Análisis de la cuenca hidrográfica de Beleña, Guadalajara
| Trabajo sobre SIG | |
|---|---|
| Título | Análisis de la cuenca hidrográfica de Beleña, Guadalajara |
| Autores | Alicia Ayuso Solis, Raquel Gómez Vázquez, María Yébenes de la Muñoza |
| Asignatura | Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil |
| Curso | 2013-14 |
| Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura | |
En el siguiente informe se muestra la primera parte de un estudio de una cuenca hidrográfica. El objetivo es la obtención de las áreas de influencia de los pluviómetros más cercanos a la cuenca de estudio respecto a las áreas de dichas subcuencas. También se analizan las longitudes y pendientes de los ríos más significativos de cada subcuenca, que resultan fundamentales para el cálculo del caudal de avenida.
1 Introducción
El estudio de una cuenca hidrográfica permite obtener el caudal de diseño para dimensionar obras hidráulicas, optimizar el uso de los recursos hídricos, establecer áreas vulnerables en la cuenca o prever un correcto diseño de obras de infraestructura vial. En este trabajo se muestra la parte del estudio hidrológico realizada con una herramienta de Sistema de Información Geográfica (QGIS).
La cuenca del estudio pertenece a la Confederación Hidrográfica del Tajo y se sitúa en la provincia de Guadalajara. La cuenca está referida al embalse de Beleña, lo que implica que toda el agua que cae en la cuenca llega a ese punto. En este caso concreto, en el que ya existe una obra hidráulica, el estudio hidrológico se podría utilizar para evaluar la seguridad de la presa.
El objetivo de un estudio hidrológico es calcular el caudal máximo de avenida en el punto de salida de la cuenca. Para ello, primero hay que obtener la cuenca general y dividirla en subcuencas lo más homogéneas posible. Habrá también que elegir los pluviómetros con mejores datos y situación. Es preferible que los pluviómetros se sitúen en la cuenca de estudio, pero si no hay suficientes, se recurrirá a pluviómetros cercanos que se encuentren en zonas con características geográficas similares a las de la cuenca. Una vez seleccionados los pluviómetros se obtendrán los polígonos de Thiessen, que permitirán repartir las precipitaciones de forma ponderada (con el área) en las subcuencas. De esta forma se mide el área de influencia de estos sobre el área total de cada subcuenca. Posteriormente se calcula el tiempo de concentración, para lo que se necesita calcular la pendiente del cauce más largo en cada subcuenca y la longitud máxima.
El alcance de nuestro estudio llega hasta este punto pero, si se quisiera obtener el caudal máximo de avenida, sería necesario obtener la lluvia de cálculo teniendo en cuenta su duración y distribución temporal, que corresponde a un determinado periodo de retorno. Seguidamente se debe obtener el cálculo de las pérdidas considerando el umbral de escorrentía y los usos del suelo. Por último se obtienen los caudales medidos en los aforos para el cálculo del caudal máximo en función del periodo de retorno.
2 Metodología
Para realizar este estudio se han usado las hojas 0485, 0486,0459, 0460 de la colección de mapas del IGN 1:50000 ráster y MDT25[1].
Los datos de las estaciones meteorológicas se han obtenido de la página de AEMET[2].
El procedimiento seguido ha sido el siguiente:
- Combinación de las hojas ráster en una única capa.
- Crear directorio Grass para poder trabajar con el programa dentro de QGIS.
- Exportar a Grass la capa creada y obtener las subcuencas con un número mínimo de celdas para cada cuenca de 35000.
- Convertir la capa Cuencas en vectorial y exportarla a QGIS.
- De todas las subcuencas existentes, se escoge la correspondiente creando una nueva capa vectorial, usando la opción selección de objeto y el editor de capas vectoriales.
- Para extraer las subcuencas de la cuenca seleccionada se repite el proceso anterior, quedando 5 subcuencas en una única capa vectorial.
- Para el estudio hidrológico se necesitarán algunas propiedades geométricas de la cuenca. Se añade el área a la tabla de atributos de la cuenca.
- Las coordenadas de los pluviómetros y su elevación se extraen del Excel descargado de AEMET. Tras pasarlas a formato .txt se pueden introducir como una capa vectorial de puntos en el proyecto.
- Se realiza un buffer de 13000 m desde el centroide de la cuenca para seleccionar los pluviómetros más cercanos. Se crea una nueva capa vectorial con la herramienta de intersección entre las capas del buffer y de los pluviómetros.
- Con la herramienta vectorial polígonos de Voronoi se obtienen los polígonos de Thiessen. Se crean capas con cada una de las 5 subcuencas, las cuales intersectan con los polígonos, obteniendo así la parte de cada uno correspondiente a cada subcuenca.
- Se extraen las áreas a una hoja de Excel para poder calcular, dentro de cada subcuenca, qué porcentaje de precipitación aporta cada pluviómetro.
- Trabajando otra vez en Grass, se extraen los ríos de un tamaño mínimo de celda de 1000 unidades. Se convierte en líneas vectoriales dentro de Grass y se exporta a QGIS como capa vectorial.
- Se intersecta la capa de ríos con la cuenca y las subcuencas. Para poder obtener las propiedades del río en cada subcuenca se combinan los elementos para poder asociar cada tramo de río con una subcuenca.
- Se obtienen las longitudes de los ríos para exportarlas a Excel.
- Se hacen perfiles sobre la capa de MDT combinada y a partir de las elevaciones y de la longitud del río, se calculan las pendientes.
3 Resultados
La cuenca elegida tiene un área de [math]100,57 Km^2[/math] y el cauce principal cuenta con una longitud de [math]35,103 Km[/math]. A continuación de muestra la división en subcuencas realizada y los polígonos de Thiessen. En las tablas se indica la longitud y pendiente de los ríos principales de cada subcuenca y el porcentaje de afección de cada pluviómetro en cada subcuenca.
4 Conclusiones
A partir de los datos obtenidos se podría deducir la precipitación media y máxima diaria en cada subcuenca, a lo que habría que aplicar un coeficiente de reducción por área para poder asumir que la lluvia vaya a ser homogénea en cada subcuenca. Todo ello debe realizarse a partir de los datos de lluvia para cada pluviómetro usando la distribución estadística que mejor se adapte para conocer el valor en periodos de retorno altos. Por lo tanto, la obtención de estos datos resulta fundamental para comenzar con el estudio hidrológico y el cálculo de los hietogramas. Para el estudio de esta cuenca se han usado los pluviómetros más cercanos que se han obtenido al realizar un buffer de 13000 m, quedando 7 en el área de influencia. Sin embargo, sólo uno de ellos está dentro de la cuenca, por lo que el estudio habría sido más preciso si hubiese más pluviómetros dentro.
5 Anejos
A continuación se muestran los mapas intermedios hasta llegar al resultado final.
- Situación de partida: combinación de las hojas ráster 1:50000 y MDT25.
- Obtención de las subcuencas y ríos.
- Selección de los pluviómetros y triangulación de Delaunay.
- Poligonos de Voronoi.
- Resultado final: Intersección de los polígonos de Thiessen con cada subcuenca.
