las dos hojas del MDT05 cargadas, tuvimos que dividir el proceso en Grass en dos partes, una primera obtención de las cuencas de la hoja 556, y una segunda obtención de las cuencas 555, dado que las regiones seleccionadas de Grass sólo nos permitían trabajar con una de las dos hojas de cada vez. Quizás sería conveniente poder unir o combinar las hojas para facilitar el proceso, además de evitar tener que decidir el tamaño de las celdas de la región, puesto que en ocasiones se nos ha olvidado cambiarlo y podría hacerse de manera automática al incorporar la capa.

Hemos encontrado también problemas a la hora de trabajar con dos hojas del MDT05 conjuntas, puesto que la extracción de curvas de nivel no se realiza de manera conjunta y se extraen las curvas de cada capa de manera individual. Este problema dificulta la obtención de un perfil del terreno, habiendo sido necesario cargar la hoja del MDT200 para cubrir toda la zona a perfilar.

Las etiquetas asociadas a las capas vectoriales han supuesto algún inconveniente en alguna ocasión, puesto que no hemos encontrado la forma de mover las etiquetas individualmente, sino que se sitúan en el mapa predeterminadamente. Así, cuando varias etiquetas se superponen, acaba por desaparecer una de ellas, dificultando la tarea de etiquetar las capas deseadas. Por este motivo, en algún caso hemos preferido emplear las anotaciones de texto que ofrece QGIS. Sin embargo, estas anotaciones no se almacenan en ninguna capa del programa, y para editarlas es necesario seleccionarlas una por una y se complica la tarea de etiquetar los elementos. Además, si se quieren ocultar dichas anotaciones, no queda más remedio que eliminarlas, y si se desean obtener de nuevo deben ser introducidas manualmente una a una.

Por otro lado, ejecutando el comando Buffer nos habría gustado que ofreciese la posibilidad de delimitar hacia qué lado quieres que se dibuje el buffer, puesto que se dibuja en todas las direcciones del mapa.

En cuanto al diseñador de impresión, aunque permite una gran cantidad de variaciones del formato, echamos en falta poder combinar varios planos en un solo diseñador con diferentes capas. Aunque es posible crear trazar varios mapas en el mismo diseñador, todos los mapas requieren tener activadas las mismas capas, siendo imposible crear un mapa con una capa “equis” activada pero que el mapa contiguo trazado tenga dicha capa desactivada. Se actualizan simultáneamente ambos planos, y en algunos casos nos habría sido de gran utilidad esta opción.

Atendiendo a los SRC, nos han complicado la realización del trabajo en algunas ocasiones puesto que al intentar unificar todas capas cargadas en el SRC 25830, la capa de geología del MAGNA 50 se cargaba con un SRC diferente que, al cambiar manualmente a nuestro SRC elegido, se movía de la zona de estudio incomprensiblemente.

Por otra parte, los atributos de las capas vectoriales tampoco presentan un manejo sencillo, puesto que las expresiones de Geometría y otros campos que se deseen calcular no resultan intuitivos de escribir o seleccionar. Además, si al crear una capa de curvas de nivel olvidabas seleccionar el atributo “ALT” (cota), una vez creada la capa éramos incapaces de calcular ese atributo de otra forma que no fuese crear de nuevo la capa en cuestión. Echamos en falta la posibilidad de deshacer algunas acciones ejecutadas, dado que en muchas ocasiones nos hemos equivocado ejecutando algún comando y habría sido mucho más útil deshacer el error cometido.

En cuanto a la búsqueda de datos en formato shape o raster para poder importarlos al programa, en algunos casos nos ha dado problemas la descarga de estos archivos puesto que, o bien la versión de QGIS empleada no aceptaba el archivo, o bien el SRC que se cargaba no coincidía con el que queríamos (por más que lo intentásemos). Nos resultó muy útil el portal de datos IDE de la Junta de Castilla y León para poder descargar la red hidrográfica de Ávila, pero no nos resultó muy intuitiva la descarga de estos archivos, y en algunos casos estaban desactualizados o nos daban error. Quizá se podría crear un portal que unificase este tipo de capas con el fin de localizarlas con mayor facilidad, como ocurre con las capas del IGN o del IGME.

En general, nos ha resultado muy útil aprender a usar este programa porque hemos conseguido resolver el problema de abastecimiento de una forma mucho más cómoda que empleando otro software o visores de internet. No obstante, debido a los problemas que hemos encontrado, creemos que el programa QGIS aún puede mejorarse en ciertos aspectos a fin de simplificar el manejo y acercar esta herramienta a los estudiantes de una manera rápida e intuitiva. Gracias a las clases recibidas de SIG y apoyándonos en el manual de la asignatura, hemos logrado resolver gran cantidad de obstáculos que hemos ido encontrando en la resolución del problema, obteniendo unos resultados satisfactorios y presentados con buena calidad.

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