Elaboración de un Sistema de Información Geográfica (SIG) por cuenca

Por: Luis Ribeiro
Instituto Superior Técnico de Lisboa

El objetivo general del proyecto ADMICCO es de desarrollar un conjunto de acciones que contribuyan a disminuir el impacto negativo del cambio climático, en beneficio de las poblaciones ubicadas en las áreas estudiadas. Muchos países sudamericanos han sido identificados como de gran vulnerabilidad al cambio climático donde es importante dar énfasis en que las autoridades a niveles locales, regionales o nacionales se articulen a los actores locales y que beneficien de esto proyecto como una oportunidad para complementar sus recursos habitualmente limitados.

El proyecto tiene su enfoque en facilitar que los decisores políticos y los actores locales se doten de instrumentos y herramientas que les soporten los procesos de toma de decisiones sobre la disponibilidad de recursos hídricos, considerando distintos escenarios y consecuente impacto del cambio climático, de la elevación de la temperatura oceánica o del aumento del nivel del mar en las ciudades estudiadas.

Objetivos
Los sistemas o herramientas de soporte a la decisión (SSD) son sistemas computacionales integrados e interactivos, constituidos por herramientas de análisis y de manejo de información, desarrollados para apoyar la toma de decisiones en la solución de problemas no estructurados de grandes dimensiones.

Cada SSD es muy particular y está adaptado específicamente para resolver uno o más problemas bien identificados. Utilizando una arquitectura modular, el sistema puede crecer añadiendo nuevas funcionalidades o componentes en función del grado de complejidad del problema.

Los módulos pueden incluir entre otros componentes, una base de datos, uno o más modelos de simulación y de manejo de recursos hídricos y el desarrollo de escenarios climáticos.

Sistemas de información geográfica (SIG)
De entre las herramientas que soportan los procesos de toma de decisiones, los sistemas de información geográfica (SIG) tienen un papel muy importante en el sentido que permiten contar con bases de datos ambientales, sociales y económicas georreferenciadas que sirven para desarrollar modelos hidrológicos y luego simular escenarios para disponibilidad del agua.

El objetivo de la actividad correspondiente al SIG, es de obtener estas bases de datos geográficas (BDG) que permitan el uso de las funcionalidades y herramientas de análisis normalmente asociadas a los SIG, como sean la obtención de estadísticas y análisis espaciales, la búsquedas espaciales, el cruzamiento de datos y capas de distintos temas y orígenes, la producción de mapas, la generación de tablas, gráficos y estadísticas e incluso la visualización 3D, lo que permite añadir una interacción más realística entre los datos, los procesos de modelación matemática, los resultados y los usuarios.

Fases del trabajo
Entre las tareas que se desarrollaran se destacan i) la recopilación de datos y su evaluación, ii) el diseño de la estructura de la base de datos geográfica y iii) la implementación de la base de datos geográfica y su integración con modelos hidrológicos y escenarios climáticos.

El diseño de la estructura de la base de datos geográfica representa un punto particularmente importante. La BDG debe expresar realísticamente los elementos existentes en los sistemas hidrológicos, sus comportamientos, sus reglas y sus características.

En la práctica, se procuró construir una BDG donde los distintos temas, capas y respectivas interacciones representan el recogido del agua desde un punto en el terreno donde cae una gota de lluvia, su camino por la pendiente, hasta los cauces y después hasta la desembocadura.

Ámbito Geográfico
Para cada una de las ciudades consideradas en el proyecto, ha sido definida la unidad espacial fundamental de análisis para el SIG, siendo el límite geográfico de la entidad hidrológica básica. Esta puede ser la cuenca hidrográfica para los casos donde el suministro de agua es de origen superficial, el límite del acuífero, donde el suministro de agua es de aguas subterráneas o la conjunción de estas dos entidades en los casos de suministro de fuentes mixtas. Así, se hay construido una BDG para cada uno de los siguientes casos:

Componentes de la base de datos geográfica
La base de datos geográfica está constituida por distintos componentes que representa cada uno un conjunto de elementos, que pueden ser capas vectoriales, datos alfanuméricos, imágenes o mallas. Cada componente está organizado de manera temática respecto a la función de cada elemento en el funcionamiento del sistema hidrológico de una cuenca:

• Componente DRENAJE
El componente Drenaje de la base de datos representa la relación entre la topografía y la hidrografía en la medida en que en esta componente se encuentran un conjunto de elementos que son dependientes de la dirección de flujo del agua que por su vez es una función de la dirección y de la pendiente del terreno. La separación entre direcciones de flujo es definida por líneas divisorias más allá de las cuales el agua fluye en dirección opuesta, hacia otra área de drenaje.

El componente DRENAJE de la base de datos es sobre todo obtenido por procesamiento de la información topográfica, convertida en un modelo digital de elevación reacondicionado.

A partir del procesamiento del modelo digital de elevación es posible obtener un conjunto de nuevos niveles de información como:

Modelos de pendientes; modelos de exposición de vertientes, modelos de direcciones de flujo; modelo de acumulación de flujo, delimitación hidrológicamente corregida de áreas de drenaje, delimitación hidrológicamente corregida de subcuencas, calculo del cauce de longitud máxima y una serie de parámetros fisiográficos.

• Componente RED
El componente Red (Hidrográfica) incluye los elementos que normalmente más se asocian a un sistema hidrológico: las líneas de agua naturales tales como ríos, quebradas, arroyos y otras.

Este componente incluye dos tipos de elementos: elementos del tipo linear, que representan líneas de transporte de flujo y elementos del tipo punto que representan puntos de interés, eventos o marcos particulares del recorrido del agua.

Estos elementos lineares y puntuales están organizados en una estructura de datos compleja definida por una topología de red. En el caso de un sistema hidrológico, se define que esta red tiene dos características principales:

Conectividad – todas las líneas de agua están conectadas entre ellas, pasando el flujo de una a la otra;

Dirección – en las líneas el flujo es unidireccional.

• Componente HIDROGRAFÍA
El componente Hidrografía representa el marco básico para almacenar los datos que describen y ayudan a comprender el sistema en particular, no lo que dice respecto a su representación en mapas. Incluye elementos como:

Estructuras (puentes, presas, etc.); puntos de toma de agua (de distintos tipos); puntos de descarga de aguas (de distintos tipos); estaciones de monitoreo (de distintos tipos); elementos lineares que ayudan a describir el sistema hidrológico (canales, acueductos, acequias, túneles de transferencia del agua, etc.); cuerpos de agua (lagos, lagunas, embalses, ríos anchos, etc.), unidades hidrológicas del terreno que describen las características de la superficie terrestre del punto de vista de su comportamiento e impacte en el balance hídrico.

• Componente DATOS TEMPORALES
Como para cada elemento u objeto del sistema hidrológico se puede describir sus características y definir su ubicación geográfica, también para muchos temas hay una serie de parámetros que tienen un registro histórico. Estos datos históricos corresponden al componente Datos Temporales o series históricas.

Esta información temporal es de mucha importancia en los sistemas de manejo integrado de cuencas y también para uso en los sistemas de simulación y modelación que permiten generar escenarios basados y calibrados en datos de eventos del pasado.

• Componente DATOS AUXILIARES
Son un conjunto variado de capas y temas que están de alguna manera asociadas al recurso hídrico, a su funcionamiento y evolución pero que no son componentes directas del sistema.

Se pueden considerar en esta categoría, temas como la geología, suelos, cubierto vegetal, hidrogeología, agricultura entre otros.

• Componente ADMINISTRATIVA Y DE GESTION TERRITORIAL
Es un componente genérico que no está directamente asociado al tema del sistema hidrológico pero que puede servir a los usuarios para encuadrar los temas, ayudar en la producción de mapas o generación de estadísticas y de una manera general, integrar el tema de la gestión territorial en el tema del manejo integrado de recursos hídricos.

Se pueden incluir capas o datos alfanuméricos correspondientes a categorías como limites administrativos (país, departamentos, regiones, comunas, etc.); red vial y líneas férreas; toponimia; centros poblados o datos de censos.

Punto de situación
En esta fase de desarrollo del proyecto ADMICCO y por respecto a la primera fase de la “Actividad 3.2 – Elaboración de un Sistema de Información Geográfica (SIG) por cuenca” se puede decir que se han logrado los principales objetivos.

El resultado es una base de datos geográfica en formato geodatabase para el aplicativo ArcGIS, (geo por la naturaleza geográfica de los datos y database por el repositorio de datos técnica y científicamente validados) para cada una de las cuencas involucradas en el proyecto, donde se cuenta desde ya con algunas de las principales componente y conjuntos de datos ya implementados en un sistema relacional de manejo de datos con una arquitectura de la base de datos adaptada al estudio de recursos hídricos.

Hay también un conjunto de otros temas que todavía no están completamente integrados en la base de datos pero todo el trabajo de recopilación de datos, análisis, pos-tratamiento, compatibilización de formatos, de sistemas de proyección, de unidades o de geometría, de normalización de nomenclatura, de verificación de consistencia de valores reportados en diferentes fuentes y de validación en general que ya está prácticamente listo.

En estos casos están los catastros de redes de monitoreo, de puntos de toma y desagüe del agua y los catastros de infraestructuras hidráulicas.

De entre los casos donde el avance del trabajo para el SIG no hay sido tan conseguido, se considera el caso de la cuenca del río Rapel, pero solamente por falta de cartografía topográfica correspondiente a la totalidad del área de la cuenca que no ha permitido el desarrollo del componente de drenaje de la base de datos y respectivos parámetros. Sin embargo, por la calidad y naturaleza de otros datos ya recibidos, creemos que luego que esta información esté disponible el trabajo podrá progresar rápidamente. Los otros temas están el mismo nivel de desarrollo que para los otros casos de estudio.

El único caso que presenta un reto distinto es el de la Isla de San Cristóbal en Galápagos. A pesar de significativos y durables esfuerzos para obtener datos más detallados y completos para la isla, el resultado no alcanza generalmente los mismos logros de los otros casos de estudio. Esta cuestión tiene implicaciones no solamente al nivel del SIG, pero también para las otras actividades como el modelamiento hidrológico y los escenarios climáticos. La alternativa nos parece ser construir una base de datos geográfica con un modelo de datos más sencillo, solamente con algunas clases de elementos y siempre con una precisión geométrica más baja que en las otras cuencas, muchas veces con un carácter casi esquemático.

Para los casos de las cuencas en Perú, los datos disponibles son generalmente de calidad compatible con los objetivos. Por respecto a estas cuencas se destaca solamente los números y volúmenes asociados al trabajo. El enorme número de archivo recibidos ha obligado a un trabajo de clasificación de los datos, y uno de los aspectos que ha tenido una importancia más grande al nivel del avance del trabajo es una cierta dificultad de garantizar la consistencia entre distintas fuentes de información. El otro aspecto es la dimensión geográfica de las cuencas, donde se manejan miles de elementos, que tornan algunos procesamientos muy demorados.