Delimitacion de cuencas

UNIVERSIDAD NACIONAL
SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO
ESCUELA DE POSTGRADO
MAESTRIA EN INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS
DELIMITACION DE CUENCAS HIDROGRAFICAS
CON ArcGIS 10.4
NIVEL AVANZADO
(SERIE N° 01)
ING. TITO TINOCO MEYHUAY
HUARAZ – 2017

PRESENTACION
En la actualidad con el avance de la ciencia, la tecnología y el desarrollo de la computación
e informática se han creado diversas aplicaciones SIG a muchas materias y/o especialidades
que permiten realizar operaciones muy complejas y de esta manera obtener resultados
precisos en un tiempo corto, que anteriormente resultaban muy tediosas, por eso la
necesidad de conocer y aprender las aplicaciones del ArcGIS a materias como hidrología,
catastro, ordenamiento territorial, gestión de riesgos, suelos, hidráulica fluvial, etc.
Para el mejor entendimiento de las aplicaciones del ArcGIS Nivel avanzado es necesario que
el alumno tenga conocimientos básicos de hidrología y ArcGIS básico, sobre todo las
herramientas del 3D Analyst, Spatial Analyst, manejo de los archivos raster, los modelos de
elevación digital (DEM), entre otros.
En esta oportunidad se realiza la primera publicación denominada DELIMITACION DE
CUENCAS HIDROGRAFICAS CON ArcGIS 10.4, Serie N° 01, posteriormente se irán
publicando mas aplicaciones a los quehaceres diarios de la ingeniería y otras especialidades
que requieran del Sistema de Información Geográfica como herramienta fundamental para
la obtención de información, procesamiento de datos, modelamiento, análisis e
interpretación del mundo real.
El autor.
CONTENIDO

PRESENTACION
I. DELIMITACION DE CUENCAS HIDROGRAFICAS………………………………………………… 01
1.1 Obtención del DEM …………………………………………………………………………………… 01
1.2 Delimitación Hidrográfica …………………………………………………………………………. 02
1.3 Establecimiento de la Red Hídrica……………………………………………………………… 07
II. DELIMITACION DE UNA CUENCA ESPECIFICA………….………………………………………. 15
2.1 Ubicar el Punto de Drenaje ..……………………………………………………………………… 15
2.2 Aplicación de Opciones del Hydrology ……………………………………………………….. 16
III. CALCULO DE LOS PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE UNA CUENCA…….. 21
3.1 Pasos Previos ..……………………..…………………………………………………………………… 21
3.2 Calculo del Área, Perímetro y Alturas……………………………………………………….. 25
3.3 Curva Hipsométrica………………………………………………………………………………….. 26
3.4 Pendiente Promedio …………………………………………………………………………………. 30
3.5 Longitud del Cauce Principal…………………………………………………………………….. 33
3.6 Orden de Red Hídrica……………………………………………………………………………….. 35
3.7 Densidad de Drenaje ………………………………………………………………………………… 39
3.8 Perfil del Cauce Principal………………………………………………………………………….. 40

UNASAM - Ingeniería Agrícola
Ing. Tito Tinoco Meyhuay
1
I. DELIMITACION DE CUENCAS HIDROGRAFICAS:
1.1 OBTENCION DEL DEM:
 Bajar del Geoservidor del MINAM el DEM correspondiente a la zona de estudio:
 Ingresar a Descargar información Aster GDEM:

2
 Descargar el DEM de interés, en este caso el S10W078
1.2 DELIMITACION HIDROGRAFICA:
Para delimitar cuencas hidrográficas, subcuencas o mIcrocuencas se utilizará las
herramientas del hidrology, que se encuentran en el Arctoolbox, para lo cual seguiremos
la siguiente secuencia:
 Dentro del ArcGIS cargar las extensiones 3D Analyst y Spatial Analyst:
 Cargamos la imagen obtenida del Geo Servidor (DEWM) en el ArcGIS:

3
 Cargamos las herramientas del Hydrology:
ArcToolbox/Spatial Analyst Tools/Hydrology
 Fill: Esta herramienta llena las imperfecciones o los huecos en la grilla que presenta
el DEM:
Se muestra la siguiente ventana: Ingresar el DEM y el nombre del archivo:
Se crea el archivo Fill_tiff1:

4
 Flow Direction: Esta herramienta calcula la dirección del flujo para una celda dada
del DEM:
Aparece la siguiente ventana: Ingresar el Fill_tiff1 y el nombre del archivo:
Se crea el archivo FlowDir_Fill1:

5
 Flow Accumulation: Esta herramienta calcula la acumulación del flujo en una grilla
que tiene un número acumulado de celdas contra la corriente de una celda, para
cada celda que está en la grilla de entrada:
Aparece la siguiente ventana: Ingresar el FlowDir_Fill1 y el nombre del archivo:
Se crea el archivo FlowAcc_Folw1:

6
 Basin: Esta función define las delimitaciones de las cuencas contenidas en un DEM
en función a los parámetros calculados:
Aparece la siguiente ventana: Ingresar el FlowDir_Fill1 y el nombre del archivo:
Se crea el archivo Basin_FlowDi1

7
Se observa las cuencas en formato ráster contenidas en el DEM, si desea cambie el
color de la delimitación accediendo a la simbología:
1.3 ESTABLECIMIENTO DE LA RED HIDRICA:
 Para crear la red hídrica principal se debe utilizar la herramienta de Raster
Calculator que se encuentra en el ArcToolbox/Spatial Analyst Tools/Map Algebra,
luego ingresar "FlowAcc_Flow1" > 1234567 (un número mayor a 1 millón).

8
Y se crea el archivo Red_primaria:
 Para crear la red hídrica secundaria se debe utilizar la herramienta de Raster
Calculator que se encuentra en el ArcToolbox/Spatial Analyst Tools/Map Algebra,
luego ingresar "FlowAcc_Flow1" > 1234 (un número mayor a mil).

9
Y se crea el archivo Red_secund:

10
 Stream Link: Para determinar el orden de los flujos se empieza con la herramienta
mencionada que muestra el flujo con colores degradados, es decir divide el cauce
en segmentos no interrumpidos.
Y se crea el archivo StreamL_Red_1

11
 Stream Order: Crea el orden de los flujos en formato raster:
Y se crea el archivo StreamO_Stre1 en formato raster:
 Convertir la información raster a un formato vectorial, para lo cual debe ingresar a
ArcToolbox/Conversion Tools/From Raster/Raster To Polyline:

12
Y se crea archivo Orden_rios.shp en formato vectorial:
 Para diferenciar el orden y cambiar los colores se debe entrar a
propiertes/simbology del archivo vectorial:

13
 Convertir el archivo vectorial de la delimitación de cuencas a formato vectorial:
Y se crea el archivo: cuencas.shp:

14
 Utilizando las opciones del Geoprocessing, aislar la cuenca de interés:

15
II. DELIMITACION DE UNA CUENCA ESPECÍFICA:
2.1 UBICAR EL PUNTO DE DRENAJE:
 Ubicar el punto referencial de drenaje en el Google Earth:
 Guardar en la carpeta de trabajo, como un archivo kmz.
 Cargar el raster en el ArcGIS:

16
2.2 APLICACIÓN DE OPCIONES DEL HYDROLOGY:
 Cargamos las herramientas del Hydrology:
ArcToolbox/Spatial Analyst Tools/Hydrology
 Aplicar la herramienta Fill:

17
Se crea el archivo raster Fill_tiff1:
 Flow direction:
Se crea el archivo FlowDir_Fill1:
 Flow Accumulation:

18
Se crea el archivo FlowAcc_Folw1:
 Convertir el punto referencial .kmz a layer:
ArcToolbox/Conversion Tools/KML To Layer:
Visualizándose el punto en el área de trabajo, luego tomando como base el punto
de referencia se debe crear un punto en formato shape:

19
 En el Spatial Analyst Tools ir a la opción de Hydrology/Snap pour point, ingresar el
punto creado y el raster de acumulación:
Se crea el archivo SnapPou_shp2:

20
 Delimitación de la cuenca:
Spatial Analyst Tools/Hydrology/Watershed:
Ingresar la dirección del flujo y el archivo creado anteriormente:
Se crea el archivo Watersh_flow1:

21
III. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE UNA CUENCA:
Para realizar los cálculos se requiere los siguientes datos: MDE, TIN (que se obtiene a partir de
la transformación del MDE), direcciones de flujo, acumulación de flujo y la delimitación de la
cuenca de la cuenca (en formato shape).
3.1 PASOS PREVIOS:
 Obtención del TIN a partir del DEM corregido:
Se crea el archivo TIN:
 A la cuenca delimitada, le agregamos la distribución de la altura sobre la superficie.
Para ello vamos a 3D Analyst, seguido de Functional Surface y por último Interpolate
Shape.
3D Analyst/Functional Surface/Interpolate Shape:

22
Se crea el archivo TIN_InterpolateShape:
 Cortamos los archivos: MDE corregido, dirección de flujo y flujo acumulado
exactamente con el área de la cuenca. Para ello utilizamos la función Extrac by Mask
de Spatial Analyst Tools.
Spatial Analyst Tools/Extraction/Extract by Mask:

23
Se crea el archivo Extract_DEM:

24
Se crea el archivo Extract_flow1:
Se crea el archivo Extract_flow2
Para cortar el archivo TIN, utilizamos la herramienta “Edit TIN”:
3D Analyst Tools/Data Management/ TIN/Edit TIN:

25
3.2 CALCULO DEL AREA, PERIMETRO Y ALTURAS:
 Cálculo del área, perímetro, altura mínima, altura máxima y coordenadas del
centroide de la cuenca:

26
En la tabla de atributos de TIN_InterpolateShape agregamos cada uno de los
campos para los cálculos respectivos:
3.3 CURVA HIPSOMÉTRICA:
 Clasificamos el raster de alturas (MDE).
Spatial Analyst Tools/Reclass/Reclassify:

27
Ahora damos clic en el botón Classify, en el campo Method seleccionamos Equal
Interval y en Classes colocamos 30.
 Necesitamos conocer el área entre curvas:
Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal Statistics as Table:

28
Y se crea el archivo: Areas_parciales:
Estos resultados los llevamos al Excel y realizar el gráfico respectivo.

29
VALUE AREA(M2) AREA (KM2) ACUMULADO % ACUMULADO ALTITUD MIN MAX
1 216555.2 0.2 135.3 100.00% 3149 3149 3240
2 378971.6 0.4 135.0 99.84% 3240 3241 3332
3 636368.3 0.6 134.7 99.56% 3332 3333 3424
4 1068529 1.1 134.0 99.09% 3424 3425 3516
5 1379115 1.4 133.0 98.30% 3516 3517 3608
6 2211143 2.2 131.6 97.28% 3608 3609 3700
7 3020375 3.0 129.4 95.64% 3700 3701 3792
8 3975877 4.0 126.3 93.41% 3792 3793 3884
9 5174529 5.2 122.4 90.47% 3884 3885 3976
10 7157719 7.2 117.2 86.65% 3976 3977 4068
11 9437247 9.4 110.0 81.35% 4068 4069 4159
12 11759520 11.8 100.6 74.38% 4159 4160 4251
13 15089530 15.1 88.8 65.68% 4251 4252 4343
14 18205830 18.2 73.8 54.53% 4343 4344 4435
15 14672560 14.7 55.5 41.07% 4435 4436 4527
16 12431980 12.4 40.9 30.22% 4527 4528 4619
17 9405904 9.4 28.4 21.03% 4619 4620 4711
18 5826095 5.8 19.0 14.07% 4711 4712 4803
19 4184834 4.2 13.2 9.77% 4803 4804 4895
20 2770577 2.8 9.0 6.67% 4895 4896 4986
21 2031630 2.0 6.3 4.62% 4986 4987 5078
22 1508288 1.5 4.2 3.12% 5078 5079 5170
23 1051432 1.1 2.7 2.01% 5170 5171 5262
24 576530.7 0.6 1.7 1.23% 5262 5263 5354
25 402716.7 0.4 1.1 0.80% 5354 5355 5446
26 254547.3 0.3 0.7 0.50% 5446 5447 5538
27 218454.8 0.2 0.4 0.32% 5538 5539 5629
28 101629 0.1 0.2 0.16% 5629 5631 5717
29 65536.44 0.1 0.1 0.08% 5717 5724 5813
30 42741.16 0.0 0.0 0.03% 5906 5815 5906
135.3TOTAL
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Altitud(m)
Área acumulada (%)
Curva hipsométrica

30
3.4 PENDIENTE PROMEDIO:
 Utilizamos la siguiente herramienta:
Spatial Analyst Tools/Surface/Slope:
Y se obtiene el mapa de pendientes: Slope_DEM

31
 Reclasificamos el raster de pendientes creado: Spatial Analyst
Tools/Reclass/Reclassify:
Y se obtiene el mapa de pendientes reclasificado: Reclass_Slope:

32
 Necesitamos conocer el área entre los rangos de pendientes establecidas:
Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal Statistics as Table:
Y se crea la siguiente tabla: área_pendientes:

33
Estos resultados los llevamos al Excel y realizamos los cálculos
respectivos.
3.5 LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL:
Spatial Analyst Tools/hydrology/flow length:
N° Inferior Superior Promedio (1)
Numero
ocurrencias (2)
(1)x(2)
1 0.57359868 29.07868 19.49653625 36687 715269.426
2 29.1239052 57.6459541 42.59025574 66482 2831485.38
3 57.685894 86.2098007 69.05280304 29290 2022556.6
4 86.2155228 114.742676 97.14676666 7434 722189.063
5 114.771347 143.307861 126.2859268 1655 209003.209
6 143.344589 171.66803 155.6433868 519 80778.9178
7 171.896912 200.364182 183.7857819 162 29773.2967
8 200.42247 228.419067 213.2220764 64 13646.2129
9 229.407913 256.744843 244.0046234 27 6588.12483
10 258.848114 285.445313 272.9730225 19 5186.48743
11 286.148132 313.123932 300.6556091 21 6313.76779
12 318.533752 343.050842 330.5974731 14 4628.36462
13 346.738861 363.198486 352.9613037 3 1058.88391
14 374.750061 397.68634 391.0877991 7 2737.61459
15 404.452148 427.362183 415.9264526 3 1247.77936
16 432.260925 455.577484 442.0933838 7 3094.65369
17 458.213806 481.604675 466.3203735 5 2331.60187
18 506.127625 510.518616 508.3231201 2 1016.64624
19 532.273926 532.273926 532.2739258 1 532.273926
20 544.36084 571.512695 554.8889771 3 1664.66693
TOTAL 142405 6661102.97
Pendiente media de la cuenca S= 46.78
Pendiente

34
Como resultado se obtiene las distancias desde los puntos más alejados hasta la
salida de la cuenca. En este caso la distancia más larga es de 18.946 km, que sería
la longitud del cauce principal de la cuenca.

35
3.6 ORDEN DE RED HÍDRICA:
Spatial Analyst Tools/Map Algebra/Raster calculator: Escribir la siguiente
expresión: "flowaccP">1234
Y se obtiene el archive: Red_hidrica:

36
 Para determinar el orden de los flujos se muestra el flujo con colores degradados, es
decir divide el cauce en segmentos no interrumpidos.
Spatial Analyst Tools/hydrology/Stream Link:
Y se obtiene el archivo: StreamL_red_1

37
 Para determinar el orden de los flujos:
Spatial Analyst Tools/hydrology/Stream Order:
Y se obtiene el archivo: Orden_Red:

38
 Convertimos el raster obtenido a un archivo SHP:
Spatial Analyst Tools/hydrology/Stream Feature:
Y se obtiene el archivo red_hidrica_fin en formato vectorial:

39
3.7 DENSIDAD DE DRENAJE:
 Calculamos la longitud de toda la red:
Se agrega un campo en la tabla de atributos y se calcula la longitud de cada tramo:
 Ahora dando clic sobre el campo GRID_CODE, hacemos una consulta seleccionando
la opción Summarize:

40
Y se obtiene una tabla con la siguiente información:
Estos datos lo llevamos al Excel y realizamos los cálculos respectivos:
3.8 PERFIL DEL CAUCE PRINCIPAL:
 Cauce principal con Arc Hydro Tools:
Abrimos la tabla de atributos del archivo “Cuenca” y agregamos un nuevo campo
llamado exactamente “HydroID” ya que así lo requiere el Archydro.

41
 Luego vamos a las herramientas de Archydro:
Watershed Processing/Longeest Flow Path:
Y se obtiene el archivo LongestFlowPath

42
Si abrimos la tabla de atributos, encontraremos la longitud del cauce principal que
anteriormente habíamos calculado.
 Calculo del perfil del cauce Principal:
3D Analyst/Functional Surface/interpolate Shape:
Al cauce principal delimitado anteriormente, le agregamos la distribución de la
altura sobre la superficie.
3D Analyst/Functional Surface/Interpolate Shape:

43
Como resultado se obtiene un nuevo archivo del cauce principal de la cuenca que
tiene la información de las alturas.
Seleccionamos el nuevo archivo creado.
Luego, 3D Analyst. En el campo layer debe estar seleccionado el archivo de donde
vamos a sacar las alturas (DEM), lego seleccionamos la opción “Profile Graph”:
Este perfil lo podemos llevar a Excel editarlo, suavizarlo, histograma de alturas o
hacer los cálculos respectivos
 Para consultar la cota máxima y mínima del perfil, realizamos una consulta zonal:
Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal statistic as table:

44

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