Determinación de parámetros morfométricos de una cuenca por medio de una interfaz hidrogeomática para la gestión del recurso hídrico

Abstract

Los parámetros morfométricos son cruciales en la gestión hidráulica y la planificación territorial, impactando en la gestión de riesgos, el control de procesos hidrológicos, la predicción de riesgos naturales y la adaptación al cambio climático. Estos parámetros ofrecen una base cuantitativa para entender los procesos hidrológicos e hidráulicos en cuencas, clave para la mitigación de riesgos y la planificación sostenible. Sin embargo, calcularlos de manera precisa y uniforme es un reto con métodos tradicionales, a menudo complejos y costosos, que pueden generar resultados de fiabilidad variable. Este trabajo propone una interfaz hidrogeomática innovadora, combinando Sistemas de Información Geográfica (SIG) con programación en Python. Esta herramienta busca transformar el cálculo y manejo de parámetros morfométricos mediante automatización y estandarización, prometiendo mejoras significativas en eficiencia y precisión. Se detalla cómo se utilizó esta interfaz para analizar la cuenca del río Palacé en Colombia, logrando confirmar su eficacia a través de pruebas exhaustivas y comparaciones metodológicas. La investigación comenzó con una revisión exhaustiva de la literatura, utilizando bases de datos como ScienceDirect y SciELO, enfocándose en documentos publicados entre 2011 y 2021. Se emplearon palabras clave como "Interfaces hidrogeomáticas" y "Parámetros morfométricos", y se calculó un índice de frecuencia de citación para evaluar el interés en estas áreas. Esta revisión ayudó a identificar un creciente interés en las interfaces hidrogeomáticas y su importancia en el cálculo de parámetros morfométricos. El Diseño de la interfaz se dividió en cinco fases: análisis, diseño, procesamiento de información, análisis espacial y generación de mapas. En la fase de análisis, se recolectó y estructuró información de SIG, incluyendo la determinación de coordenadas y la descarga y unificación de Modelos Digitales de Elevación (DEM). La fase de diseño implicó vincular estos elementos con las funciones de ArcPy para corrección de DEM, determinación de flujos y delimitación de cuencas. Las fases posteriores se centraron en el cálculo de parámetros morfométricos y la generación de mapas relevantes. El tercer objetivo incluyó la validación de los datos obtenidos, seleccionando la cuenca del río Palacé por su importancia en la gestión hídrica regional. La interfaz fue calibrada meticulosamente para satisfacer necesidades específicas de gestión y regulación de recursos hídricos. Se demostró su eficacia en la recopilación y cálculo de una amplia gama de parámetros. La comparación entre métodos automáticos y manuales reveló similitudes y diferencias, atribuibles a factores como la precisión de los datos de entrada y la resolución del DEM. La herramienta automática se destacó por su rapidez y menor susceptibilidad a errores humanos, aunque su precisión depende de la calidad de los datos de entrada y del ajuste del algoritmo a las características específicas de la cuenca. Este proyecto subraya la importancia de establecer métodos estandarizados y más eficientes en la gestión hídrica, apuntando a establecer este enfoque como un referente en la gestión sostenible de recursos hídricos en el siglo XXI.

Morphometric parameters are crucial in managing hydraulic systems and land planning, significantly influencing risk management, control of hydrological processes, natural hazard prediction, and climate change adaptation. These parameters offer a quantitative basis for comprehending hydrological and hydraulic processes in watersheds, which is vital for risk mitigation and sustainable planning. Traditional methods for calculating these parameters, however, often prove complex, costly, and yield inconsistent results. This study introduces an innovative hydrogeomathic interface that merges Geographic Information Systems (GIS) with Python programming. This tool is designed to revolutionize the calculation and management of morphometric parameters by enabling automation and standardization, thus enhancing efficiency and accuracy. It includes a detailed application analysis of the Palacé river basin in Colombia, with its effectiveness verified through thorough testing and methodological comparisons. The research began with a comprehensive literature review using databases like ScienceDirect and SciELO, focusing on publications from 2011 to 2021. Keywords like "Hydrogeomathic Interfaces" and "Morphometric Parameters" were used, and a citation frequency index helped assess interest in these topics. This review highlighted a growing interest in hydrogeomathic interfaces and their importance in morphometric parameter calculation. The development of the interface encompassed five phases: analysis, design, information processing, spatial analysis, and map generation. The analysis phase involved gathering and organizing GIS data, including coordinate determination and the aggregation of Digital Elevation Models (DEM). The design phase connected these elements with ArcPy functions for DEM correction, flow determination, and basin delineation. Later phases focused on morphometric parameter calculation and relevant map creation. The third objective entailed validating the data obtained, choosing the Palacé river basin for its significance in regional water management. The interface was rigorously calibrated to align with specific water resource management and regulation requirements. Its capability in capturing and calculating a broad spectrum of parameters was demonstrated. Comparisons between automated and manual methods highlighted similarities and differences, influenced by the accuracy of input data and the DEM's resolution. The automated tool excelled in speed and reduced human error susceptibility, though its accuracy depends on the quality of input data and the algorithm's fine-tuning to the basin's specific traits. This project emphasizes the need for standardized and efficient methods in water management, striving to set this approach as a standard in sustainable water resource management for the 21st century.