metodologÍa para realizar trabajos de hidrotopografÍa

METODOLOGÍA PARA REALIZAR TRABAJOS DE HIDROTOPOGRAFÍA

Germán Sopó Oscar Martínez Andrés Herreño

Bogotá D.C., MAYO de 2013

Subdirección de Hidrología

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METODOLOGIA PARA REALIZAR TRABAJOS DE HIDROTOPOGRAFÍA

A continuación se describen algunos pasos y lineamientos generales para realizar un levantamiento hidrotopográfico; sin embargo, también se debe tener en cuenta que cada trabajo de campo es diferente dependiendo de la finalidad del mismo, por lo que generalmente se deben tomar decisiones técnicas en el mismo terreno.

Para el desarrollo del trabajo, este se puede dividir en tres grandes etapas:

PREVIO AL TRABAJO EN CAMPO:

Previo al trabajo de campo, se debe acudir a las oficinas del IGAC y averiguar dentro de la red Magna-Sirgas que vértices se encuentran disponibles y cuáles son los más cercanos al área de estudio. Se debe tener en cuenta todas las disponibles, puesto que un gran porcentaje de estas placas no existen físicamente en el terreno, ya que los mojones pueden haber sido removidos ó destruidos.(ver foto No.1)

Además se requiere la descripción del acceso de estos puntos de la red Magna –Sirgas, para ubicarlos en el terreno una vez se esté en campo. (ver figura No.1)

También es necesario recopilar toda la cartografía disponible de la zona en la que se va a realizar el estudio.

Foto No.1 Vértice del IGAC


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Figura No.1 Descripción de la ubicación del Vértice.

TRABAJO EN CAMPO:

Una vez en campo y localizada la placa certificada del IGAC, se procede a poner en funcionamiento el primer GPS (base) de doble frecuencia y de precisión geodésica sobre la placa del vértice de la red Magna Sirgas; Posteriormente procedemos a ubicar el punto que se va a georreferenciar, en lo posible es importante materializar este punto y dejarlo como BM de referencia para futuros puntos de amarre, una vez en el sitio procedemos a poner en funcionamiento el segundo equipo GPS (móvil o rover) de doble frecuencia y de precisión geodésica. Este proceso requiere como mínimo un tiempo de una hora, operando simultáneamente los dos equipos con los mismos satélites (mínimo 4 satélites), siempre y cuando la distancia entre los dos puntos sea inferior a 10 kilómetros. Si la distancia es superior, el tiempo de permanencia de los equipos trabajando simultáneamente aumenta en 10 minutos por kilómetro adicional. Para distancias superiores a 20 kilómetros se sugiere, la instalación de un punto intermedio ó en su defecto la instalación de un tercer equipo GPS. (ver foto No. 2 y 3).


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Foto No.2 GPS (base) sobre Vértice certificado de IGAC.

Foto No.3 GPS (Móvil), sobre punto a georreferenciar.

En caso que el punto a georreferenciar sobre el BM materializado de la estación tenga obstáculos, se procede a buscar un sitio despejado lo más cercano posible para ubicar y poner en funcionamiento el equipo GPS de doble frecuencia (esta es una de las pocas restricciones para el normal funcionamiento de este equipo).

Posteriormente por nivelación topográfica, se procede a llevar la cota y coordenadas desde el punto georreferenciado hasta el BM ó punto a georreferenciar. (ver foto No.4)


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Foto No.4 BM a georreferenciar con obstáculos.

Una vez se tenga la cota en el BM de la estación ó punto georreferenciado, por

altimetría ya sea con nivel de precisión ó estación total topográfica, se traslada la cota al sitio de mira.

Si lo que se esta georreferenciado es una estación hidrológica, se debe calcular la “cota cero” de la mira, verificando a la vez el empalme de las mismas. (ver foto No.5)

Foto No.5 nivelación Miras


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Terminado este proceso, nos disponemos a realizar la batimetría, ya sea por métodos convencionales (Vadeo con Estación Total, Ecosonda análoga o digital), ó con los equipos de última tecnología como el ADCP HWR600-1 teledyne o el RS-M9 Sontek. Para realizar este proceso se debe contar con: una embarcación con motor fuera de borda, motorista y auxiliar. Se recomienda que la embarcación sea cubierta, ya que se trabaja con computadores portátiles y accesorios eléctricos. (ver fotos No. 6,7 y 19)

Foto No.6 ADCP HWR600-1 (teledyne)

Foto No.7 ADCP RS-M9 (Sontek)

Para iniciar la batimetría se debe acoplar el equipo a la embarcación, y realizar los test de ajustes mínimos requeridos por cada proveedor.

Por ultimo se realiza el levantamiento topográfico de orillas (terreno seco), para empalmar en el postproceso con la batimetría.


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TRABAJO EN OFICINA

El trabajo de oficina consiste en:

Inicialmente descargar los datos de las tarjetas de los GPS y de la estación topográfica a

un PC.

Con el software SKI-PRO se obtiene la altura elipsoidal y las coordenadas del punto a

georreferenciar, tomando como datos de entrada, la información de las coordenadas y

altura elipsoidal del vértice de la red Magna-Sirgas certificado por el IGAC.

Luego con el software Magna Sirgas Pro 3 Beta del IGAC, se obtienen las ondulaciones

geoidales de cada uno de los puntos. (Geocol 2004).

Una vez calculados estos datos, y con los archivos suministrado por el IGAC se calculan

las alturas niveladas finales de todos los puntos que se quieran georreferenciar.

Finalmente, teniendo el dato de la altura nivelada, se calcula la cartera de campo,

obteniendo de esta manera las cotas reales amarradas a la red Magna-Sirgas del IGAC.

Ya con los datos tomados en campo y transformados a cotas reales, se procede a

calcular las cotas ceros de las estaciones, las huellas máximas, los niveles de agua o

cualquier otro punto de interés.

Una vez terminados estos procesos se inicia la etapa de dibujo de los resultados con

herramientas informáticas SIG como (Arc-Gis, Google Earth o Auto CAD), para el

respectivo análisis y visualización de los resultados.


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EQUIPOS NECESARIOS

Equipos utilizados:

Equipos GPS de precisión de doble frecuencia (ver fotos No. 8 y 9).

Foto No.8 Equipo utilizado por el Ideam. Marca Leica s-530

Foto No.9 Equipo con transmisión de radio UHF


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Estación Total Topográfica (ver foto No. 10).

Foto No.10 Estación Total utilizada por el Ideam. Marca Leica TC 1102.

Nivel de Precisión(ver foto No. 11).

Foto No.11 Nivel de Precisión utilizado por el Ideam. Marca Leica


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Navegador (ver figura No.2).

Figura No.2 GPSmap76C5x marca GARMIN

Equipos Utilizados en Batimetría

Perfiladores acústicos (ver fotos No. 12 y 13).

Foto No.12 ADCP RS-M9 Marca Sontek


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Foto No.13 ADCP HWR600-1 Marca Teledyne

Ecosonda (ver fotos No. 14).

Foto No.14 Ecosonda marca ELAC


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SOFTAWARE REQUERIDO

RIVER SURVEYOR (ver figura No.3).

Figura No.3

WINRIVER II (ver figura No.4).

Figura No.4


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SKI PRO (ver figura No.5).

Figura No.5

MAGNA SIRGAS PRO 3 BETA (ver figura No.6).

Figura No.6


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ARC GIS (ver figura No.7).

Figura No.7

PLANTA SECCIONES. (ver figura No.8).

Figura No.8


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Otras herramientas utilizadas:

CALHORTO (ver figura No.9).

Figura No.9

GOOGLE EARTH (ver figura No.10).

Figura No.10


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EXCEL

Figura No.11

FLUJOGRAMA

Figura No.12


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Figura No.13

ASPECTOS IMPORTANTES A TENER EN CUENTA:

Espaciamiento entre secciones. Se debe de tener en cuenta que el espaciamiento entre secciones esta dado principalmente por los objetivos que persigue el trabajo, si es para Modelación de un evento extremo, o para algún tipo de construcción de obras civiles etc.

Para los cuerpos de agua grandes, como ciénagas embalses y lagos, el espaciamiento

entre los perfiles levantados, debe estar alrededor de 250 m. Para los cuerpos de agua

menores el espaciamiento entre los perfiles debe estar del orden de los 100 m. Se

deberá presentar la planeación de rutas en líneas paralelas, transversales y

longitudinales, para garantizar una buena densidad de puntos, y que sirvan para la

construcción del MDT.

Para los ríos principales de primer orden (como: Magdalena, Cauca, Amazonas, Atrato,

San Jorge), se deben establecer recorridos sinusoidales con espaciamientos promedios

de 250 metros entre secciones, igualmente se debe detallar y ajustar para aquellos

tramos que presenten curvas pronunciadas, donde se recomienda un espaciamiento

menor (150 m).


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Para los ríos secundarios, caños conectores, canales y quebradas, el espaciamiento

entre secciones debe estar del orden de los 150 metros.

Amarre a la red Magna-Sirgas del IGAC.

El levantamiento batimétrico debe estar “amarrado” geodésicamente a la red Magna

Sirgas. Con esta información se deben amarrar todos los datos levantados en campo a

cotas reales sobre el nivel del mar que sirvan de referencia para validar tanto la cota del

nivel de agua del cuerpo de agua como puntos relevantes, construcciones cercanas, o

cualquier punto de interés del trabajo a realizar.

Todos los datos de navegación y medición GPS deberán procesarse utilizando

efemérides precisas y épocas de referencia, amarradas a la Red Magna-Sirgas del

IGAC.

Batimetría-Topografía.

Una vez se tenga la batimetría de los cuerpos de agua, se debe levantar la topografía

detallada hasta la cota de la huella máxima perimetral al cuerpo de agua, dejada por el

evento 2010/11, o cualquier otro que haya superado esta cota; de allí en adelante, otra

franja de 500 metros lineales ó con una diferencia vertical en altura de 1 metro de cota

(La que se alcance primero).

Con los datos de la batimetría y la topografía detallada de la zona perimetral al cuerpo de agua, se debe construir el MDT. La nube de puntos de la batimetría, debe ser consistentemente fusionada con los datos de topografía que se ha levantado en la zona perimetral al cuerpo de agua o la franja correspondiente a la llanura de inundación para el caso de los ríos.

Para cada cuerpo de agua levantado en campo, se debe construir la curva Altura - Área

- Volumen, para tener conocimiento de la capacidad de cada cuerpo de agua.

Validación de la información

Una vez se obtenga la información final debe ser verificada por el profesional de la comisión o proyecto, para su validación teniendo en cuenta lo siguientes :

o Comparación de los resultados obtenidos con las cotas históricas de las estaciones.

o Realizar el análisis hidrológico teniendo en cuenta las cotas del nivel agua, de las estaciones aguas arriba y aguas abajo para verificar que los datos finales estén dentro del rango y sean acordes a la pendiente hidráulica. (ver figura No.14).

o Si es posible, realizar el postproceso de la información levantada en campo con otro software topográfico para comparar los resultados .


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Figura No.14

Emplazamiento de miras temporales.

Para trabajos de batimetría que se realicen en grandes cuerpos de agua o en ríos de grandes longitudes, se recomienda la instalación de una reglilla o mira temporal (estación hidrológica tipo LM), para realizar las observaciones diarias de las variaciones de los cuerpos de agua por el tiempo que dure el trabajo de campo. Las cotas ceros de estas miras naturalmente también deben estar amarradas a la red Magna Sirgas. Esto con el objeto que para los ríos o cuerpos de agua que presenten una gran fluctuación diaria en los niveles, se ajusten a los trabajos de la batimetría.


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Foto No.15 Estación La Reforma. R. Chicamocha. Miras

Foto No.16 LM Estación Puente Iglesias


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Cartografía detallada.

En lo posible, se debe contar con cartografía detallada a escala 1:10.000 o mayores, preferiblemente del IGAC, sin embargo en su ausencia, para áreas urbanas las oficinas de planeación municipal, suelen disponer de dicha cartografía en formato digital.

Imágenes de una buena resolución.

Así mismo, se recomienda disponer de imágenes de una buena resolución, preferiblemente menores a 30 m. especialmente útiles para determinar los perímetros de los cuerpos de agua y las áreas inundadas. En el caso de los ríos, es importante contar con imágenes tomadas a diferentes épocas del año, con el fin de realizar estudios multitemporales, que nos puedan indicar de alguna manera la fuerte dinámica de la mayor parte de los ríos colombianos.

Utilización de Herramientas SIG

Una vez se cuente con la información levantada en campo, debidamente georreferenciado y que sus cotas estén sobre niveles del mar, después del post-proceso de dicha información; se puede hacer uso de una de las herramientas más importantes para la visualización de los resultados como es el SIG, allí podemos desplegar las diferentes capas de información necesarias y delimitar las zonas inundables, determinar las áreas de alta, media y baja amenaza por inundación, perímetros de los cuerpos de agua, huellas máximas alcanzadas por los diferentes eventos, construcción de MDT, volúmenes de cuerpos de agua, en general lo que se requiera según los objetivos particulares de cada trabajo.

Huella de las crecientes.

En el trabajo de campo, se deben tomar las huellas de las crecientes dejadas por los niveles máximos, usualmente visibles en los árboles, postes de luz, cercas, casas o según recuentos históricos de los habitantes más antiguos de las poblaciones. Estas cotas de las huellas deben estar igualmente georreferenciadas y “amarradas” a valores reales sobre el nivel del mar. (red magna-sirgas IGAC)


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Foto No.17 Río Cauca Bolombolo Municipio de Venecia –Antioquia

Foto No.18 Río Magdalena. Corregimiento de Nerviti Bolívar


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Embarcación a utilizar.

Se recomienda una embarcación cubierta, con un motor fuera de borda con buena potencia (150-200 hp), en lo posible con suficiente espacio interior, pues se requiere conexiones y espacio para el personal y los equipos. Así mismo es importante contar con un motorista experimentado y un ayudante de la zona.

Foto No.19 Embarcación requerida

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