Hidrología con QGIS, GDAL y GRASS GIS

Instalación, DEMs, corrección de sinks, análisis de cuencas y flujo de trabajo práctico

QGIS LTRGDALGRASSHidrología

1. Introducción

La hidrología estudia el ciclo del agua y su interacción con el medio físico y socioambiental. Los SIG permiten analizar fenómenos hidrológicos al combinar datos espaciales y modelos de terreno. El insumo clave es el Modelo Digital de Elevación (DEM), base para simular el flujo del agua, extraer redes de drenaje y delimitar cuencas.

Objetivos de aprendizaje: instalar QGIS con GDAL y GRASS, preprocesar DEMs corrigiendo sinks, generar dirección/acumulación de flujo, red de drenaje y delimitar cuencas.

2. Instalación y verificación (QGIS, GDAL, GRASS)

QGIS

  • Descarga desde qgis.org.
  • Recomendado: LTR (Long Term Release) por estabilidad.
  • El instalador Standalone incluye GDAL y GRASS.

Verificación: en QGIS ve a Ayuda → Acerca de → Librerías para revisar la versión de GDAL; y en Procesos → Caja de herramientas busca módulos de GRASS como r.fill.dir.

GDAL y GRASS

GDAL gestiona formatos raster/vector; GRASS aporta análisis raster e hidrológico avanzado.

  • GDAL: reproyección, mosaico, recorte, cálculo raster.
  • GRASS: r.fill.dir, r.watershed, r.water.outlet.
Tip: Mantén una carpeta de trabajo ordenada (datos/insumos, salidas/raster, salidas/vector, proyecto QGIS).

3. DEMs: conceptos, tipos y calidad

¿Qué es un DEM?

Raster donde cada celda representa la altitud del terreno. Es la base para derivar pendientes, orientaciones, cuencas y redes de drenaje.

Tipos de modelos

  • DEM: superficie del terreno.
  • DSM: incluye edificaciones y vegetación.
  • DTM: DEM refinado con correcciones topográficas.

Calidad y resolución

  • Resolución espacial (p. ej., 30 m, 12.5 m, 1 m).
  • Errores de interpolación y artefactos.
  • Coherencia vertical/horizontal y sistema de referencia.
Buenas prácticas: reproyecta tu DEM a un SRC métrico apropiado (p. ej., UTM) antes del análisis hidrológico.

4. Depresiones (sinks) y su corrección

Un sink es una celda o conjunto de celdas donde el flujo queda atrapado por errores o características reales. Sin corregirlos, se distorsiona la acumulación de flujo y la red de drenaje.

Métodos

  • Relleno (Fill): eleva celdas hasta permitir salida.
  • Breaching/Carving: abre canales a través de barreras.
  • Híbridos: combinan ambos según la topografía.

Herramientas en QGIS

  • GRASS: r.fill.dir, r.hydrodem
  • SAGA: Fill sinks (Wang & Liu)
# Ejemplo conceptual (GRASS)
# 1) Relleno de depresiones y dirección inicial
r.fill.dir input=dem.tif output=dem_fill.tif direction=dir.tif
# 2) Cálculo de cuenca, acumulación y red
r.watershed elevation=dem_fill.tif accumulation=acc.tif drainage=drain.tif basin=basin.tif
# 3) Delimitación desde punto de salida
r.water.outlet input=drain.tif output=cuenca.tif coordinates=E,N
Atención: si existen lagunas reales, evalúa enmascararlas para no sobrecorregir el relieve.

5. La cuenca y sus elementos

Una cuenca hidrográfica es el territorio cuyo escurrimiento superficial converge a un punto común. Se delimita por la divisoria de aguas.

Elementos clave

  • Divisoria de aguas
  • Curso principal y afluentes
  • Cabeceras y desembocadura
  • Llanura de inundación
  • Pendientes y formas del relieve

Clasificación por tamaño

  • Microcuenca: < 100 km²
  • Subcuenca: 100–1,000 km²
  • Cuenca: 1,000–10,000 km²
  • Macrocuenca: > 10,000 km²
Aplicaciones: gestión hídrica, prevención de inundaciones, conservación, ordenamiento territorial e ingeniería.

6. Flujo de trabajo en QGIS (paso a paso)

  1. Cargar DEM (Capa → Añadir capa → Raster).
  2. Reproyectar si es necesario (GDAL: Warp (reproject)).
  3. Corregir sinks (GRASS: r.fill.dir → dem_fill.tif).
  4. Dirección y acumulación de flujo (GRASS: r.watershed → dir.tif, acc.tif).
  5. Red de drenaje: umbral sobre acc.tif (Calculadora Raster: "acc@1" > 1000). Ajusta el umbral a tu escala.
  6. Vectorizar la red (GDAL/GRASS: r.to.vect o Polygonize/Line to polygons según necesidad).
  7. Delimitar cuenca (GRASS: r.water.outlet con dir.tif y punto de salida).
  8. Cartografiar: estilos, simbología, etiquetas, leyenda y mapa final.
Consejo: documenta parámetros y nombres de salida. La reproducibilidad es clave en proyectos académicos y profesionales.

7. Ejercicio guiado

Objetivo: obtener la red de drenaje y la cuenca desde un DEM.

  1. Descarga un DEM de tu zona de estudio (resolución ≥ 30 m).
  2. Reproyecta a UTM correspondiente.
  3. Ejecuta r.fill.dir y revisa cambios visualmente.
  4. Corre r.watershed y explora los rásters de dirección y acumulación.
  5. Define un umbral de acumulación para la red (p. ej., 1000; ajusta según tamaño).
  6. Elige un punto de salida (clic en el mapa) y ejecuta r.water.outlet.
  7. Exporta el mapa final con composición de impresión.
Entrega sugerida: mapa PDF + tabla con parámetros usados (resolución DEM, umbral, SRC, coordenadas del outlet).

8. Buenas prácticas y control de calidad

  • Topología: evita gaps/superposiciones al vectorizar.
  • Coherencia vertical: revisa valores extremos/anómalos del DEM.
  • Unidades y SRC: confirma metros vs grados; usa UTM para métricas.
  • Umbral de red: calibra con drenajes conocidos o con validación de campo.
  • Metadatos: registra fuente, fecha, resolución y procesos aplicados.

9. Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Qué versión de QGIS instalo?

La LTR por estabilidad en cursos y proyectos. Las versiones latest traen novedades pero pueden cambiar rápido.

¿GDAL/GRASS se instalan aparte?

No, el instalador Standalone de QGIS ya los incluye e integra.

Mi red de drenaje sale muy densa/escasa, ¿por qué?

Probablemente el umbral en la acumulación es muy bajo/alto. Ajusta según la resolución del DEM y la escala de cuenca.

¿Cuándo usar breaching en lugar de fill?

Cuando el relleno deprime rasgos reales (p. ej., pasos estrechos) o sobreeleva zonas; el breaching preserva mejor el relieve.

10. Glosario

  • DEM: Modelo Digital de Elevación.
  • DSM/DTM: Superficie con objetos / Terreno refinado.
  • Sinks: depresiones que atrapan el flujo.
  • Dirección de flujo: ruta de salida por celda.
  • Acumulación de flujo: cantidad de flujo que llega a cada celda.
  • Cuenca: área que drena a un punto común.
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