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Las maravillas de la tecnología informática: ¿Cómo automatizar la delimitación de cuencas hidrográficas utilizando modelos digitales de elevación?
La delimitación de cuencas es el proceso de identificar los límites de una cuenca hidrográfica, también comúnmente llamada cuenca de captación, cuenca de drenaje o cuenca fluvial. Este es un paso importante en muchas áreas de la ciencia, la ingeniería y la gestión ambiental, como el estudio de las inundaciones, los hábitats acuáticos o la contaminación del agua. Históricamente, la delimitación de cuencas hidrográficas se ha realizado manualmente por geógrafos, científicos e ingenieros en mapas topográficos de papel. Sin embargo, con el uso de computadoras y datos electrónicos, desde la década de 1980 se han desarrollado métodos automatizados para la delimitación de cuencas hidrográficas que ahora se utilizan ampliamente.
Una cuenca hidrográfica es una unidad geográfica básica en hidrología, el estudio del movimiento, distribución y gestión del agua en la Tierra.
Los métodos actuales de delimitación automatizada de cuencas hidrográficas utilizan principalmente modelos digitales de elevación (DEM), que son conjuntos de datos que representan la altura de la superficie de la Tierra. La delimitación digital de cuencas hidrográficas a través de software de modelado hidrológico especializado como WMS, o software de sistemas de información geográfica (GIS) como ArcGIS o QGIS, o incluso utilizando lenguajes de programación como Python o R, ha mejorado enormemente la eficiencia.
Historia de la delimitación artificial de cuencas hidrográficas
Los métodos tradicionales de demarcación de cuencas hidrográficas a menudo se realizan a mano sobre mapas topográficos de papel o utilizando superposiciones transparentes. Los investigadores utilizan medidores para estimar el área de una cuenca hidrográfica o digitalizar los resultados para utilizarlos en software de mapeo. Incluso en la era digital, la delimitación manual de cuencas hidrográficas sigue siendo una habilidad útil para confirmar que los límites de cuencas hidrográficas generados por software son correctos. Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, hay cinco pasos para delinear una cuenca hidrográfica artificial:
- Encuentre puntos de interés a lo largo del río en el mapa, también conocidos como "puntos de drenaje de cuenca". Imagine o dibuje líneas de flujo de agua apuntando hacia abajo desde la pendiente más pronunciada de los contornos del terreno.
- Marca los puntos topográficos más altos (picos) que rodean el río.
- Marca puntos (crestas) a lo largo de las líneas de contorno que dividen la dirección del flujo. Conecte los marcadores para definir el área de la cuenca hidrográfica.
Durante este proceso, los límites de la cuenca deben ser perpendiculares a las curvas de nivel pasadas y no deben cruzar el río excepto en el punto de descarga. Aunque los métodos manuales son más precisos, están sujetos al juicio del analista y pueden requerir visitas de campo para confirmar las características del terreno en algunos casos.
Ventajas de la delimitación automatizada de cuencas hidrográficasLa delimitación de cuencas hidrográficas mediante software de computadora es mucho más rápida que los métodos manuales tradicionales y los resultados son más consistentes porque se elimina la subjetividad. Los métodos automatizados de delimitación de cuencas hidrográficas se han utilizado ampliamente en las comunidades científicas y de ingeniería desde la década de 1980. En los últimos años, los científicos incluso han aplicado métodos informáticos para delimitar las cuencas de agua en Marte.
La delimitación automatizada de cuencas hidrográficas utiliza datos digitales del terreno para calcular la dirección del flujo y el flujo acumulado a través de modelos digitales de elevación (DEM).
Existen dos formas principales de obtener modelos digitales de elevación. La primera era escanear y digitalizar mapas topográficos en papel, mientras que ahora se utiliza principalmente tecnología de teledetección aérea o satelital. Para obtener resultados confiables de delimitación de cuencas hidrográficas, primero es necesario procesar o "acondicionar" el modelo de elevación digital para llenar las depresiones y calcular la dirección del flujo y el flujo acumulado.
Desarrollo de herramientas de software
El software especializado para la delimitación de cuencas hidrográficas se originó en FORTRAN, como CATCH y DEDNM. Con el uso de sistemas de información geográfica (SIG) y software de modelado hidrológico, las herramientas de delimitación de cuencas hidrográficas se han integrado en muchos programas SIG populares como ArcGIS, QGIS y GRASS GIS. También existen programas independientes de delimitación de cuencas hidrográficas, como TauDEM, y una serie de herramientas de sitios web específicos para cada región que brindan funciones adicionales, como estadísticas de caudal y análisis de la calidad del agua.
En el proceso de automatización, como los algoritmos de cálculo de la dirección del flujo como D8 y D∞, la elección entre diferentes algoritmos también afectará la precisión de los resultados.
A pesar de la gran eficiencia de la delimitación electrónica de cuencas, estos métodos no siempre son correctos ya que pueden surgir errores debido a cuestiones como la precisión y la resolución de los datos digitales del terreno. Además, muchas organizaciones todavía enfatizan que es necesario verificar los resultados automatizados para verificar su precisión.
A medida que avanzamos hacia un futuro automatizado, ¿cómo podemos garantizar que la información que obtenemos realmente nos sea útil para gestionar nuestro entorno?
