Cuenca hidrográfica: qué es, cómo se delimita y tipos de cuencas

Una cuenca hidrográfica es el área del terreno cuya escorrentía superficial sale por un único punto del cauce, llamado punto de salida o de control, y que limita la divisoria de aguas. Como cada cuenca se define respecto de un punto concreto, es la unidad básica para calcular caudales, hacer balances hídricos y gestionar el agua. Según el destino final de sus aguas, las cuencas son exorreicas, endorreicas, arreicas o criptorreicas.

Definición y divisoria de aguas

El Glosario hidrológico internacional de la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y la UNESCO define la cuenca como el área que tiene una salida única para su escorrentía superficial, y acepta como sinónimos cuenca de drenaje, cuenca fluvial y cuenca de captación. La definición no pone condiciones de tamaño ni de destino: una quebrada de pocas hectáreas y el Amazonas la cumplen por igual.

La divisoria de aguas, o divisoria de cuenca, es según el mismo glosario la línea límite que separa cuencas adyacentes. La normativa colombiana la llama línea de divorcio de las aguas y la describe como la cota máxima que divide dos cuencas contiguas (Decreto 1640 de 2012, art. 3). En el terreno recorre cumbres, filos y portezuelos: la lluvia que cae a un lado escurre hacia una cuenca y la que cae al otro, hacia la vecina.

Esa divisoria es topográfica. El glosario trata aparte la cuenca hidrogeológica, porque el agua subterránea puede pasar bajo la divisoria superficial, sobre todo en rocas kársticas o rellenos muy permeables.

Punto de salida o de control

El punto de salida, también llamado exutorio, es la sección del cauce por la que abandona la cuenca todo el escurrimiento superficial; la documentación de ArcGIS lo describe como el punto, normalmente el más bajo del contorno, por donde el agua sale de un área. Elegirlo es la primera decisión de un estudio, porque cada punto de un río tiene su propia cuenca: la cuenca hasta la desembocadura contiene a la cuenca hasta una bocatoma situada aguas arriba.

En ingeniería suele coincidir con un punto de control: una estación fluviométrica, donde el aforo de caudales permite contrastar lo calculado; el eje de una presa, una bocatoma, un puente o una alcantarilla, o una confluencia. Hablar de «la cuenca del río X» sin indicar hasta dónde se delimitó impide revisar el área, los caudales y el balance hídrico.

Partes y subdivisiones de la cuenca

Además de la divisoria y el punto de salida, toda cuenca tiene laderas, donde se genera el escurrimiento, y una red de drenaje, formada por el cauce principal y sus tributarios. El orden de corrientes, la densidad de drenaje y los índices de forma se desarrollan en el capítulo de morfometría de cuencas y curva hipsométrica.

Cuenca alta, media y baja

La guía de la Subsecretaría de Desarrollo Regional y Administrativo de Chile (SUBDERE, 2013) distingue estas partes según la posición altitudinal relativa, advierte que la división tiene más sentido en cuencas que nacen en la cordillera y destaca su valor para ver cómo la deforestación, los agroquímicos o las extracciones en la parte alta afectan la escorrentía, la calidad y el caudal aguas abajo.

• Cuenca alta o de cabecera: mayor altitud y pendiente; nacen los cauces y predominan la erosión y la producción de sedimentos.
• Cuenca media: transición en la que el río transporta sedimentos y alterna erosión y depósito.
• Cuenca baja: pendientes suaves, depósito y llanuras de inundación, donde suelen concentrarse la población, el riego y la infraestructura.

Los límites entre zonas se fijan con criterio topográfico, apoyándose en la curva hipsométrica. Los procesos de la parte alta se detallan en erosión hídrica.

Subcuencas y microcuencas

La cuenca se divide en unidades anidadas. La guía de la SUBDERE, basada en la hidrografía del Instituto Geográfico Militar de Chile, usa esta jerarquía:

No hay un umbral de área universal. En Colombia, el «nivel subsiguiente» de una subzona hidrográfica agrupa las cuencas de más de 500 km² que son afluentes directos del río principal (Decreto 1640 de 2012, art. 3); otros países usan otros niveles y códigos, y cada informe debe citar el sistema empleado.

Delimitación con curvas de nivel

Sobre una carta topográfica, la guía de la Junta de Recursos Hídricos y Suelos de Minnesota (BWSR) resume el trazado de la divisoria en cuatro pasos:

1. Marcar el punto de salida sobre el cauce.
2. Señalar los puntos altos a ambos lados del cauce, desde la salida hacia la cabecera: cumbres, filos y portezuelos.
3. Unir esos puntos a partir de la salida con una línea que corte cada curva de nivel en ángulo recto, ya que el agua escurre perpendicular a las curvas.
4. Rodear la cabecera y bajar por el lado opuesto hasta cerrar en el punto de salida.

La divisoria no puede cruzar un cauce salvo en la salida; si lo hiciera, parte del agua saldría por otro lugar. Con el polígono cerrado se miden el área y el perímetro. La precisión depende de la escala y de la equidistancia de las curvas: en relieves suaves quedan tramos ambiguos.

Delimitación con modelos digitales de elevación

En un sistema de información geográfica (SIG), la cuenca se obtiene de un modelo digital de elevación (DEM), una grilla en la que cada celda guarda la cota. Los DEM globales gratuitos más usados, SRTM y ASTER GDEM, tienen celdas de 1 segundo de arco (vea cómo descargarlos). La secuencia, con los nombres de las herramientas de ArcGIS Pro, es:

1. Preparar el DEM: recortarlo con holgura y reproyectarlo a un sistema proyectado, como UTM, para que las celdas midan lo mismo en metros.
2. Rellenar depresiones (Fill): las celdas rodeadas de vecinas más altas suelen ser errores e interrumpen el flujo; Esri recomienda rellenarlas antes del paso siguiente.
3. Dirección de flujo (Flow Direction): el método D8 envía el agua de cada celda a la vecina con mayor pendiente de descenso, calculada como desnivel dividido por la distancia entre centros, que en diagonal es $\sqrt{2}$ veces el tamaño de celda (Jenson y Domingue, 1988, citados por Esri).
4. Acumulación de flujo (Flow Accumulation): cada celda recibe el número de celdas que drenan hacia ella. Las de acumulación cero son altos topográficos y marcan divisorias; las de acumulación alta son cauces.
5. Umbral: las celdas que superan una acumulación fijada forman la red. Es una decisión del analista: un umbral bajo genera cauces que tal vez no existan y uno alto omite tributarios.
6. Punto de salida (Snap Pour Point): se desplaza a la celda de mayor acumulación dentro de un radio, para que quede sobre el cauce del modelo.
7. Cuenca (Watershed): se extraen las celdas que drenan al punto y se convierten en un polígono.

El resultado debe revisarse: en llanuras, salares y ciudades, pequeños errores de cota o un terraplén que el DEM no representa cambian el recorrido del agua. Conviene superponer la red a imágenes satelitales y a la cartografía oficial.

Ejemplo resuelto de delimitación en SIG

Se delimita una cuenca de la zona central de Chile, a unos 33° de latitud sur, con un DEM SRTM de 1 segundo de arco. Los valores se calcularon con python3 sobre el elipsoide WGS84.

Tamaño real de la celda

A esa latitud, un segundo de arco mide 30,81 m en dirección norte-sur, pero solo 25,96 m en dirección este-oeste, porque los meridianos convergen. Cada celda cubre 799,7 m² y no 900 m², por lo que el DEM se reproyecta a UTM con celdas de 30 m × 30 m.

Dirección de flujo en una celda

La celda central de esta ventana del DEM reproyectado tiene una cota de 1.250 m:

Solo tres vecinas están más bajas: la del este, con 6 m de desnivel en 30,00 m (20,00 %); la del sureste, con 8 m en 42,43 m (18,86 %), y la del sur, con 4 m en 30,00 m (13,33 %). El agua va al este aunque la celda sureste es más baja, porque su desnivel se reparte en una distancia $\sqrt{2}$ veces mayor.

Umbral de acumulación

Para que un cauce comience donde el área drenada alcanza 1 km², el umbral en celdas es:

donde $A_{\text{umbral}}$ es el área mínima de aporte y $a_{\text{celda}}$ el área de una celda. Con 0,5 km² el umbral baja a 556 celdas y la red se densifica; con 5 km² sube a 5.556 celdas.

Área de la cuenca

La celda de salida, ya ajustada al cauce, tiene una acumulación de 312.479. Sumando la propia celda de salida:

Si el conteo se hubiera hecho sobre la grilla geográfica, multiplicando por 900 m² celdas que miden 799,7 m², el área quedaría sobrestimada en un 12,5 %.

Tipos según el destino de las aguas

Cuenca exorreica

Sus aguas llegan al mar, directamente o a través de un río principal. Es el tipo dominante en las regiones húmedas. El mayor ejemplo del mundo es la cuenca del Amazonas, que según la Organización del Tratado de Cooperación Amazónica (OTCA) cubre más de 6.118.000 km² y descarga en el Atlántico entre el 15 y el 20 % del agua dulce líquida del planeta.

Cuenca endorreica

Es una cuenca cerrada: sus ríos terminan en lagos, lagunas o salares interiores y el agua sale del sistema sobre todo por evaporación. El caso emblemático de la región es el sistema Titicaca–Desaguadero–Poopó–Salar de Coipasa (TDPS), entre Bolivia y Perú: según el diagnóstico publicado por la Organización de los Estados Americanos (OEA), abarca 143.900 km² a más de 3.600 m s. n. m., con el 39 % en la cuenca del Titicaca y el 38 % en la del Desaguadero y el lago Poopó, que solo se conecta con el salar de Coipasa en años muy húmedos.

Cuenca arreica

Es una región sin red de drenaje organizada: las escasas lluvias se evaporan o se infiltran antes de formar cauces que alcancen un lago o el mar, y es difícil trazar la divisoria. El balance hídrico de la Dirección General de Aguas de Chile (DGA, 1987) incluye las «cuencas arreicas del desierto de Atacama», y el Gobierno Regional de Atacama describe la cuenca de Pan de Azúcar como arreica y activa solo ocasionalmente.

Cuenca criptorreica

Su drenaje es principalmente subterráneo: los cursos desaparecen al infiltrarse y continúan por conductos o acuíferos. Se asocia a terrenos kársticos y materiales muy permeables, y es el caso extremo de diferencia entre cuenca topográfica e hidrogeológica.

Tipos según tamaño, forma y red de drenaje

Los criterios no son excluyentes: una misma cuenca puede ser exorreica, grande, alargada y de patrón dendrítico.

Tamaño. En cuencas pequeñas, el caudal máximo depende de lluvias intensas y cortas y del uso del suelo, y la respuesta es breve. En cuencas grandes gana peso el almacenamiento en cauces, llanuras y acuíferos, la lluvia rara vez cubre toda la superficie y la crecida se describe mejor con un hidrograma y modelos de tránsito.

Forma. Una cuenca redondeada concentra pronto el escurrimiento de toda su superficie; una alargada tiene menos probabilidad de recibir una lluvia intensa sobre toda su área a la vez. Se mide con el coeficiente de compacidad de Gravelius, que vale 1 para un círculo, y con el factor de forma de Horton (vea parámetros de forma).

Red de drenaje. La red puede ser dendrítica, paralela, enrejada, rectangular, radial, centrípeta o desordenada, según la roca, la estructura geológica y la pendiente; el patrón centrípeto es propio de las cuencas endorreicas (vea red de drenaje y sus patrones).

La cuenca como unidad de gestión

Como todo el escurrimiento converge en la salida, lo que se hace aguas arriba —captar, embalsar, deforestar o descargar efluentes— cambia la cantidad y la calidad del agua disponible aguas abajo. El glosario de la OMM y la UNESCO define la gestión de cuencas como su utilización controlada de acuerdo con objetivos predeterminados.

Colombia ofrece un ejemplo detallado: los artículos 4 y 5 del Decreto 1640 de 2012 fijan cuatro niveles hidrográficos, cada uno con su instrumento.

En Chile, quienes aprovechan aguas de una misma cuenca pueden organizarse en juntas de vigilancia, y la guía de la SUBDERE usa cuencas, subcuencas y microcuencas como base de la zonificación territorial. Por eso la delimitación es el primer insumo de cualquier estudio de disponibilidad, crecidas o impacto.

Errores frecuentes

• No declarar el punto de salida. Un área sin punto de control no se puede revisar ni comparar con un caudal medido.
• Trazar la divisoria por caminos o límites administrativos. La divisoria sigue el relieve, corta las curvas de nivel en ángulo recto y solo cruza el cauce en la salida.
• Medir áreas sobre un DEM en coordenadas geográficas. A 33° S, suponer celdas de 900 m² en un SRTM de 1 segundo de arco sobrestima el área en un 12,5 %.
• Omitir el relleno de depresiones o el ajuste del punto de salida. Una depresión espuria corta la red, y un punto una celda fuera del cauce del modelo produce una cuenca de pocas celdas.
• Tratar el umbral de acumulación como un dato físico. La red cambia con el umbral; hay que contrastarla con imágenes y declarar el valor usado.
• Usar rangos de área como definición universal de microcuenca. Cifras como «menos de 25 km²» circulan sin una norma general que las respalde.
• Suponer que la cuenca topográfica coincide con la subterránea. En terrenos kársticos el agua entra o sale por el subsuelo y el balance no cierra.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• Organización Meteorológica Mundial y UNESCO. (2012). Glosario hidrológico internacional (OMM-N.° 385).
• Minnesota Board of Water and Soil Resources. (s. f.). How to read a topographic map and delineate a watershed.
• Esri. (s. f.). ArcGIS Pro: How Flow Direction works, How Flow Accumulation works y Snap Pour Point.
• Presidencia de la República de Colombia. (2012). Decreto 1640 de 2012.
• Subsecretaría de Desarrollo Regional y Administrativo. (2013). Guía análisis y zonificación de cuencas hidrográficas para el ordenamiento territorial. SUBDERE.
• Organización del Tratado de Cooperación Amazónica. (s. f.). La cuenca amazónica de cara al océano Atlántico.
• Organización de los Estados Americanos. (s. f.). Diagnóstico ambiental del sistema TDPS: resumen ejecutivo.
• Gobierno Regional de Atacama. (s. f.). Sistema territorial cuencas hidrográficas (cita a DGA, 1987).