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CREACIÓN DE UNA PLATAFORMA PARA LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA
DE LA CUENCA DE UN TRAMO DEL ARROYO EL PINTAO EN LA CIUDAD DE
SINCELEJO DEPARTAMENTO DE SUCRE
LUIS EDUARDO CERVANTES PINTO
OSCAR DAVID YENERY MUÑOZ
Trabajo de grado en modalidad de proyecto de investigación, presentado como
requisito para optar el título de Ingeniero Agrícola
Director
CARLOS ARTURO VERGARA GARAY
Ingeniero Agrícola Ms C
Codirector
HUMBERTO NEL FLÓREZ RAMOS
Ingeniero catastral y geodesta
UNIVERSIDAD DE SUCRE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA
SINCELEJO
2010
Nota de aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
_______________________________
Firma del jurado
Sincelejo, Octubre de 2010
DEDICATORIA
A Dios que con su inmenso poder me ha dado la sabiduría para alcanzar este logro y ha
puesto a mi lado a las personas más adecuadas para ser mis guías en este proceso
continuo de aprendizaje.
A mis padres Luis Francisco y Cenovia del Carmen, quienes con sus esfuerzos y amor
me han dirigido hasta este punto y me enseñaron que en la vida uno debe hacerse
merecedor de las cosas que quiere.
A mis hermanitas Ketty Luz y Omaira Isabel, quienes me han aguantado todo este
tiempo y me motivaron vivamente para alcanzar esta meta.
A mi amada Heidy Milena, ese ser lindo que Dios puso en mi camino para llenar mi
corazón de amor y quien me ha hecho pensar en un futuro a su lado lleno de felicidad
y armonía.
LUIS EDUARDO CERVANTES PINTO.
A Dios por su amor, guía y dirección, por ser el motor de mi vida y la fuente de
inspiración.
A mi padre por enseñarme su humildad, su paciencia y su buen humor.
A mi madre por su apoyo grandioso e incondicional, por confiar en mí. Después de Dios
eres la persona que contribuyo potencialmente con este proyecto de mi vida.
A mis hermanos Marlon y ángel, por colaborarme en los momentos que lo necesite.
A mi querida y apreciada Gelen Lorena, por enseñarme de su ternura, dulzura, cariño
y amor, por alegrarme la vida.
A todos mis amigos y personas que según su proceder ayudaron a la consecución de este
trabajo.
OSCAR DAVID YENERY MUÑOZ
AGRADECIMIENTOS
“El principio de la sabiduría es el temor a Dios”
Es por ese principio que hoy podemos dar gracias primeramente al Dios todopoderoso por permitirnos
culminar esta etapa de preparación profesional en nuestras vidas. Sin la ayuda primera de Él hubiera
sido imposible haber alcanzado este nuevo logro.
A la Universidad de Sucre por abrir sus puertas y aceptarnos en su seno para llevar a cabo nuestras
carreras profesionales.
Al ingeniero Carlos Vergara Garay docente de la Universidad de Sucre y jefe de departamento de
ingeniería Agrícola. Por dirigir este trabajo de grado.
Al ingeniero Huberto Flórez Ramos, Codirector del trabajo de grado por la información aportada sobre
el manejo del software ArcGIS Desktop.
A los miembros del jurado evaluador, los ingenieros Gustavo Barros Cantillo, Pablo Caro Retis y Luis
Cerpa Reyes, por el aporte de sus conocimientos para un correcto desarrollo del trabajo.
A nuestros amigos, en especial a Yair Ruiz y Jhony Pérez, por su aporte de conocimientos y su
compañía invaluable en el proceso de aprendizaje dentro de la universidad.
A todas aquellas personas que colaboraron directa o indirectamente en la consecución de este logro
muchas gracias y que Dios los bendiga grandemente.
6
TABLA DE CONTENIDO
Pag.
TABLA DE CONTENIDO ........................................................................................ 6
LISTA DE TABLAS ............................................................................................... 10
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. 11
LISTA DE ANEXOS .............................................................................................. 13
RESUMEN ............................................................................................................. 14
SUMMARY ............................................................................................................ 15
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16
1. ANTECEDENTES .............................................................................................. 18
2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 20
3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 21
3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 21
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 21
4. MARCO REFERENCIAL ................................................................................... 22
4.1 CUENCA HIDROGRÁFICA ............................................................................. 22
4.2 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS DE LA CUENCA ....................................... 22
4.2.1 Parteaguas o línea divisoria de aguas. ......................................................... 22
4.2.2 Área de la cuenca ......................................................................................... 22
4.2.3 Corriente o cauce principal de la cuenca ...................................................... 23
4.2.3.1 Orden de corrientes. .................................................................................. 23
4.2.4 Forma de la cuenca ...................................................................................... 23
4.2.4.1 Coeficiente de Compacidad o Índice de Gravelius (Kc). ............................ 23
7
4.2.4.2 Factor de forma (Kf). .................................................................................. 24
4.2.4.3 Índice de alargamiento (Ia). ........................................................................ 24
4.2.5 Densidad de drenaje (Dd) ............................................................................. 24
4.2.6 Relieve de la cuenca ..................................................................................... 25
4.2.6.1 Pendiente de la Cuenca. ............................................................................ 25
4.2.6.2 Curva Hipsométrica. .................................................................................. 25
4.2.6.3 Pendiente del cauce principal. ................................................................... 26
4.2.7 Suelos. .......................................................................................................... 26
4.3 INFILTRACIÓN ................................................................................................ 26
4.4 MÉTODO SCS PARA ABSTRACCIONES ....................................................... 27
4.4.1 Precipitación de excesos por el método del número de la curva. ................ 27
4.4.2 Clasificación hidrológica de los suelos. ......................................................... 28
4.4.3 Tiempo de concentración según el SCS 1973 .............................................. 30
4.5 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG) .................................... 30
4.6 MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (MDE) ............................................... 30
4.7 MODELO HIDROLÓGICO ............................................................................... 31
5. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO ..................................... 32
5.1. LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO .................................................... 32
5.1.1 Limites del área de estudio. .......................................................................... 32
5.1.2 El Clima. ........................................................................................................ 35
5.1.3 Hidrografía. ................................................................................................... 35
5.1.4 suelos............................................................................................................ 36
5.1.5 Geología. ...................................................................................................... 36
6. DISEÑO METODOLÓGICO .............................................................................. 37
8
6.1. MATERIALES Y HERRAMIENTAS ................................................................ 39
6.1.1 MATERIALES ............................................................................................... 39
6.1.2 HERRAMIENTAS. ........................................................................................ 39
7. RESULTADOS .................................................................................................. 40
7.2 LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS ................................................... 40
7.3 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS Y MORFOMÉTRICOS DE LA CUENCA ... 41
7.3.1 Área de la cuenca ......................................................................................... 43
7.3.2 Corriente o cauce principal ........................................................................... 43
7.3.3 Forma de la cuenca. ..................................................................................... 43
7.3.4 Relieve de la cuenca ..................................................................................... 44
7.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS ................................................................ 46
7.5 USO DE LOS SUELOS ................................................................................... 47
7.6 BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS ....................... 48
7.6.1 Mapas creados en formato vector ................................................................. 48
7.6.2 Mapas creados en formato Raster ................................................................ 48
7.6.3 Propiedades del archivo El Pintao.basin. ...................................................... 49
8. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS .................................................................. 52
8.1 SELECCIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS ........................................................ 52
8.2 FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA ALTA DEL ARROYO EL PINTAO. ................ 54
8.2.1 Caracterización fisiográfica y morfométrica por subcuencas. ....................... 55
8.2.1.1 Subcuenca La selva ................................................................................... 55
8.2.1.2 Subcuenca Camilo 1 .................................................................................. 56
8.2.1.3 Subcuenca camilo 2 ................................................................................... 57
8.2.1.4 Subcuenca Pinar ........................................................................................ 58
9
8.2.1.5 Subcuenca Pioneros .................................................................................. 59
9.2.2 Cuenca alta del arroyo El Pintao. .................................................................. 60
9.3 CLASIFICACIÓN HIDROLÓGICA DE LOS SUELOS ...................................... 62
9.4 USO DE LOS SUELOS ................................................................................... 62
9.5 RELACIONES ENTRE GRUPO HIDROLÓGICO, USO DE LOS SUELOS Y
NÚMERO DE LA CURVA ...................................................................................... 63
9.6. BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS ...................... 66
10. CONCLUSIONES ............................................................................................ 68
RECOMENDACIONES .......................................................................................... 71
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 73
ANEXOS ................................................................................................................ 76
10
LISTA DE TABLAS
Pag.
Tabla 1. Clasificación de la cuenca según su área ................................................ 22
Tabla 2. Equivalencias entre clases texturales y grupos hidrológicos de suelo ..... 28
Tabla 3. Guía para interpretación de los usos de los suelos, al no disponer de
datos de ensayos de ingeniería ............................................................................. 29
Tabla 4. Parámetros Fisiográficos y morfométricos para cada subcuenca ............ 42
Tabla 5. Coeficientes para clasificar la forma de la cuenca ................................... 44
Tabla 6. Cuadro de cálculo para la curva hipsométrica ......................................... 44
Tabla 7. Parámetros fisiográficos de la cuenca alta del arroyo El Pintao .............. 45
Tabla 7. (Continuación) .......................................................................................... 46
Tabla 8. Cantidad de área cubierta por cada tipo de suelo .................................... 47
Tabla 9. Cantidad de área para cada uso del suelo ............................................... 47
Tabla 10. Propiedades fisiográficas básicas de las subcuencas del Pintao .......... 55
Tabla 11. Tabla de valores de número de la curva para los usos de suelos ......... 64
Tabla 12. Cuadro de cálculo del número de la curva ponderado para la cuenca alta
del arroyo El Pintao ................................................................................................ 65
11
LISTA DE FIGURAS
Pag.
Figura 1. Curvas hipsométricas características según Strahler ............................. 25
Figura 2. Ubicación del departamento de sucre en Colombia ............................... 33
Figura 3. Ubicación de la ciudad de Sincelejo en el departamento de Sucre ........ 33
Figura 4. Ciudad de Sincelejo, área rural y área urbana ........................................ 34
Figura 5. Sincelejo área urbana ............................................................................. 34
Figura 6. Área de estudio ....................................................................................... 35
Figura 7. Localización del punto de interés ............................................................ 40
Figura 8. Subcuencas del área de estudio ............................................................. 41
Figura 9. Curva hipsométrica la cuenca alta del arroyo El Pintao .......................... 45
Figura 10. Interface gráfica de HEC HMS con el modelo de cuenca generado ..... 49
Figura 11. Área de subcuencas vistos desde HEC HMS ....................................... 50
Figura 12. Valores para cálculo de pérdidas por el CN, visto desde HEC HMS .... 50
Figura 13. Valores del tiempo de retardo vistos desde HEC HMS ......................... 51
Figura 14. Resumen de elementos del modelo de cuenca en HEC HMS .............. 51
Figura 15. Puente sobre la calle 27 entre carreras 9E y 9F en el barrio Pioneros . 52
Figura 16. Transición de entrada del puente ......................................................... 53
Figura 17. Transición de salida del puente ............................................................ 53
Figura 18. Viga en concreto sobre la transición de salida ...................................... 54
Figura 19. Subcuenca La Selva y su fisiografía ..................................................... 56
Figura 20. Subcuenca Camilo 1 y su fisiografía ..................................................... 57
Figura 21 Subcuenca Camilo 2 y su fisiografía ...................................................... 58
12
Figura 22. Subcuenca Pinar y su fisiografía .......................................................... 59
Figura 23. Subcuenca Pioneros y su fisiografía ..................................................... 60
Figura 24. Cuenca alta del arroyo El Pintao y su fisiografía .................................. 61
13
LISTA DE ANEXOS
Pag.
Anexo 1. Mapa topográfico del área de estudio ..................................................... 77
Anexo 2. Mapa de arroyos de la cuenca ................................................................ 78
Anexo 3. Mapa de clasificación de suelos según su grupo hidrológico ................. 79
Anexo 4. Mapa de uso de los suelos ..................................................................... 80
Anexo 5. Modelo digital de elevaciones ................................................................. 81
Anexo 6. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM I ......... 82
Anexo 7. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM II ........ 83
Anexo 8. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM III ....... 84
Anexo 9. Mapa de valores de la retención potencial para la condición ACM II ...... 85
Anexo 10. Mapa de valores de la abstracción inicial para la condición ACM II ..... 86
Anexo 11. Vista 3D de la cuenca alta del arroyo El Pintao .................................... 87
Anexo 12. Resumen de parámetros fisiográficos de las subcuencas del área de
estudio ................................................................................................................... 88
Anexo 13. Tabla de valores del número de la curva para áreas urbanas y
condición antecedente de humedad normal ACM II .............................................. 89
14
RESUMEN
El presente estudio se llevó a cabo durante un periodo de 6 meses, en este
tiempo, se obtuvo la información necesaria para su desarrollo. El principal objetivo
ha sido crear una plataforma de información que sirva para hacer la modelación
hidrológica de la cuenca de un tramo del arroyo el Pintao.
Con el uso de software Arcgis desktop y HEC-geoHMS, se obtuvo y analizaron
rápidamente los parámetros morfométricos de la cuenca, el uso de los suelos, su
clasificación hidrológica según el método SCS para abstracciones, la división de la
cuenca en otras más pequeñas (subcuencas), las coberturas presentes en el área
estudiada y otras propiedades de la red de drenaje.
El modelo meteorológico quedo excluido de los alcances de este estudio, por lo
cual quedan pendientes el tratamiento de la precipitación y la calibración del
modelo.
La información cartográfica y todo el material fue obtenida del IGAC, estos
sirvieron de base para la elaboración de mapas de trabajo de los que se pueden
citar: Curvas de nivel, Modelo digital del terreno, Mapa de coberturas, Uso de
suelo, entre otros; estos mapas conjuntamente con los cálculos realizados
conforman la plataforma de información para el modelo de cuenca de un tramo del
arroyo el Pintao, en la ciudad de Sincelejo departamento de Sucre.
Palabras clave: Cuenca, Modelo Digital del Terreno, Modelación Hidrológica.
15
SUMMARY
This study was conducted over a period of 6 months, at this time; we obtained the
information necessary for their development. The main objective was to create an
information platform that will do the hydrologic modeling of the watershed of a
stream segment the Pintao.
Using ArcGIS Desktop software and HEC-GEOHMS was obtained and analyzed
quickly morphometric parameters of the basin; land use, hydrological classification
according to the SCS method for attractions, the division of the basin into smaller
(subbasin), coverage present in the area and other properties of the drainage
network.
The meteorological model is excluded from the scope of this study, which are
pending in the treatment of precipitation and model calibration.
The map data and other material was obtained from the IGAC, these formed the
basis for mapping work which includes: Contours, digital terrain model, map
coverage, land use, among others; these maps together with the calculations make
the information platform for the watershed model of a section of creek El Pintao in
Sincelejo in Sucre.
Keywords: Watershed, Digital Terrain Model, Hydrological Modeling
16
INTRODUCCIÓN
Las cuencas de drenaje, sus componentes y sus propiedades han sido de especial
atención por parte de investigadores en todo el mundo, esto debido a su
importancia en cuanto al desarrollo de sectores poblados tanto a nivel urbano
como rural. Lo anterior ha contribuido al desarrollo de conocimiento y tecnologías
cada vez más sofisticadas para el análisis de problemas presentes en estos
sistemas hidrodinámicos, los cuales afectan a los sectores económicos, políticos y
sociales de las poblaciones contenidas en ellos.
Uno de los inconvenientes que se ha presentado a lo largo del tiempo ha sido el
manejo de la información, ya que las variables que intervienen en los procesos
que se desarrollan dentro de una cuenca no solo son numerosas, sino que
además, presentan alteraciones en el tiempo y en el espacio, lo cual hace más
complicado su procesamiento en caso de que no se cuente con los mecanismos
adecuados.
“Desde la década de los sesenta, los Sistemas de Información Geográfico (SIG),
se han consolidado como herramienta sin igual para el análisis y modelación de
fenómenos donde lo espacial es parte del objeto de estudio. En efecto, su
aplicación, en disciplinas relacionadas con los recursos naturales tiene un
importante desarrollo a nivel internacional”1. Los SIG constituyen entonces una
herramienta básica para el tratamiento de datos geográficos necesarios para el
análisis de cuencas y brindan gran capacidad a la hora de manejar enormes flujos
de información.
1 HUNSAKER, et al. Spatial Models of Ecological Systems and Processes: The Role of GIS, Citado
por DÍAZ, Carlos, et al. Estimación de las características fisiográficas de una cuneca con la ayuda de SIG y MEDT: caso del curso alto del río Lerma, Estado de México [en línea]. Toluca, México. Universidad Autónoma del Estado de México. 1999. Disponible en internet: <http://redalyc.uaemex.mx/pdf/104/10401504.pdf> p. 3
17
La ciudad de Sincelejo, capital del departamento de Sucre, perteneciente a la
subregión montes de maría, está ubicada a los 9°18’ de latitud norte y 75°.23” de
longitud oeste del meridiano de Greenwich, “posee una pluviosidad de 1000mm a
1500mm al año, una temperatura media anual mayor a 24° C y un clima cálido
seco”2, es atravesada por dos corrientes efímeras superficiales que se encargan
del drenaje de la zona urbana, estas corrientes son el Arroyo el Paso y el Arroyo el
Pintao.
Mientras que en la época de verano el principal problema es el trasporte aguas
servidas que son vertidas directamente a los arroyos en algunos puntos de la
ciudad, en la época de lluvias suelen presentarse eventos de precipitación de gran
intensidad que generan inundaciones en varios sectores del municipio aledaños a
esas corrientes y sus afluentes, esta problemática ha seguido creciendo en los
últimos años como consecuencia de un aumento del área construida, la
pavimentación de vías y los cambios de uso del suelo, lo cual disminuye la
permeabilidad de las unidades de cuenca sobre las que está ubicada la ciudad
provocando un aumento de los caudales de escorrentía.
Bajo las premisas anteriores se hace necesario implementar tecnologías que
permitan analizar de forma rápida y precisa, los cambios que se vienen
presentando en las variables que afectan el funcionamiento de los sistemas de
cuencas de drenaje de la ciudad de Sincelejo, en el cual se pretende aplicar este
estudio utilizando las tecnologías de los SIG en una cuenca del Arroyo el Pintao,
tomando como punto de cierre el puente ubicado sobre la calle 27 entre carreas
9E y 9F en el barrio Pioneros, con el objeto de crear una plataforma para
modelaciones hidrológicas que permitan realizar cambios y rectificar los diseños
de las obras hidráulicas y de canalización que se pretenda realizar para la
prevención de inundaciones y desastres asociados a estas.
2
INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Atlas climatológico nacional tercera parte: Aspectos Departamentales. Bogotá: Imprenta nacional de Colombia ,2005. p. 85.
18
1. ANTECEDENTES
En la actualidad, dentro de las actividades de un planeamiento territorial, el
espacio geográfico definido por una cuenca hidrográfica es de fundamental
importancia para definir las acciones tendientes a la ordenación de los recursos.
En varios países alrededor del mundo se ha utilizado el potencial brindado por los
computadores para llevar a cabo estudios que permitan hacer una proyección y
ordenamiento territorial adecuado para sus ciudades.
A continuación se mencionan algunos trabajos de investigación relacionados con
el campo de estudio de este trabajo:
En Colombia, se han adelantado estudios con el uso de herramientas
computacionales que han permitido un avance en cuanto al manejo de recursos y
ordenación territorial. Tal es el caso del estudio hecho por la Universidad Nacional
de Colombia titulado “GEOMETRÍA, TOPOLOGÍA Y MORFOMETRÍA DE LAS
CUENCAS DEL MAGDALENA-CAUCA Y ATRATO A PARTIR DE MODELOS
DIGITALES DE TERRENO”3. El cual tomo como base los datos topográficos
del modelo digital de terreno (MDT) producido por Servicio Geológico
Americano (USGS) con resolución de 1.8 km. aproximadamente, se
estimaron diversos parámetros geométricos, morfométricos y topológicos para
la red de drenaje de las cuencas del Río Magdalena y del Río Atrato. Entre los
principales parámetros estimados se destacan: Orden de Horton - Strahler de las
corrientes de la red de drenaje, el área y el diámetro de la cuenca, la longitud del
canal principal, la longitud total de canales, entre otros.
3 MANTILLA, R; MESA, O. y POVEDA, G. Geometría, Topología y morfometría de las cuencas
Magdalena – Cauca y Atrato a partir de modelos digitales de terreno [en línea]. Medellín. Universidad Nacional de Colombia. (s.f.). Disponible en internet: < http://128.138.136.5/~ricardo/papers/GeomTopol_CALI.pdf>. p. 1
19
En la ciudad de Sincelejo se determinó el coeficiente de escorrentía en la cuenca
del arroyo la palma, se realizó un estudio fisiográfico y fisiométrico para conocer
cualitativa y cuantitativamente las características del área de estudio con la ayuda
de planos suministrados por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, se
procesaron, digitalizaron y analizaron los datos de campo mediante los software
AUTOCAD y el Sistema de Información Geográfica ARCVIEW. Los coeficientes
de escorrentía se hallaron mediante el método del número de la curva propuesto
por el Servicio de Conservación de Suelos (SCS) de los Estados Unidos y por la
definición, propiamente dicha del coeficiente de escorrentía4.
De igual forma en Sincelejo se construyeron las curvas de Intensidad – Duración –
Frecuencia (IDF), del municipio de Sincelejo (Sucre). Este proyecto consistió en
obtener intensidades máximas por año para diferentes duraciones, datos que se
convirtieron en intensidades horarias y que luego fueron ajustados con una
función de probabilidad, posteriormente se construyeron las curvas IDF a partir de
diferentes periodos de retorno con el uso del herramienta Microsoft Office Excel5.
Debido a la falta de estudios que apliquen la tecnología actual en la ciudad de
Sincelejo, nace la necesidad de hacer esta investigación, la cual constituirá una
base sólida, que a futuro, servirá para complementar otras investigaciones que se
quieran realizar con relación a esta área en la ciudad de Sincelejo.
4 BELLO PEREZ, Enrique; CAÑAVERA BARBOZA, Jorge y PAREDES PAREDES, Leider.
Determinación del coeficiente de escorrentía en la cuenca del arroyo la Palma. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2008. p. 13 5 AVILA LORDUY, Luis y DIAZ RUIZ, Mayra. Determinación de las curvas intensidad – duración –
frecuencia, para el municipio de Sincelejo departamento de Sucre. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2009. p. 6
20
2. JUSTIFICACIÓN
La dinámica y multiplicidad de factores que intervienen en los procesos que se
dan en una cuenca generan una serie de datos e información que son difícil de
procesar de forma manual, de manera que analizar el comportamiento de los
arroyos y cuerpos de agua presentes en ellos se vuelve complicado, por lo que se
hace necesario utilizar herramientas tecnológicas que faciliten el cálculo,
procesamiento y análisis de la información en menor tiempo.
Los modelos hidrológicos, implementados en un ordenador, cumplen con estas
expectativas conformando una vía de trabajo que incrementa la potencia de las
operaciones de cálculo toda vez que se realicen los procedimientos adecuados.
“Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) constituyen un instrumento de
trabajo que proporciona un medio adecuado para responder a cuestiones
relacionadas con la componente espacial de las variables hidrológicas. Estos
sistemas facilitan el tratamiento de la información gracias a que incluyen
procedimientos diseñados para realizar la captura, almacenamiento, manipulación,
análisis, modelación y presentación de datos georreferenciados”6. Por ello, los SIG
deben usarse para suministrar a los modelos hidrológicos las características de las
áreas estudiadas, las redes de drenaje y otros factores que intervienes en los
procesos de transformación lluvia – escorrentía en una cuenca.
6 NATIONAL CENTER FOR GEOGRAPHIC INFORMATION AND ANALYSIS. Santa Barbara,
Estados Unidos. University of California. (s.f.)
21
3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Crear mediante el uso de herramientas SIG, una plataforma de información que
permita realizar la modelación hidrológica de la cuenca de un tramo del Arroyo el
Pintao, tomando como punto de cierre el puente sobre la calle 27 entre carreas 9E
y 9F en el barrio Pioneros, en la ciudad de Sincelejo, departamento de sucre.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Crear los mapas de la cuenca de estudio y su red de drenaje a partir de las
planchas topográficas del IGAC a escala 1:2000.
Obtener un modelo digital de elevaciones de la zona de estudio con el uso de
planchas topográficas del IGAC a escala 1:2000 y software SIG.
Generar los parámetros fisiográficos y morfométricos de la cuenca de estudio,
a partir del modelo digital de elevaciones obtenido de las planchas topográficas
del IGAC.
Procesar la información de coberturas y uso de suelos de la cuenca de estudio
para crear los datos requeridos por el modelo hidrológico.
Crear las bases de datos que será necesitada para la realización de las
modelaciones hidrológicas de la cuenca del área de estudio.
22
4. MARCO REFERENCIAL
4.1 CUENCA HIDROGRÁFICA
“La cuenca hidrográfica se define como el área receptora de aguas, principalmente
de la precipitación, que drena por escorrentía superficial, subsuperficial o
subterránea hasta un rio, una corriente principal”7, un lago o el mar.
4.2 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS DE LA CUENCA
4.2.1 Parteaguas o línea divisoria de aguas. Se designa como la línea que
separa las precipitaciones que caen en cuencas inmediatamente vecinas, y que
encaminan la escorrentía resultante para uno u otro sistema fluvial8.
4.2.2 Área de la cuenca. “Es el área plana (proyección horizontal) incluida entre
su divisoria topográfica.”9. De acuerdo a la extensión se clasifican así:
Tabla 1. Clasificación de la cuenca según su área
Tipo de cuenca Área abarcada (Km2)
Unidad < 5
Sector 5 – 20
Microcuenca 20 – 100
Subcuenca 100 – 300
Cuenca > 300
Fuente. MATERON MUÑOZ, H. Hidrología Básica II.
7 BARROS CANTILLO, Gustavo. Curso de hidrología, Sincelejo: Universidad de Sucre, 1994. p. 8
8 MONSALVE SÁENZ, German. Hidrología en la ingeniería. Bogotá: Escuela Colombiana de
Ingeniería, 1999. p.35 9 Ibid., p. 37
23
4.2.3 Corriente o cauce principal de la cuenca. Es la corriente que pasa por la
salida de la misma. Toda cuenca tiene una y solo una corriente principal.
4.2.3.1 Orden de corrientes. Una corriente de orden 1 es un tributario sin
ramificaciones, una de orden 2 tiene tributarios solo de primer orden, dos
corrientes de orden 2 forman una de orden 3, en general dos corrientes de orden n
forman una corriente de orden n + 110.
4.2.4 Forma de la cuenca. Esta característica es importante pues se relaciona
con el tiempo de concentración, el cual es el tiempo necesario, desde el inicio de
la precipitación, para que toda la cuenca contribuya a la sección de la corriente en
estudio, o, en otras palabras, el tiempo que toma el agua desde los limites más
extremos de la cuenca hasta llegar a la salida de la misma11.
4.2.4.1 Coeficiente de Compacidad o Índice de Gravelius (Kc). Se obtiene a
partir de la siguiente expresión.
√
Dónde:
P es el perímetro de la cuenca en Km
A es el área de drenaje de la hoya en Km2.
Cuanto más irregular sea la cuenca mayor será su coeficiente de compacidad.
Una hoya circular posee el coeficiente mínimo, igual a uno. Hay mayor tendencia a
las crecientes en la medida en que este número sea próximo a la unidad12.
10
Ibid., p. 39 11
Ibid., p. 37 12
Ibid., p. 37 y 38
24
4.2.4.2 Factor de forma (Kf). Se determina a partir del cociente entre el área de
la cuenca Am, y el cuadrado del largo máximo Lm13.
2f
m
AK
L
Dónde:
A es el área de la cuenca
mL es el curso de agua más largo
Si fK > 1 la cuenca es achatada; un
fK < 1 indica que la cuenca es alargada; por
otro lado si fK = 1 la cuenca tiene forma de un cuadrado.
4.2.4.3 Índice de alargamiento (Ia). Se obtiene a partir de la siguiente expresión.
ma
max
LI
A
Dónde:
aI es el índice de alargamiento
mL es el curso de agua más largo
maxA es el ancho máximo de la cuenca
4.2.5 Densidad de drenaje (Dd) Se obtiene a partir de la siguiente expresión.
d
LD
A
Dónde:
dD es la densidad de drenaje de la cuenca
A es el área de la cuenca
L es la suma de las longitudes de todas las corrientes de agua de la cuenca
13
Ibid., p. 38
25
4.2.6 Relieve de la cuenca. En cuanto al relieve de la cuenca se pueden definir
varios parámetros topográficos, que controlan la velocidad con que se da la
escorrentía superficial y por lo tanto el tiempo de concentración de la cuenca. A
continuación se definirán estas características topográficas.
4.2.6.1 Pendiente de la Cuenca. Esta característica controla en buena parte la
velocidad con que se da la escorrentía superficial y afecta, por lo tanto el tiempo
que lleva el agua de la lluvia para concentrarse en los lechos fluviales que
constituyen la red de drenaje de las cuencas14.
4.2.6.2 Curva Hipsométrica. Es la representación gráfica del relieve de una
cuenca. 15.
Figura 1. Curvas hipsométricas características según Strahler
Fuente. LLAMAS, J. Hidrología General, Principio y Aplicaciones
14
Ibid., p. 40 15
Ibid., p. 44
26
La curva A corresponde a una cuenca quebrada, con cauces encañonados y
propensa a la erosión; la curva B refleja una cuenca equilibrada y la curva C refleja
una cuenca plana, con montañas en la cabecera y propensa a la sedimentación.16
4.2.6.3 Pendiente del cauce principal. La pendiente del cauce principal se
calcula a partir del cociente entre la desnivelación entre los puntos definidos por
las cotas que marcan la desembocadura y el nacimiento del cauce principal y la
longitud del mismo. Este parámetro es indispensable para determinar el tiempo de
concentración de una cuenca e influye directamente en la velocidad del agua que
fluye por el cauce principal17.
4.2.7 Suelos. “La escorrentía y las pérdidas de precipitación dependen de las
características físicas de la cuenca entre las cuales los suelos desempeñan un
papel muy importante. La escorrentía y las pérdidas determinan el volumen de
agua aportado en la cuenca, y la manera como ese volumen de agua se distribuye
en el tiempo”18.
“La cobertura vegetal, las construcciones civiles y las clases de suelo afectan la
respuesta de una cuenca ante la presencia de lluvias alterando los regímenes de
escurrimiento natural de la cuenca.”19
4.3 INFILTRACIÓN
“La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del
terreno en el suelo”20, producido por la acción de las fuerzas gravitacionales y
16
BARROS CANTILLO. Op. Cit., p. 24 17
Ibid., p. 27 18
MONSALVE SÁENZ. Op. cit., p. 54 19
JIMÉNEZ ESCOBAR, H. Hidrología básica I. Citado por BELLO PEREZ, Enrique; CAÑAVERA BARBOZA, Jorge y PAREDES PAREDES, Leider. Determinación del coeficiente de escorrentía en la cuenca del arroyo la Palma. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2008. p. 37
27
capilares. La diferencia entre el volumen de agua que llueve en una cuenca y el
que escurre por su salida recibe el nombre de pérdidas.
4.4 MÉTODO SCS PARA ABSTRACCIONES
El Natural Resources Conservation Service (NRCS), desarrollo un método
denominado Número de la Curva de escorrentía CN, para calcular las
abstracciones de una tormenta
El Número de Curva varía en un rango de 1 a 100, y esa función de las siguientes
propiedades productoras de escorrentía de la hoya hidrográfica: (1) tipo de suelo
hidrológico, (2) utilización y tratamiento del suelo, (3) condiciones de la superficie
del terreno, y (4) condición de humedad de antecedente del suelo21.
4.4.1 Precipitación de excesos por el método del número de la curva. La
precipitación de excesos se calcula utilizando la siguiente expresión
Dónde:
Por lo cual
En la que
En el que es el número de curva de escorrentía, es la retención potencial
máxima, es la abstracción inicial, es la profundidad de precipitación total y
es la precipitación de excesos, todo en pulgadas y CN adimensional.
20
MONSALVE SÁENZ. Op. cit., p. 131 21
Ibid., p. 141
28
4.4.2 Clasificación hidrológica de los suelos. Los suelos han sido clasificados
en cuatro grupos A, B, C y D de acuerdo con el potencial de escurrimiento.
A (Bajo potencial de escorrentía). Arenas profundas, suelos profundos
depositados por el viento, limos agregados.
B (Moderadamente bajo potencial de escorrentía) Suelos poco profundos
depositados por el viento, margas arenosas.
C (Moderadamente alto potencial de escorrentía) Margas arcillosas, margas
arenosas poco profundas, suelos con alto contenido de arcilla.
D (Alto potencial de escorrentía) Suelos que se expanden significativamente
cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos.
Tabla 2. Equivalencias entre clases texturales y grupos hidrológicos de suelo
Textura Grupo hidrológico de suelos
Arenosa A
Arenoso - Franca A
Arcillosa D
Arcillo - Arenosa C
Arcillo - Limosa D
Franca C
Franco - Arenosa B
Franco - Arcillosa C
Franco - Arcillo - Arenosa C
Franco - Arcillo - Limosa C
Franco - Limosa C
Limosa D
Fuente. FERRER, J. Analisis de nuevas fuentes de datos para la estimacion del
parametro Numero de la Curva: perfiles de suelo y teledetección
29
Tabla 3. Guía para interpretación de los usos de los suelos, al no disponer de
datos de ensayos de ingeniería
Textura y símbolo Clasificación unificada Clasificación AASHO
Arcilloso. A Arcillo limoso CH A-7 MH A-7 CL A-7
Franco arcilloso-Limoso
CL A-7 ML-CL A-7
CH A-7 MH A-7
Franco arcilloso
CL A-6 Ó A-7 ML-CL A-6
CH A-7 MH A-7
Francos ML-CL A-4
CL A-6 ML A-4
Franco limoso ML-CL A-4
ML A-4 CL A-6
Limoso ML A-4
Arcillo arenoso CL A-7 SC A-7
Franco arcillo arenoso SC A-6 SC A-2-6 CL A-6
Franco arenoso SH A-2-4 Ó A-4 SC A-2-4
SM-SC A-2-4
Franco arenoso muy fino ML-CL A-4
ML A-4
Franco arenoso fino SM
ML ML-CL
Areno francoso
SM A-2-4 SM-SC A-2-4
SM A-4 ML A-4
Arenoso muy fino SM A-4 ML A-4
Arenoso grueso
SP-GW A-1 SP-SM A-1
SM A-1 SM A-2-4
Fuente. MALAGON CASTRO, D y CORTES LOMBANA, A. Los levantamientos
Agrológicos y sus aplicaciones Múltiples.
30
4.4.3 Tiempo de concentración según el SCS 1973. El Soil Conservation
Service desarrollo en el año 1973 una ecuación empírica para el cálculo del
tiempo de concentración en pequeñas cuencas urbanas con áreas inferiores a 8
Km2. La ecuación supone que donde es el tiempo de retardo22
(
)
Dónde:
es el tiempo de concentración en minutos
es el nuero de la curva
es la pendiente media de la cuenca en porcentaje
es la longitud hidráulica de la cuenca en pies
4.5 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)
“Son el Conjunto de métodos, herramientas y actividades que actúan coordinada y
sistemáticamente para recolectar, almacenar, validar, actualizar, manipular,
integrar, analizar, extraer, y desplegar información, tanto gráfica como descriptiva
de los elementos considerados, con el fin de satisfacer múltiples propósitos”23.
4.6 MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (MDE)
Se define como una estructura numérica de datos que representan la distribución
espacial de la altitud de la superficie del terreno. Un MDE puede describirse de
forma genérica del modo siguiente:
,z x y
Donde z es la altitud del punto situado en las coordenadas x e y , y la función
que relaciona la variable con su localización geográfica. Los valores de x e y
22
CHOW, V: MAIDMENT, D y MAYS, L. Hidrología Aplicada. Bogota: McGRAW-HILL, 1994. p. 513 23
INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Conceptos básicos Sobre Sistemas de Información Geográfica y aplicaciones en Latinoamérica. Bogotá. 1995. p. 25
31
suelen corresponder con las abscisas y ordenadas de un sistema de coordenadas
plano, habitualmente un sistema de proyección cartográfica24.
4.7 MODELO HIDROLÓGICO
“El objetivo del análisis del sistema hidrológico es estudiar la operación del
sistema y predecir su salida. Un modelo de sistema hidrológico es una
aproximación al sistema real; sus entradas y salidas son variables hidrológicas
mensurables y su estructura es un conjunto de ecuaciones que conectan las
entradas y las salidas.”25.
24
FELICÍMO PÉREZ, A. M. Modelos Digitales de Terreno. Introducción y Aplicación a las Ciencias Ambientales [en línea]. Disponible en internet:< http://www.etsimo.uniovi.es/~feli/LibrosSIG.html> 25
CHOW, V: MAIDMENT, D y MAYS, L. Ob. cit. p. 8
32
5. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO
5.1. LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
La ciudad de Sincelejo se encuentra ubicada al noroeste del Departamento de
Sucre (Figura 3) Colombia (Figura 2) a 9º 19” de latitud Norte y los 75º 27” de
longitud Oeste del meridiano de Greenwich. Pertenece a la subregión Montes de
María. Limita al norte con los municipios de Santiago de Tolú y Toluviejo; por el
Sur con el municipio de Sampués y el departamento de Córdoba; por el Oeste con
el municipio de Palmito y Santiago de Tolú y por el Este con los municipios de
Corozal y Morroa (IGAC, 1998). Posee una extensión total de 284.1 km2 de los
cuales 21.43 km2 es área urbana y 262.67 km2 es área rural (Figura 4)26.
5.1.1 Limites del área de estudio. La cuenca de estudio (Figura 6) se localiza en
el área urbana de la ciudad de Sincelejo (Figura 5) y está constituida por los
barrios Las Canarias, Pinar, Calle el Campo, Ciudad Satélite, Barlovento, Pioneros
I y II, Rita Arrazola, Olimpo, San Carlos, Chadid, Camilo Torres, La Estrella,
Vallejo, Ipanema, Santa Maria, Bitar, Kennedy, La Bucaramanga, Las colinas, 6 de
Febrero, San Rafael, Pablo VI, y La Selva. Está limitada al norte por los barrios El
Ruby, Villa Orieta, 2 de Septiembre, San Carlos y el Bongo; al sur con los barrios
Barlovento, Pioneros I y II, Tacaloa y la Terraza; al oeste con el barrio las Canarias
y al este con los barrios La bastilla, Los Tejares, Las Américas, El Bololo, 20 de
Julio, Kennedy, La Bucaramanga y La Terraza. Posee un área total de 2.705 km2 y
a través de ella fluyen tres corrientes tributarias del arroyo el Pintao, que son el
arroyo La Selva, el arroyo Camilo y el arroyo Pinar.
26
EN EQUIPO POR SINCELEJO. Sitio oficial de Sincelejo en sucre [página web]. Sincelejo. Alcaldía de Sincelejo, 2008. Disponible en internet: < http://www.sincelejo-sucre.gov.co/
33
Figura 2. Ubicación del departamento de sucre en Colombia
Fuente. Modificado por los autores.
Figura 3. Ubicación de la ciudad de Sincelejo en el departamento de Sucre
Fuente. Modificado por los autores.
34
Figura 4. Ciudad de Sincelejo, área rural y área urbana
Fuente. Modificado por los autores.
Figura 5. Sincelejo área urbana
Fuente. Modificado por los autores.
35
Figura 6. Área de estudio
Fuente. Modificado por los autores.
5.1.2 El Clima. El clima del municipio de Sincelejo es cálido seco con una
temperatura media anual mayor a 24° C. Su humedad relativa media es de 70%.
Se aprecia un mayor rango, durante el verano donde hay marcados efectos
ocasionados por bajas temperaturas en la madrugada y fuertes calores en las
horas de la tarde. Con la llegada de las lluvias tiende a estabilizarse, con menos
variaciones y una ligera disminución general debida al aumento de la humedad
relativa. Posee una pluviosidad de 1000mm a 1500mm al año.27
5.1.3 Hidrografía. El municipio de Sincelejo, no cuenta con fuentes de aguas
superficiales permanentes; los arroyos que lo surcan son en su gran mayoría
27
INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Ob. cit., p. 85
36
cortos y permanecen secos buena parte del año, conservando su caudal
intermitente únicamente durante el periodo de lluvia.
En el municipio existen alrededor de 21 arroyos con gran cantidad de arroyuelos
afluentes de los cuales el 76% se encuentran localizados en las zonas
noroccidental y suroriental.
La red hidrográfica del municipio está comprendida por las microcuencas de los
arroyos Grande de Corozal, Canoas, La Muerte, Mochá y San Antonio. La
cuenca en estudio es bastante plana con pendientes que varía de 0 y 6 %. El
cauce principal es una corriente efímera, con tributarios naturales y otros que
corren por calles pavimentadas, provenientes en mayoría del sector urbano de la
ciudad de Sincelejo.
5.1.4 suelos. Los suelos del municipio de Sincelejo se clasifican agrologicamente
como CHROMIC-HAPLUSTERTS en un 40%, TYPIC- HAPLUSTERTS en un 40%
y VERTIC-USTROPEPTS en 20%; su relieve es de lomas, ligeramente ondulados
a fuertemente quebrado con pendientes entre 3% y 50%. La mayor parte de la
unidad está afectada por la erosión hídrica en grado ligero a moderado. La
formación vegetal en esta unidad cartográfica de acuerdo con Holdridge es el
bosque seco tropical28.
5.1.5 Geología. La gran mayoría de las afloraciones rocosas en el territorio del
municipio de Sincelejo son de origen sedimentario, depositadas en un ambiente de
transición marino continental, plegadas durante la orogenia del terciario y cubiertas
por extensos y potentes depósitos cuaternarios de origen fluvial, fluviomarinos y
lacustre.
28
INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras. Departamento de sucre. Citado por BELLO PEREZ, Enrique; CAÑAVERA BARBOZA, Jorge y PAREDES PAREDES, Leider. Determinación del coeficiente de escorrentía en la cuenca del arroyo la Palma. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2008. p. 22
37
6. DISEÑO METODOLÓGICO
En la creación de la plataforma de modelación hidrológica de la cuenca de estudio
se tuvieron en cuenta las siguientes fases:
En la fase 1 se hizo un recorrido por la cuenca y se realizó la digitalización de
las planchas topográficas a escala 1:2000 proporcionadas por el IGAC, una
vez hecho este proceso se definió la ubicación del punto de interés.
En la fase 2 se creó un modelo digital de elevaciones de la ciudad de Sincelejo
a partir de las curvas de nivel digitalizadas en la fase 1.
En la fase 3 se generó la información referente a las propiedades fisiográficas y
morfométricas de las cuencas de la ciudad de Sincelejo, tomando como
información base el modelo digital de elevaciones creado en la fase 2, lo
anterior se hizo implementando el software ArcGIS DESKTOP 9.2 y sus
extensiones Spatial Analyst, ArcHidroTOOLS y la extensión HEC geoHMS
perteneciente al software HEC HMS del Centro de Ingeniería Hidrológica
(Hydrologic Engineering Center) de los Estados Unidos. Una vez digitalizadas
todas las cuencas se procedió a extraer el área de interés para su
procesamiento definitivo.
En la fase 4 se creó en el software ArcGIS DESKTOP 9.2 las capas de
información referente a coberturas y uso del suelo de la cuenca de estudio.
Los mapas de cobertura se obtuvieron al procesar una ortofoto preliminar que
fue tomada en Mayo de 2009. Se extrajo el área cubierta por techos, suelo
desnudo, vegetación y superficies en concreto.
La información del suelo se tomó de una investigación preliminar realizada en
la ciudad de Sincelejo, titulada “Zonificación de los Suelos del Casco Urbano
38
del Municipio de Sincelejo” 29 . Dicha investigación genero mapas de
clasificación del suelo según el sistema unificado USC para distintas
profundidades. Estos mapas fueron reclasificados para generar un mapa de
clasificación de suelos según su grupo hidrológico.
En la fase 5, se generaron los resultados, se hicieron los cálculos y
operaciones necesarias para obtener los parámetros finales que conforman la
base de datos para generación de modelos hidrológicos de la cuenca de
estudio, se realizó el respectivo análisis, y se redactaron las conclusiones y
recomendaciones de la investigación.
29
HERNÁNDEZ. Rodrigo y FLORES, Humberto. Zonificación de los Suelos del Casco Urbano del Municipio de Sincelejo. Universidad de Sucre, 2008
39
6.1. MATERIALES Y HERRAMIENTAS
6.1.1 MATERIALES
Planchas topográficas.
Mapa de clasificación de suelos según el sistema USC.
Ortofotografía del área de estudio.
6.1.2 HERRAMIENTAS.
Computador.
Escáner de gran formato.
Software ArcGIS Desktop v9.2. (licencia de la Universidad de Sucre)
Extensión Spatial Analyst (licencia de la Universidad de Sucre)
Extensión ArcHidroTOOLS para ArcGIS Desktop v9.2. (licencia gratuita)
Extensión HEC geoHMS para ArcGIS Desktop v9.2. (licencia gratuita)
HEC HMS v3.5. (licencia gratuita)
40
7. RESULTADOS
7.2 LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS
El punto de interés, o punto de salida de la cuenca, es el sitio a donde llegan todas
las aguas de escorrentía de la cuenca después que se inicia la precipitación. En
este trabajo se tomó como punto de interés el puente que se ubica sobre la
calle27 entre carreas 9E y 9F en el barrio Pioneros (Figura 7)
Figura 7. Localización del punto de interés
Fuente. Instituto geográfico Agustín Codazzi 2009. Modificado por los autores.
El área de estudio, que abarca la zona delimitada por el parteaguas hasta el punto
de interés, corresponde a los orígenes del arroyo El Pintao. Por lo anterior, se le
llamara como cuenca alta del arroyo El Pintao para referenciarla más adelante.
41
7.3 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS Y MORFOMÉTRICOS DE LA CUENCA
En el estudio realizado, la cuenca alta del arroyo El Pintao se subdividió en cinco
subcuencas más pequeñas, cada una asociada a un cauce tributario del arroyo El
Pintao. Lo anterior se hizo con el objeto de hacer un estudio más detallado y
porque es la metodología requerida por la mayoría del software diseñado para
hacer modelaciones hidrológicas.
Las subcuencas que se generaron son La Selva, Camilo 1, Camilo 2, Pinar, y
Pioneros (Figura 8).
Figura 8. Subcuencas del área de estudio
Fuente. Elaborado por los autores.
42
A continuación se presenta una tabla de los parámetros fisiográficos calculados
para cada subcuenca.
Tabla 4. Parámetros Fisiográficos y morfométricos para cada subcuenca
Parámetros fisiográficos Subcuencas
La Selva Camilo 1 Camilo 2 Pinar Pioneros
Área ( m2) 1293600 546425 19724 638725 206475
Perímetro (m) 9150 5310 1040 5030 2470
Ancho máximo (m) 872.14 420 247.55 587.6 679
Largo máximo (m) 2363.8 1680.9 135.4 1554.5 381.9
Longitud hidráulica (m) 2971.77 2008.99 337.56 1913.28 662.19
Pendiente media (%) 8.94 7.59 7.18 7.33 6.41
Elevación media 212.91 209.77 195.16 207.8 197.8
Elevación máxima 256 232 207.17 232 210
Elevación minina 189 189 189 189 185
Desnivel (m) 67 43 18.17 43 25
Cociente de compacidad 2.27 2.03 2.09 1.78 1.54
Factor de forma 0.232 0.194 1.076 0.265 1.416
Índice de alargamiento 3.41 4.79 1.37 3.26 0.98
Longitud cauce principal (m) 2290.29 1190.94 137.78 1075.26 429.31
Orden del cauce principal 2 1 2 1 3
Pendiente del cauce principal (%) 0.92 1.18 0 1.02 0.93
Clasificación del cauce Efímero Efímero Efímero Efímero Efímero
Longitud de las corrientes (m) 2543.03 1190.94 137.78 1075.26 429.31
Densidad de drenaje (Km/Km2) 1.97 2.18 6.99 1.69 2.08
Número de la curva CN* 84.92 89.69 89.3 89.49 93.41
Tc (min) SCS 1973 55.87 37.07 9.3 36.27 14.12
TLag (min) 33.522 22.242 5.58 21.762 8.472
* El número de la curva CN, no es un parámetro fisiográfico, pero se usa para calcular el tiempo de
concentración por el método del SCS
Fuente. Elaborado por los autores.
43
La Tabla 4 fue creada con la información procedente del modelo digital de
elevaciones (Ver anexo 5).
7.3.1 Área de la cuenca. El área de la cuenca de estudio, abarca una superficie
total de 2704949 m2
7.3.2 Corriente o cauce principal. El cauce principal tiene su origen en el barrio
Pablo VI, atraviesa los barrios La selva y Camilo torres, recibe las aguas del
arroyo pinar en inmediaciones de la calle 25 en el barrio la Bucaramanga, en
donde se transforma en una corriente de orden 2, luego recibe las aguas del
arroyo la selva y se transforma en una corriente de orden 3 que continua su
recorrido a través de los barrios 6 de Febrero y Pioneros. Finalmente atraviesa el
punto de interés y sigue su recorrido por la ciudad de Sincelejo.
Con el uso del software ArcGIS, se obtuvo una longitud del cauce principal de:
Y una pendiente del cauce principal de:
7.3.3 Forma de la cuenca. La forma de la cuenca está definida por varios índices
que fueron referenciados con anterioridad. A continuación se muestran los valores
de los índices que fueron calculados para la cuenca de estudio con el uso del
software ArcGIS.
44
Tabla 5. Coeficientes para clasificar la forma de la cuenca
Índice Valor
De compacidad 1.76
De forma 0.4
De alargamiento 2.38
Fuente. Elaborado por los autores.
7.3.4 Relieve de la cuenca. Una de las características que mejor se usa para
definir el relieve, es la curva hipsométrica. A continuación se muestra la tabla de
cálculo para la curva hipsométrica del área de estudio.
Tabla 6. Cuadro de cálculo para la curva hipsométrica
Cota intervalo
Cota media
Área entre curvas(m
2)
Área acumulada(m
2)
% Área total
% Acumulado de área
Columna 2 x columna 3
250-240 245 14665.8 14665.8 0.56% 0.56% 3593121
240-230 235 69996.5 84662.3 2.66% 3.22% 16449177.5
230-220 225 243524.9 328187.2 9.26% 12.47% 54793102.5
220-210 215 638607.6 966794.8 24.27% 36.75% 137300634
210-200 205 1122268.1 2089062.9 42.66% 79.40% 230064961
200-190 195 541919.8 2630982.7 20.60% 100.00% 105674361
TOTAL
2630982.7
547875357
Fuente. Elaborado por los autores.
La curva hipsométrica (Figura 9) fue obtenida partiendo de la tabla 6. Se graficó en
el eje de las accisas el porcentaje acumulado de área y en el eje de las
ordenadas, el valor de la cota inferior del intervalo. A continuación se muestra la
curva hipsométrica de la cuenca alta del arroyo El Pintao.
45
Figura 9. Curva hipsométrica la cuenca alta del arroyo El Pintao
Fuente. Elaborado por los autores.
A continuación se muestra una tabla que resume todos los parámetros
fisiográficos y morfométricos de la cuenca de estudio.
Tabla 7. Parámetros fisiográficos de la cuenca alta del arroyo El Pintao
Parámetro fisiográfico Valor
Área ( m2) 2705050
Perímetro (m) 10240
Ancho máximo (m) 1431
Largo máximo (m) 2594.8
Longitud hidráulica (m) 3400.05
Fuente. Elaborado por los autores.
190
200
210
220
230
240
250
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00
Co
ta (
m)
Area acumulada (%)
Curva Hipsométrica
46
Tabla 7. (Continuación)
Parámetro fisiográfico Valor
Pendiente media (%) 8.06
Elevación media 208.24
Elevación máxima 256
Elevación mínima 185
Desnivel (m) 71
Cociente de compacidad 1.762
Factor de forma 0.402
Índice de alargamiento 2.38
Longitud cauce principal (m) 1758
Orden del cauce principal 3
Pendiente del cauce principal (%) 1.024
Clasificación del cauce Efímero
Longitud de las corrientes (m) 5376.32
Densidad de drenaje (Km/Km2) 1.99
Número de la curva CN* 87.41
Tc (min) SCS 1973 59.88
TLag (min) 35.93
Fuente. Elaborado por los autores.
7.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
Los suelos la cuenca alta del arroyo El Pintao se clasificaron de acuerdo al grupo
hidrológico y se obtuvieron los resultados de la tabla 8. Para información visual
más clara, observar el anexo 3.
47
Tabla 8. Cantidad de área cubierta por cada tipo de suelo
Tipo de suelo Área cubierta (m2) Porcentaje de área
A 82159.1 3.04%
B 1392.48 0.05%
C 356943.81 13.20%
D 2264234.93 83.71%
Total 2704730.32
Fuente. Elaborado por los autores.
7.5 USO DE LOS SUELOS
De las visitas de campo y de la ortofotografia aerea se constató que en la cuenca
se pueden caracterizar cuatro usos de suelo, para cada uno se determinó el área
que abarca y se organizó en la tabla 9. Para información visual más clara,
observar el anexo 4.
Tabla 9. Cantidad de área para cada uso del suelo
Uso del suelo Área cubierta (m2) Porcentaje
Concreto 182588.9 6.75%
Suelo descubierto 485592.02 17.95%
Techos 631142.37 23.33%
Vegetación 1404894.22 51.94%
Total 2704217.51
Fuente. Elaborado por los autores.
48
7.6 BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS
La base de datos que fue elaborada en el software ArcGIS. Consta de varios
mapas en formato Vector y Raster (ver anexos), y un archivo con extensión .basin
que es leído por el software HEC HMS y que contiene toda la información de los
parámetros hidrológicos extraídos de los mapas.
7.6.1 Mapas creados en formato vector.
Mapas de localización
Mapa topográfico del área de estudio (Anexo 1).
Mapa de arroyos de la cuenca (Anexo 2).
Mapa de clasificación de suelos según su grupo hidrológico (Anexo 3).
Mapa de uso de los suelos (Anexo 4).
7.6.2 Mapas creados en formato Raster.
Modelo digital de elevaciones (Anexo 5).
Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM I (Anexo 6).
Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM II (Anexo 7).
Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM III (Anexo 8).
Mapa de valores de la retención potencial para la condición ACM II (Anexo 9).
49
Mapa de valores de la abstracción inicial para la condición ACM II (Anexo 10).
7.6.3 Propiedades del archivo El Pintao.basin. El archivo El Pintao.basin fue
generado en el software ArcGIS con la extensión HEC geoHMS. Dicho archivo fue
importado más tarde desde el software HEC HMS (Figura 19) el cual lee todos los
parámetros de la cuenca y los añade a su base de datos para crear un modelo de
cuenca, quedando pendiente el modelo meteorológico. A continuación se
observan varias graficas que muestran esos parámetros siendo leídos por el
software HEC HMS.
Figura 10. Interface gráfica de HEC HMS con el modelo de cuenca generado
Fuente. Elaborado por los autores.
50
Figura 11. Área de subcuencas vistos desde HEC HMS
Fuente. Elaborado por los autores.
Figura 12. Valores para cálculo de pérdidas por el CN, visto desde HEC HMS
Fuente. Elaborado por los autores.
51
Figura 13. Valores del tiempo de retardo vistos desde HEC HMS
Fuente. Elaborado por los autores.
Figura 14. Resumen de elementos del modelo de cuenca en HEC HMS
Fuente. Elaborado por los autores
52
8. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
8.1 SELECCIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS
La cuenca alta del arroyo El Pintao, cubre un área total de 2705050 m2, El sitio
que se escogió para ser definido como punto de cierre de la cuenca o punto de
interés, es el puente ubicado sobre la calle 27 entre carreras 9E y 9F en el barrio
Pioneros (Figura 15). Este sitio se seleccionó porque las características de su
sección transversal y las estructuras contiguas a él, facilitaran las tareas de
medición de caudales, con lo que se aportaría otro dato importante a la base de
datos obtenida para hacer la calibración del modelo.
Figura 15. Puente sobre la calle 27 entre carreras 9E y 9F en el barrio Pioneros
Fuente. Elaborado por los autores.
53
El puente posee una sección de 5 m de ancho por 2 m de alto, las transiciones de
entrada y salida tienen la misma sección transversal y tienen vigas en concreto
(Figura 18) en la parte superior que van de un lado a otro y por donde puede
circular el operador de un correntómetro para medir los caudales.
Figura 16. Transición de entrada del puente
Fuente. Elaborado por los autores.
Figura 17. Transición de salida del puente
Fuente. Elaborado por el autor
54
Figura 18. Viga en concreto sobre la transición de salida
Fuente. Elaborado por los autores.
8.2 FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA ALTA DEL ARROYO EL PINTAO.
La cuenca alta del arroyo El Pintao da origen a 5 subcuencas, las cuales varían
mucho en tamaño y van desde los 19724 m2 hasta 1290600 m2 (Ver tabla 4 en los
resultados).
Algunas de las características más sobresalientes de las subcuencas estudiadas
son:
La ausencia de corrientes intermitentes y perennes en el 100% de ellas.
Diferentes altitudes medias que van desde los 195.16 m.s.n.m hasta los 212.91
m.s.n.m.
Predominio de cuencas alargadas.
55
Predominio de cuencas con órdenes de corriente inferiores a 3 y densidades
de drenaje moderadas.
Tabla 10. Propiedades fisiográficas básicas de las subcuencas del Pintao
Subcuenca Área m
2 Perímetro
m Tamaño relativo*
Elevación media m
Elevación mínima m
Elevación máxima m
Desnivel m
La selva 1293600 9150 Grande 212.91 189 256 67
Camilo 1 546425 5310 Mediana 209.77 189 232 43
Camilo 2 19724 1040 Muy
pequeña 195.16 189 207.17 18.17
Pinar 638725 5030 Mediana 207.8 189 232 43
Pioneros 206475 2470 Pequeña 197.8 185 210 25
Promedio 540989.8 4600 204.688 188.2 227.434 39.23
Máximo 1293600 9150 212.91 189 256 67
Mínimo 19724 1040 195.16 185 207.17 18.17
* Hace referencia al tamaño de las subcuencas con relación a su contenedora, la cuenca alta del arroyo El Pintao
Fuente. Elaborado por los autores.
8.2.1 Caracterización fisiográfica y morfométrica por subcuencas.
8.2.1.1 Subcuenca La selva. La cuenca la selva debe su nombre al barrio y
arroyo del mismo nombre y se ubica en la porción occidental de la cuenca alta del
arroyo El Pintao. Es una cuenca clasificada como unidad con un área de 1293600
m2 con un gran desnivel entre sus alturas mayores y menores y a su vez es la de
mayor tamaño. Es de tipo alargada posee una elevación media por encima del
promedio (Tabla 10, Figura 19). Posee una densidad de drenaje moderada y es la
subcuenca con mayor tiempo de concentración. Su pendiente es mediana pero
pose un cauce principal con pendiente fuerte. Su factor de forma es bajo por lo
cual no se esperan crecientes en ella.
56
Figura 19. Subcuenca La Selva y su fisiografía
Fuente. Elaborado por los autores.
8.2.1.2 Subcuenca Camilo 1. La cuenca camilo 1 debe su nombre al arroyo que
forma su cauce principal. Se ubica en la porción central de la cuenca alta del
arroyo El Pintao. Se clasifica como una unidad de tamaño relativo mediano con un
área de 546425 m2 y es la tercera en tamaño después de las subcuencas La
Selva Y Pinar. El desnivel que presenta está por encima del promedio, es de tipo
alargada y su elevación media está por encima del promedio (Tabla 10, Figura
20). Posee una densidad de drenaje moderada y un tiempo de concentración
rápido. Su pendiente es mediana, la pendiente de su cace principal es fuerte, pero
no es propensa a crecientes debido a que su factor de forma es bajo.
57
Figura 20. Subcuenca Camilo 1 y su fisiografía
Fuente. Elaborado por los autores.
8.2.1.3 Subcuenca camilo 2. La subcuenca Camilo 2 Se ubica corriente abajo de
la subcuenca Camilo 1. Es una unidad de cuenca con tamaño relativo muy
pequeño. Con solo 19724 m2 es la más pequeña de todas pero la de respuesta
hidrológica más veloz por su sorprendentemente rápido tiempo de concentración y
su alta densidad de drenaje. Presenta un desnivel muy bajo en relación con las
otras cuencas, su elevación media está por debajo del promedio (Tabla 10, Figura
21). Su pendiente es mediana y su cauce principal no presenta desniveles pero es
propensa a crecientes debido a su forma achatada y su factor de forma alto.
58
Figura 21 Subcuenca Camilo 2 y su fisiografía
Fuente. Elaborado por los autores.
8.2.1.4 Subcuenca Pinar. Está localizada al este de la cuenca alta del arroyo El
Pintao y debe su nombre al arroyo que la atraviesa como cauce principal. Es la
segunda en tamaño y con sus 638725 m2 se clasifica como subcuenca de tamaño
relativo medio. Presenta un desnivel por encima del promedio y una pendiente
catalogada como mediana. Su densidad de drenaje es baja y su tiempo de
concentración es rápido. Su elevación media está por encima del promedio (Tabla
10, Figura 22), su forma es alargada y su factor de forma bajo indica que es una
subcuenca no propensa a crecientes a pesar de tener una pendiente del cauce
principal fuerte.
59
Figura 22. Subcuenca Pinar y su fisiografía
Fuente. Elaborado por los autores.
8.2.1.5 Subcuenca Pioneros. La subcuenca Pioneros debe su nombre a los
barrios que están asentados en ella. Es una unidad de cuenca de tamaño relativo
pequeño con un área total de 206475 m2. Presenta un desnivel relativo bajo, es de
tipo achatada y su elevación media se encuentra por debajo del promedio (Tabla
20, Figura 23). Tiene una densidad de drenaje moderada y su tiempo de
concentración es rápido. Posee una pendiente suave pero su alto factor de forma,
su configuración achatada y la pendiente de su cauce principal fuerte la hacen una
cuenca propensa a las crecientes. Es la segunda subcuenca con respuesta
hidrológica más rápida después de la subcuenca Camilo 2.
60
Figura 23. Subcuenca Pioneros y su fisiografía
Fuente. Elaborado por los autores.
9.2.2 Cuenca alta del arroyo El Pintao. Llamada así por estar localizada en los
orígenes del arroyo del mismo nombre, es una cuenca que se clasifica como una
unida al poseer una área inferior a 5 Km2. Con un alto desnivel de unos 71 m, esta
cuenca posee una elevación media de unos 208.24 m.s.n.m. su forma es
rectangular oblonga y alargada, y con un factor de forma bajo es una cuenca poco
propensa a crecientes. Posee una pendiente que puede clasificarse como
mediana, un cauce principal con pendiente fuerte y una densidad de drenaje
moderada un tiempo de concentración moderado de casi una hora. El orden de su
cauce principal es 3 y tiene una curva hipsométrica característica de una cuenca
equilibrada que no presenta ni erosión excesiva ni sedimentación, es además una
61
cuenca exorreica puesto que el punto de salida de sus aguas o punto de interés se
encuentra en los límites de la misma.
Los parámetros fisiográficos de la cuenca alta del arroyo El Pintao indican que es
una unidad de cuenca con una respuesta hidrológica relativamente rápida ante los
eventos de precipitación que se presenten en ella, en especial en las subunidades
Camilo 2 y Pioneros, las cuales poseen tiempos de concentración muy rápidos e
inferiores a un cuarto de hora; se daría una respuesta hidrológica más lenta si las
precipitaciones ocurren en las subunidades Camilo 1 y Pinar y finalmente una
respuesta hidrológica lenta si los eventos lluviosos ocurren en la subunidad La
Selva.
Figura 24. Cuenca alta del arroyo El Pintao y su fisiografía
Fuente. Elaborado por los autores.
62
9.3 CLASIFICACIÓN HIDROLÓGICA DE LOS SUELOS
Dentro de la cuenca alta del arroyo El Pintao encontramos suelos que van desde
categoría A, es decir suelos con alta capacidad para infiltrar agua, hasta suelos
categoría D con alto potencial de escorrentía (Anexo 3). Sin embargo se observó
en los resultados que la mayoría de los suelos son tipo D (Tabla 8), con un
83.71% son los que más se encuentra distribuidos en el área de estudio y
comprenden arcillas con alto potencial de expansión y muy impermeables que
generan un gran volumen de escorrentía. De los suelos A y B que son lo que
menos escorrentía producen, solo se encontró un valor de 3.09% entre ambos
(tabla 8), lo cual es un porcentaje muy pequeño del área de la unidad de cuenca.
De lo anterior y observando que los suelos tipo D se encuentran muy bien
distribuidos en toda la cuenca, se espera que ante un evento de precipitación de
condiciones considerables, se genere también un gran volumen de escorrentía,
teniendo en cuenta la impermeabilidad que este tipo de suelos le proporciona a la
superficie del área de estudio.
9.4 USO DE LOS SUELOS
En los resultados se evidencia que la cuenca se caracterizó con cuatro tipos de
uso de suelo, lo cuales son:
Concreto
Suelo descubierto
Techos
Vegetación
63
En el estudio realizado se escogieron estos cuatro tipos de uso de la tierra para
realizar la caracterización de la cuenca al ser estos los de mayor representación
en la misma.
Dentro de las superficies de concreto entran todas las calles pavimentadas, los
patios y terrazas con plantilla, las cunetas, cubiertas en placas de concreto, las
canchas, parques y otros espacios abiertos que están totalmente cubiertos de
concreto; en los techos se involucran las cubiertas en eternit, zinc, y de otros tipos
con materiales que poseen características similares a los ya mencionados. Las
cubiertas en palma, con un área de tan solo 3754 m2, son tan escasas en la
cuenca alta del arroyo El Pintao que se tomó la decisión de excluirlas del estudio;
a pesar de que los techos y las superficies en concreto tienen un mismo valor del
número de la curva de escorrentía se tomó la decisión de trabajarlos por
separados para obtener información visual más clara en los mapas generados
para el uso de los suelos.
Entran a formar parte del grupo de suelo desnudo todas las vías que no están
pavimentadas, los patios y terrazas y las partes de ellos que no están cubiertos
con concreto, las canchas destapadas y otras extensiones de tierra que no tienen
ni cubrimiento en concreto pero que tampoco tienen vegetación. Finalmente en el
grupo de vegetación se incluyen todas las superficies cubiertas por arbustos,
pastos, árboles y cualquier otro tipo de material vegetal.
9.5 RELACIONES ENTRE GRUPO HIDROLÓGICO, USO DE LOS SUELOS Y
NÚMERO DE LA CURVA
Del anexo 4 se puede evidenciar que la gran mayoría de la superficie de la cuenca
está cubierta por vegetación, y que con más del 50% del área es el uso de suelo
que más se presenta, seguido por las superficies en concreto-techo que abarcan
un 30.08% entre ambas. Por último y con un valor del 17.95% de la superficie
64
A B C D
Vegetacion 43 65 76 82
Techos 98 98 98 98
Concreto 98 98 98 98
Suelo descubierto 76 85 89 91
Numero de la curva por grupo hidrologicoUso del suelo
total se ubican las zonas en suelo descubierto. Por lo descrito anteriormente se
espera entonces que la cuenca no presente un elevado valor ponderado del
número de la curva, pues como se puede observar, la mayoría del área está
cubierta por vegetación y en menor medida por suelo desnudo y concreto-techo.
Lo que si se evidencia es valores del número de la curva más altos en las
subcuencas Camilo 1 y 2, Pioneros y Pinar y un número de la curva más bajo en
la subcuenca La Selva.
Del anexo 12 se evidencia que la subcuenca más impermeable es Pioneros con
un valor del número de la curva de 93.4, seguida por Camilo 1 y Camilo 2 con
valores de 89.69 y 89.63 respectivamente, seguidas de Pinar con 88.49;
finalmente se tiene como subcuenca menos impermeable a La Selva con un valor
del número de la curva de 84.92, lo anterior debido a que esta última posee una
gran cantidad de área cubierta por vegetación.
En el anexo 7 se evidencia la variación de los valores del número de la curva para
la cuenca alta del arroyo El Pintao, existiendo valores que van desde 43 para las
zonas con suelos tipo A y con uso de suelo vegetación, hasta valores de 98
correspondientes a zonas cubiertas en concreto-techo y suelos tipo C y D. a
continuación se muestra la tabla usada para caracterizar cada zona de la cuenca
de estudio, con base a su grupo hidrológico de suelo, uso de la tierra y valores del
número de la curva.
Tabla 11. Tabla de valores de número de la curva para los usos de suelos
Fuente. Modificado por los autores.
65
De los valores del número de la curva para cada subcuenca y sus respectivas
áreas, es posible calcular el valor del número de la curva ponderado de la cuenca
alta del arroyo El Pintao. A continuación se muestra la tabla que resume los
valores del número de la curva de cada subcuenca y el de la cuenca base.
Tabla 12. Cuadro de cálculo del número de la curva ponderado para la cuenca alta
del arroyo El Pintao
Subcuenca Área (m2) CN % Área % Área x CN
La selva 1293600 84.92 47.82% 40.61
Camilo 1 546425 89.694 20.20% 18.12
Pinar 638725 88.491 23.61% 20.90
Camilo 2 19724 89.303 0.73% 0.65
Pioneros 206475 93.41 7.63% 7.13
Total 2704949
87.41
Fuente. Elaborado por los autores.
Como se observa en la tabla 12, el valor del numero la curva para la cuenca alta
del arroyo El Pintao dio como se esperaba. Se obtuvo un valor de 87.41 que
corresponde a un valor de una cuenca no tan impermeable pero que si puede
generas volúmenes de escorrentía considerables bajo eventos de precipitación
fuertes.
Es necesario dejar claro que los resultados de valores del número de la curva y el
uso de los suelos, corresponden a la condición en la que se encontraba la cuenca
en la fecha de toma de la fotografía aérea, es decir para el mes de Mayo del año
2009.
66
9.6. BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS
Como pudo observarse los mapas obtenidos para conformar la base de datos
proporcionan información valiosa para el análisis, caracterización y modelamiento
de la cuenca.
El mapa topográfico del área de estudio resulta ser el más importante de todos al
ser este el punto de partida para generar toda la información base para el modelo
fisiográfico de la cuenca. A partir de la información de las curvas de nivel que pose
dicho mapa, se genera un modelo digital de elevaciones que luego se convierte en
la superficie de trabajo del software ArcGIS, en donde se obtiene de manera
automática las direcciones de flujo en la cuenca, las corrientes de drenaje, las
subcuencas, los caminos más largos que el agua debe recorrer desde la cresta
más alta y alejada del parteaguas hasta el punto de interés, las pendientes del
terreno que al mismo tiempo permiten el cálculo de las pendientes de las
subcuencas y de las corrientes, entre otros factores que permiten caracterizar la
cuenca según su relieve y forma, es decir, permite realizar el análisis fisiográfico y
morfométrico de la cuenca de estudio.
El mapa de arroyos es información básica obtenida a partir del modelo digital de
elevaciones. La información que muestra es básicamente la disposición de las
corrientes de drenaje dentro de cada subcuenca, permite medir las longitudes de
los cauces principales la cual más tarde se usa para calcular la densidad de
drenaje de la cuenca, por lo que también tiene importancia en la caracterización
fisiográfica de la cuenca.
La importancia de los mapas de suelo radica en que él es el medio que en última
instancia permitirá la infiltración en mayor o menor medida, influyendo de forma
directa en la generación de precipitación de excesos que luego se transformara en
escorrentía. Su análisis es importante porque permite determinar las zonas de la
67
cuenca que pueden generar más caudal en el punto de interés y al mismo tiempo
definir los valores de parámetros como el número de la curva, con el cual se
calculara en última instancia la precipitación de excesos sobre la cuenca
hidrográfica.
Los mapas de valores del número de la curva, abstracción inicial y retención
potencial constituyen los parámetros que se requieren en el modelo para evaluar
la respuesta de la cuenca ante un evento precipitación cualquiera. Su importancia
dentro de la base de datos se debe a lo expuesto anteriormente, puesto que con
ellos se calcula la precipitación de excesos que genera una lluvia cualquiera
dentro de la cuenca, la cual más tarde se convierte en escorrentía que se
concentra en los cauces o arroyos y que finalmente resulta en el caudal utilizado
en el diseño de obras hidráulicas dentro de la cuenca.
Finalmente el archivo El Pintao.basin es el fruto de todo el procesamiento de la
información y el que permite hacer la modelación de la cuenca bajo el software
HEC HMS. Posee todas las propiedades que influyen directamente en la
generación de caudal de escorrentía y permite evaluar el comportamiento
hidrológico de la toda la cuenca ante la ocurrencia de un evento hidrológico
cualquiera.
68
10. CONCLUSIONES
La realización de este trabajo permite concluir lo siguiente:
La metodología usada constituye un proceso que permite generar un sistema
de información integral útil para otros trabajos relacionados con el tema de
modelaciones hidrológicas, como por ejemplo las modelaciones hidráulicas
dentro de la cuenca del arroyo El Pintao.
Para el estudio de una modelación hidrológica se hace necesario tener la
información referente a tipos y usos del suelo debido a su influencia directa
dentro de los procesos descritos dentro de una cuenca hidrográfica.
Al trabajar con SIG, es posible manejar las variables de los procesos
hidrológicos que se presentan en la cuenca alta del arroyo El Pintao, de tal
modo que el investigador puede evaluar multiplicidad de escenarios y eventos
que podrían ocurrir dentro de ella.
El SIG de la cuenca alta del arroyo El Pintao y los software de hidrología se
convierten en una herramienta indispensable al momento de resolver
situaciones que demanden rapidez. ya que el procesamiento de la información
y la obtención de los resultados es más eficiente que los métodos manuales.
Los sistemas de información geográfica constituyen una herramienta poderosa
para el desarrollo de este tipo de trabajos debido a su potencial para elaborar
información visual, realizar grandes cálculos, relacionar datos alfanuméricos
con datos gráficos y modificar la información que ya existe o que sea generada
por los mismos.
69
El software ArcGIS complementado don las extensiones Spatial Analyst,
ArcHidroTOOLS y HEC geoHMS, constituyen un potente equipo de trabajo
para crear, modificar, visualizar y presentar la información requerida para la
realización de modelaciones hidrológicas.
Se llevó a cabo la creación de una plataforma de información que contiene las
diferentes características de la cuenca alta del arroyo El Pintao en la ciudad de
Sincelejo, para que sea usada en estudios de modelación hidrológica que
pretendan hacerse en ella.
El cálculo de los paramentos fisiográficos, permite realizar una descripción del
comportamiento hidrológico de la cuenca y de las subunidades contenidas en
ella. Se obtuvieron básicamente dos grupos de cuencas según su forma, las
cuales son:
Cuencas alargadas; en donde se encuentran La Selva, Camilo 1 y Pinar, las
cuales no son propensas a crecientes debido a su forma y relieve y por ende
no tienen una respuesta hidrológica muy rápida.
Cuencas achatadas; grupo conformado por las subcuencas Camilo 2 y
Pioneros, las cuales pueden presentar crecientes y tienen una respuesta
hidrológica rápida debido a su configuración fisiométrica y a su rápido tiempo
de concentración.
El procesamiento de la ortofotografía con el uso de sistemas de información
geográfica permitió determinar los valores del número de la curva de forma
eficiente. La obtención del mapa de zonificación del número de la curva
permitió visualizar la distribución espacial de la posible respuesta hidrológica
de la cuenca alta del arroyo El Pintao.
70
La ventaja que posee utilizar la metodología del número de la curva es que es
más rápida y económica para hacer actualizaciones de la información, puesto
que solo se necesita cambiar los datos del mapa de uso de los suelos para
generar un nuevo mapa del número de la curva, lo anterior teniendo en cuenta
que cada día hay más disponibilidad de información digital.
71
RECOMENDACIONES
Con base en el trabajo realizado se hacen las siguientes recomendaciones:
En este trabajo no se contempló el análisis de la precipitaciones que se han
presentado en la cuenca y que corresponde al modelo meteorológico de la
misma. Por lo anterior se recomienda llevar a cabo un estudio para adicionar
dicha información a la base de datos que se obtuvo y de este modo mejorar el
modelo hidrológico de la cuenca alta del arroyo El Pintao.
Una vez realizado el modelo meteorológico se recomienda hacer la medición
de caudales en el punto de interés para diferentes eventos de precipitación que
tengan lugar dentro de la cuenca, con lo que se puede hacer una prueba de
optimización del modelo y su respectiva calibración.
Después de haber calibrado el modelo se recomienda hacer una simulación del
proceso de transformación lluvia – caudal de escorrentía, con el objeto de
hacer una evaluación del funcionamiento de las obras hidráulicas que existen
en los arroyos del área de estudio en aras de prevenir posibles daños,
inundaciones y malos funcionamientos de la red de drenaje de la cuenca alta
del arroyo El Pintao.
Se recomienda seguir haciendo uso de los sistemas de información geográfica
en este tipo de trabajos, puesto que han demostrado su potencial a la hora de
manejar la multiplicidad y variación de los parámetros que caracterizan la
cuenca alta del arroyo El Pintao.
Se recomienda hacer la actualización de la información de uso de los suelos
de la cuenca alta del arroyo El Pintao en el momento que se considere
necesario. O en su defecto se recomienda llevar a cabo un estudio que permita
72
analizar la variación de esta información en el tiempo, es decir, evaluar el uso
que se le ha dado al suelo a largo de las últimas décadas con el objeto de
hacer una proyección futura de esta, y por ende su influencia en el valor del
número de la curva, con lo que pueden evaluarse los caudales esperados en
las estructuras hidráulicas existentes para un tiempo de retorno establecido
previamente.
73
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79
Anexo 3. Mapa de clasificación de suelos según su grupo hidrológico
Fuente. Elaborado por los autores.
82
Anexo 6. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM I
Fuente. Elaborado por los autores.
83
Anexo 7. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM II
Fuente. Elaborado por los autores.
84
Anexo 8. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM III
Fuente. Elaborado por los autores.
85
Anexo 9. Mapa de valores de la retención potencial para la condición ACM II
Fuente. Elaborado por los autores.
86
Anexo 10. Mapa de valores de la abstracción inicial para la condición ACM II
Fuente. Elaborado por los autores.
88
Anexo 12. Resumen de parámetros fisiográficos de las subcuencas del área de estudio
Fuente. Elaborado por los autores.
89
Anexo 13. Tabla de valores del número de la curva para áreas urbanas y
condición antecedente de humedad normal ACM II
Tipo de cobertura y condición hidrológica % Promedio
áreas impermeables
Numero de curvas para grupos de
suelos hidrológicos
A B C D
Áreas urbanas totalmente desarrolladas( Vegetación ya establecida)
Espacios abiertos (prados, parques, campos de golf, cementerios, etc.)
condición pobre(menos del 50% cubierto de pasto)
68 79 86 89
condición regular(del 50% al 75% cubierto de pasto)
49 69 79 84
condición buena(más del 75% cubierto de pasto)
39 61 74 80
Áreas impermeables:
Parqueaderos pavimentados, techos, autopistas, etc.
(excluyendo derecho de vía)
98 98 98 98
calles y caminos:
pavimentados
98 98 98 98
pavimentadas; zanjas abiertas(incluyendo derecho de vía)
83 89 92 93
grava(incluyendo derecho de vía)
76 85 89 91
tierra(incluyendo derecho de vía)
72 82 87 89
Áreas desiertas urbanas occidentales:
paisajes desérticos naturales(solamente áreas permeables)
63 77 85 88
paisajes desérticos artificiales(barrera impermeable de maleza, arbusto
de desierto con 1 a 2 pulg de diámetro; cubierta de arena o grava)
96 96 96 96
Áreas urbanas
Comercial y de negocios 85 89 92 94 95
industrial 72 81 88 91 93
Áreas residenciales por promedio del tamaño del lote:
1/8 acre o menos 65 77 85 90 92
1/4 acre 38 61 75 83 87
1/3 acre 30 57 72 81 86
1/2 acre 25 54 70 80 85
1 acre 20 51 68 79 84
2 acre 12 46 65 77 82
Áreas urbanas desarrolladas
Áreas recientemente conformadas(solamente áreas permeables sin vegetación) 77 86 91 94
Fuente. MONSALVE SÁENZ, 1999.