CÁLCULO DE CAUDAL MÁXIMO DE CRECIENTE EN LAS QUEBRADAS

HONDA, HORCA, NEGRA, MOLINOS QUE DESEMBOCA EN EL RÍO

SOMONDOCO, MUNICIPIO DE ALMEIDA, DEPARTAMENTO DE BOYACÁ.

PRESENTADO POR:

JEISSON ANDRÉS ZABALA BOTERO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES

BOGOTÁ

2016

CÁLCULO DE CAUDAL MÁXIMO DE CRECIENTE EN LAS QUEBRADAS

HONDA, HORCA, NEGRA, MOLINOS QUE DESEMBOCA EN EL RÍO

SOMONDOCO, MUNICIPIO DE ALMEIDA, DEPARTAMENTO DE BOYACÁ.

JEISSON ANDRÉS ZABALA BOTERO

MONOGRAFÍA

ING. FERNANDO GONZÁLEZ CASAS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES

BOGOTÁ D.C

2016

Nota de aceptación:

_____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________

_____________________________________

Firma del presidente del jurado

_____________________________________

Firma del jurado

_____________________________________

Firma del jurado

Bogotá D.C, 2016

CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCIÓN................................................................................................... 9

1.1 JUSTIFICACIÓN. ............................................................................................ 12

1.2 HIPÓTESIS ..................................................................................................... 13

2. OBJETIVOS ........................................................................................................ 13

2.1 OBJETIVO GENERAL. .................................................................................... 13

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. .......................................................................... 13

3. MARCO DE REFERENCIA. ................................................................................ 14

3.1 MARCO DE ANTECEDENTES. ...................................................................... 14

3.1.1 Caracterización morfométrica de cuencas. .................................................. 14

3.1.2 Método Racional........................................................................... …………..15

3.2 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 15

3.2.1 Características Físicas de una Hoya Hidrográfica. ....................................... 15

3.2.2 Área de Drenaje. .......................................................................................... 16

3.2.3 Forma de la hoya.......................................................................................... 16

3.2.4 Sistema de Drenaje. ..................................................................................... 17

3.2.5 Características del relieve de una hoya. ....................................................... 19

3.2.6 Pendiente de la corriente principal. .............................................................. 20

3.2.7 Método Racional........................................................................................... 21

3.2.8 Definiciones Técnicas. .................................................................................. 22

3.3 MARCO TEÓRICO. ......................................................................................... 24

3.3.1. Morfología de cuencas. .............................................................................. 24

3.3.2 Forma de la cuenca. ..................................................................................... 24

3.3.3 Factor de forma (Kf). .................................................................................... 24

3.3.4 Sistema de drenaje....................................................................................... 25

3.3.5 Características del relieve de una cuenca. ................................................... 25

3.4 Tiempo de concentración. ............................................................................... 26

3.5 Curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) .......................................... 26

3.6 Periodo de retorno. .......................................................................................... 26

3.7 Método racional. .............................................................................................. 28

4. DISEÑO METODOLÓGICO. ............................................................................... 30

4.1INVESTIGACION TEÓRICO – PRÁCTICA. ..................................................... 30

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS ............................................................................ 31

5.1 DETERMINACION CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA HOYA HIDROGRÁFICA. .................................................................................................. 31

5.1.2 Área de drenaje. ........................................................................................... 31

5.1.3 Perímetro. ..................................................................................................... 32

5.1.4 Longitud Axial. .............................................................................................. 32

5.1.5 Ancho medio. ............................................................................................... 32

5.1.6 Longitud del cauce principal. ........................................................................ 32

5.1.7 Longitud Total de las corrientes.................................................................... 32

5.2 DETERMINACION PARAMETROS DE FORMA............................................. 33

5.2.1 Coeficiente de Compacidad (Kc): ................................................................. 33

5.2.2 Factor de Forma (Kf): ................................................................................... 33

5.3 Densidad de Drenaje (Dd): .............................................................................. 34

5.3.1 Orden de las Corrientes de agua.................................................................. 34

5.3.2 Extensión Media de la Escorrentía Superficial: ............................................ 35

5.3.3 Sinuosidad de las Corrientes: ....................................................................... 35

5.4 CARACTERÍSTICAS DEL RELIEVE DE LA CUENCA HOGROGRÁFICA. .... 36

5.4.1 Pendiente de la Hoya. .................................................................................. 36

5.4.2 Pendiente media de la cuenca. .................................................................... 37

5.4.3 Curva Hipsométrica. ..................................................................................... 38

5.4.4 Elevación media de la Hoya. ........................................................................ 40

5.4.5 Pendiente de la Corriente Principal. ............................................................. 41

5.4.6 Rectángulo Equivalente. ............................................................................... 43

5.4.7 Tiempo de concentración. ............................................................................ 45

5.4.8 Escorrentía Superficial. ................................................................................ 47

5.4.9 Curvas IDF. .................................................................................................. 47

5.4.10 Intensidad de la lluvia. ................................................................................ 47

5.4.11 Cálculo de caudal máximo con el uso del método racional. ....................... 49

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................. 52

7. CONCLUSIONES ................................................................................................ 53

BIBLIOGRAFÍA. ...................................................................................................... 54

ANEXOS ................................................................................................................. 55

CONTENIDO DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Clasificación según el área de drenaje. ................................................... 16

Tabla 2. Clasificación de valores de compacidad........................................................... 16

Tabla 3. Clases de valores de forma. ................................................................................ 17

Tabla 4. Clases de densidad de drenaje. ......................................................................... 18

Tabla 5. Clasificación de la pendiente en cuencas. ....................................................... 19

Tabla 6. Clases de valores de elevación media. ............................................................ 20

Tabla 7. Orden de las corrientes de agua. ....................................................................... 35

Tabla 8. Frecuencia de pendientes obtenidas................................................................. 37

Tabla 9. Cálculo de curva hipsométrica................................................................. 39

Tabla 10. Cálculo del rectángulo equivalente. ................................................................. 43

Tabla 11. Intensidad de la lluvia. ........................................................................................ 48

Tabla 12. Cálculo de caudal máximo cuenca hidrográfica. .......................................... 49

CONTENIDO DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Clasificación de corrientes de agua. ................................................................ 17

Figura 2. Extensión media de la escorrentía superficial. .............................................. 18

Figura 3. Sinuosidad de las corrientes de agua. ............................................................. 19

Figura 4. Curva hipsométrica de la hoya hidrográfica. .......................................... 20

Figura 5. Pendiente de la corriente principal. ........................................................ 21

Figura 6. Curva de distribución de pendientes de una hoya hidrográfica. ................ 38

Figura 7. Curva hipsométrica de la cuenca hidrográfica. .............................................. 40

Figura 8. Pendiente del cauce principal ............................................................................ 41

Figura 9. Rectangulo equivalente ....................................................................................... 45

Figura 10. Curva IDF, estación Almeida. .......................................................................... 48

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1. INTRODUCCIÓN

Este proyecto pretende realizar el análisis de las características morfométricas correspondientes al río Somondoco, afluente a las quebradas Honda, Horca, Molinos, Negra, ubicado en el departamento de Boyacá. Según en la morfología del área de estudio, relieve, forma, red de drenaje, curvas de pendiente, tipo de suelo, capa vegetal, entre otras.

Los estudios morfológicos realizados a cuencas hidrográficas son de gran importancia, ya que permiten interpretar mediante análisis estadísticos y topográficos los fenómenos que ocurren a lo largo de los cauces o afluentes de los ríos principales y obtener numéricamente índices que sirven de comparación con otras regiones hidrológicas.

Una cuenca hidrográfica o cuenca de drenaje de un rio es el área limitada por un contorno al interior del cual las aguas de la lluvia que caen se dirigen hacia un mismo punto, denominado salida de la cuenca.

En la cuenca hidrográfica se encuentran los recursos naturales y la infraestructura creada por las personas, en las cuales desarrollan sus actividades económicas y sociales generando diferentes efectos favorables y no favorables para el bienestar humano.

Se conoce también como un área de terreno conformado por un sistema hídrico, el cual tiene un rio principal, afluentes secundarios, terciarios, de cuarto orden o más. El sistema hídrico refleja un comportamiento de acuerdo a como se están manejando los recursos agua, suelo y bosque.

Dentro de las características físicas que se estudian durante la realización de este proyecto se encuentran: Área de drenaje (A), Forma de la hoya (Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad (Kc), Factor de forma (Kf)), Sistema de drenaje (Orden de las corrientes de agua) y Características de relieve de una hoya (Pendiente de la hoya, Curva hipsométrica, Elevación media de la hoya, Pendiente de la corriente principal, Rectángulo equivalente).

Para el desarrollo del proyecto es necesario el plano topográfico y el estudio de suelos de la zona, en su mayoría se toman datos de estos, posteriormente se tabulan y procesan con ecuaciones.

Sin duda es importante la realización de estudios morfológicos porque dentro de los resultados obtenidos se logra caracterizar la zona estudiada, siendo de gran utilidad para proyectos aplicados.

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La caracterización de la cuenca es un inventario detallado de los recursos y las condiciones biofísicas, socioeconómicas y ambientales de la cuenca. Estas características están dirigidas fundamentalmente a cuantificar las variables que tipifican a la cuenca con el fin de establecer la vocación, posibilidades y limitaciones de sus recursos naturales con el ambiente y las condiciones socioeconómicas de las comunidades que la habitan, para ello es necesario determinar el caudal máximo de la cuenca el cual se obtiene por medio del método racional, debe saberse cuál es la cantidad de agua con la que se cuenta en el lugar, ya que este es uno de los recursos más usados sobre la superficie de la tierra. El tipo de vegetación influye de gran manera en la escorrentía y contribuye a mantener la cuenca en buen estado, es importante mantener las cuencas hidrográficas saludables para así garantizar una mejor calidad de agua en los ríos y embalses.1

Nuestro país cuenta con una gran cantidad de sistemas hidrográficos. Dentro de dichos sistemas se encuentra el rio Somondoco junto con sus quebradas afluentes en el departamento de Boyacá, el cual es considerado como uno de los departamentos ricos en agua, sus tierras están surcadas por numerosos ríos que constituyen un gran potencial eléctrico para el departamento y el país ejemplo de ello es la represa de Chivor ubicada en la provincia de Neira.

Los ríos que corren por el territorio boyacense conforman cinco cuencas hidrográficas que llevan sus aguas a cinco ríos importantes como son: el Magdalena, el Suárez, el Chicamocha, el Arauca, el Meta y además por las sub-cuencas de los ríos Guavio, Cravo Sur, Lengupá, Upía, Cusina y Pauto.2

La economía del departamento de Boyacá se considera buena porque cuenta con los tres sectores de producción: agropecuario, industrial, y de servicios. Entre otros factores en esta zona se pueden referenciar cuencas y sub cuencas hidrográficas aledañas a la cuenca del estudio, lo cual permite suponer que no habrá mayores inconvenientes para ingresar a los lugares de interés. Sin embargo, actualmente se tiene información sobre la geografía de nuestro país registrada en mapas topográficos, estudios y análisis sobre fenómenos climáticos, precipitaciones y cauces de ríos que permiten utilizarla en pro de determinar la morfométria del rio Somondoco.

1 DOMBECK, Mike. El agua y las cuencas hidrográficas. Bosque nacional el yunque, Estados Unidos. Tomado de: http://www.fs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/fsbdev3_042839.pdf. 2 GOBERNACION DE BOYACÁ, Hidrografía boyacense. Tomado de: http://www.boyaca.gov.co/prensa-publica ciones/mi-boyac%C3%A1/hidrografia-boyacense.

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El manejo de cuencas representa en Colombia uno de los aspectos más importantes del ámbito de los recursos naturales del país, porque dado el empuje industrial del mismo, y el alto índice de la tasa de crecimiento de la población. Para suplir esta necesidad de agua, que inevitablemente proviene de las hoyas hidrográficas, se requieren proporciones abundantes de ella en forma permanente y de óptima calidad, lo cual solo puede conseguirse con un manejo integrado y un aprovechamiento apropiado de nuestras cuencas hidrográficas. El 30% de las principales cuencas hidrográficas del mundo han perdido más del 75% de sus bosques naturales, entre ellos, los bosques andinos, de los cuales depende la calidad y cantidad del agua disponible para los latinoamericanos, razón por la cual urge aumentar los estudios morfológicos de las cuencas colombianas, con la finalidad de generar un desarrollo planificado y una mejor gestión de recursos naturales.3

Colombia es uno de los países con mayor número de recursos hídricos en el mundo. En él se pueden encontrar seis tipos de agua, incluyendo aguas lluvias, aguas superficiales, aguas subterráneas, aguas termo minerales, aguas marinas y oceánicas y aguas de alimentación glacial.

Este tipo de estudios puede ayudar a establecer las bases hidrológicas del análisis ambiental en el rio Somondoco y sus afluentes con miras a la planeación y ordenamiento del departamento de Boyacá, los estudios morfométricos son de vital importancia, al lograr determinar tamaño, forma de la pendiente, los cuales influyen demasiado en el comportamiento del caudal y de las crecidas, la mayor parte de estas propiedades actúan incrementando el volumen del flujo y velocidad de su movimiento. Estos estudios también permiten establecer parámetros de evaluación del funcionamiento del sistema hidrológico de una región.

3 MONTOYA MORENO, Yimmy, MONTOYA MORENO, Boris. Caracterización morfométrica de la microcuenca de la quebrada los andes. El Carmen de Viboral, Antioquia-Colombia. Tomado de: http://www.scielo.org.co/ scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-33242009000200003.

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1.1 JUSTIFICACIÓN.

La realización de este proyecto es de gran importancia porque mediante análisis y estudios se pretende identificar y clasificar morfométricamente el río Somondoco afluente a las quebradas Honda, Horca, Negra, Molinos, describir su comportamiento y sus características, además de esto se busca determinar el caudal máximo de creciente. Las cuencas hidrográficas albergan una gran cantidad de recursos naturales, plantas y animales, en estas se resalta la importancia de los recursos hídricos en términos de salud, derechos humanos, y desarrollo sostenible como también sus aspectos económicos, sociales y ambientales relacionados con la disponibilidad y el acceso al agua potable, además cumple diferentes funciones tales como su función hidrológica, función ecológica, función ambiental, función socio-económica.

Desde el punto de vista económico las cuencas hidrográficas ofrecen a la sociedad una diversa gama de bienes y servicios comercializados, como el agua potable, y no comercializados, como la función de protección contra las tempestades que cumplen los manglares, su principal función en la sociedad está en la obtención de aguas para el consumo, pudiendo ser actas para poder formar parte de la red de agua potable, si no también funcionando como separación natural de territorios para brindar los distintos asentamientos administrativos, perteneciendo estas cuencas a un municipio o una administración determinada.

La conservación de las cuencas debe hacerse en forma integral, tomando en cuenta todos los elementos existentes en ella: vegetación, fauna, suelo, uso racional del espacio evitando tala indiscriminada, incendio, fertilización de los suelos y uso sin control de pesticidas.

Mantener ciertos patrones racionales de uso y consumo de agua, contribuye a la conservación de las cuencas; la mayoría de las cuencas hidrográficas son utilizadas como fuente de agua dulce para el suelo y consumo humano.

Por razones semejantes deben conservarse libres de contaminación en las aguas de océanos y mares, porque son fuente importante de alimento, recreación y vía de comunicación.

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1.2 HIPÓTESIS

¿Cuáles son las características morfométricas del río Somondoco afluente a las quebradas Honda, Horca, Negra, Molinos, ubicados en el departamento de Boyacá, que conclusiones representan los valores obtenidos de dichas características con respecto a los coeficientes y parámetros hallados en otros estudios morfométricos y cuál es la importancia de determinar el caudal máximo según el tiempo de retorno y tipo de obra, que podría hacerse con este caudal al ser utilizado como recurso hídrico?

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL.

Realizar el estudio al río Somondoco afluente a las quebradas Honda, Horca, Negra, y Molinos, con el objeto de determinar el caudal máximo por medio del método racional y evaluar sus características morfométricas.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Definir mediante análisis de planos topográficos la divisoria de aguas, la cual encierra el área de la cuenca.

Determinar el coeficiente de escorrentía, este permite caracterizar el río Somondoco.

Establecer a partir de sus características físicas algunos parámetros como la forma, el relieve y la red hidrográfica, que a futuro sirve de comparación con otras regiones hidrológicas semejantes.

Clasificar el sistema de drenaje con base al orden de sus corrientes.

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3. MARCO DE REFERENCIA.

3.1 MARCO DE ANTECEDENTES. 3.1.1 Caracterización morfométrica de cuencas. “Como explica Strahler (1964), el término “morfométria fluvial” se refiere a la

medida de propiedades geométricas de la superficie solida de un sistema de erosión fluvial, de modo que el análisis morfométrico de una cuenca trate de medir la erosión de los cursos de agua interpretando las características geométricas (longitudinales, de superficie, etc.,) de los elementos de las redes de drenajes. En este sistema geométrico, en principio considerado como plano, se abordan inicialmente las longitudes de los cauces (valor bidimensional) y, luego, las superficies de las cuencas (valor bidimensional). Así pues, el análisis morfométrico, pretende cuantificar la evolución en el paisaje fluvial y definir el estado en que se halla y, así, valorar su estado erosivo.

El sistema de análisis utilizado por Strahler sigue una serie de pautas que se describen a continuación:

El sistema de cauces que, obviando el ancho, todos pueden considerarse como simples líneas relacionadas.

Las propiedades superficiales de las cuencas, es decir, el área y la descripción de los contornos.

El relieve del sistema fluvial, en otras palabras, propiedades relacionadas con la tercera dimensión.

Los gradientes o pendientes de la superficie y de los cauces fluviales, parámetros que condicionan la velocidad del escurrimiento.4

Según el planteamiento de Gardiner (1974) y Gardiner y Dackombe (1983) señalan que el análisis morfométrico es un término tradicionalmente aplicado al análisis numérico de las formas de la tierra a partir de datos derivados de un mapa. Este análisis se utiliza en estudios geomorfológicos regionales para generar información de un área, antes de la ejecución de un trabajo detallado de campo. Dado que la fuente de datos es un mapa, la selección del mismo se considera un

4 SENCIALES GONZÁLEZ, José María. El análisis morfológico de las cuencas fluviales aplicado al estudio hidro- gráfico. Universidad de Malaga. Tomado de: https://dialnet.unirioja.es/descarga /articulo/10974 6.pdf.

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paso importante sobre todo en lo relacionado con la escala y la edición a ser utilizada”5

3.1.2 Método Racional.

Aunque está basada en un número de suposiciones las cuales se desconocen con facilidad bajo circunstancias actuales, esta simplemente ha ganado popularidad. El origen de esta fórmula es algo oscuro. En la literatura americana, la formula ha sido mencionada primero en 1889 por Emil Kuichling para una determinación de escurrimiento pico para el diseño de una alcantarilla en Ronchester, Nueva York, durante el periodo de 1877 a 1888.

La recomendación de Kuichling ha sido aceptada por la comunidad profesional, y sirve hasta nuestros días como el método líder para el diseño de alcantarillas fluviales, así como para la predicción de gasto máximo de cuencas rurales pequeñas, debido a la simplicidad y la fácil preparación de la información requerida para la aplicación.6

3.2 MARCO CONCEPTUAL.

3.2.1 Características Físicas de una Hoya Hidrográfica.

Para el estudio y determinación de los parámetros geomorfológicos se precisa la información cartográfica de la topografía, del uso del suelo y de la permeabilidad de la región en estudio. Los planos para este análisis son usados en escala 1:25000. Para iniciar es necesario limitar el área de estudio en base al río principal.

Área, Forma de la Hoya; Indice de Gravelius o coeficiente de compacidad (Kc), factor de forma (Kf). Sistema de Drenaje; Orden de las corrientes, Densidad de Drenaje, Extensión media de la escorrentía, Sinuosidad de las corrientes de agua. Características del relieve; Pendiente, Curva hipsométrica, Elevación media, Pendiente de la corriente principal. 5 GUERRA F, GONZÁLEZ J. Caracterización morfomértrica de la cuenca de la quebrada la Bermeja. San Cristóbal, Estado de Táchira, Venezuela. Tomado de: http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/20 840/2/articulo7.pdf. 6 BEN-ZVI, Arie. Descripción del método racional. Tomado de: https://uvirtual.unet.edu.ve/pluginfile.php/ 325 842/mod_resource/content/1/M%C3%A9todo%20CIA.pdf.

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3.2.1.1 Área de Drenaje La constituye la proyección horizontal del área de drenaje de un sistema de escorrentía, limitada por el parteaguas.

Tabla 1. Clasificación según el área de drenaje.7

Área (Km)2 Nombre < 5 Unidad

5 – 20 Sector 20 - 100 Microcuenca

100 - 300 Subcuenca >300 Cuenca

3.2.3 Forma de la hoya. Esta característica se relaciona con el tiempo de concentración, por esto permite conocer el tiempo que toma el agua en llegar a la salida de la hoya desde sus límites más extremos.

3.2.3.1 Coeficiente de compacidad (Kc) o Índice de Gravelius. Compara la forma de una cuenca a la de una circunferencia, cuyo círculo inscrito tiene la misma superficie de la cuenca de estudio. El Kc se define como la razón entre el perímetro de la cuenca que es la misma longitud del parteaguas que la encierra y el perímetro de la circunferencia. Cuanto más Irregular sea la hoya, mayor será su Kc.

Tabla 2. Clases de valores de compacidad.8

7 JIMENEZ ESCOBAR H. Hidrología Básica 1, Universidad del Valle, Colombia, Capitulo Dos, Cuencas hidrográficas. 8 JIMENEZ ESCOBAR H. Hidrología Básica 1, Universidad del Valle, Colombia, Capitulo Dos, Cuencas hidrográficas.

Rangos de Kc Clases de Compacidad 1.00 – 1.25 Redonda a oval redonda 1.25 – 1.50

De oval redonda a oval oblonga 1.50 – 1.75 De oval oblonga a rectangular

oblonga

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3.2.3.4 Factor de forma (Kf). Es la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la hoya. Esta longitud se mide siguiendo el curso de agua más largo.

Tabla 3. Clases de valores de forma.9

3.2.4 Sistema de Drenaje. Está constituido por el rio principal y sus tributarios; el conocimiento de su disposición, ramificación y características es básico si se considera su fluencia en la mayor o menor velocidad con que será evacuada el área de la cuenca.

3.2.4.1 Orden de las corrientes de agua. Es una clasificación que se le da a los diferentes cauces y que toman un determinado valor, de acuerdo al grado de bifurcación.

Figura 1. Clasificación de corrientes de agua. 10

9 FUENTES JUNCO A.J.J. Análisis morfométrico de cuencas: caso de estudio del parque nacional pico de tancÍtaro. Tomado de: http://www.inecc.gob.mx/descargas/cuencas/morfometria_pico_tancitaro.pdf. 10 SAENZ MONSALVE GERMAN.Hidrología en la ingeniería, escuela colombiana de ingenieros. Cuenca Hidrográfica. P-38

Rangos de Kf Clases de forma 0.01 – 0.18 Muy poco achatada

0.18 – 0.36 Ligeramente achatada

0.36 – 0.54 Moderadamente achatada

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3.2.4.2 Densidad Drenaje (Dd). Este índice designado por Dd permite tener un conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje de la cuenca.

La densidad de drenaje es la relación de la longitud total de las corrientes de la cuenca por el área total que la contiene.

Tabla 4. Clases de densidad de drenaje.11

3.2.4.3 Extensión media de la escorrentía superficial. Se define como la distancia media en que el agua de lluvia tendría que escurrir sobre los terrenos de una hoya, en el caso de que la escorrentía se diese en línea recta desde donde la lluvia cayó hasta el punto más próximo al lecho de una corriente cualquiera de la hoya.

Figura 2. Extensión media de la escorrentía superficial. 12

3.2.4.4 Sinuosidad de la corriente de agua. Es la relación entre la longitud del río principal medida a lo largo de su cauce, L, y la longitud del vale del valle del río principal medida en línea curva o recta, Lt.

11 FUENTES JUNCO A.J.J. Análisis morfométrico de cuencas: caso de estudio del parque nacional pico de tancÍtaro. Tomado de: http://www.inecc.gob.mx/descargas/cuencas/morfometria_pico_tancitaro.pdf. 12 SAENZ MONSALVE GERMAN. Hidrología en la ingeniería, escuela colombiana de ingenieros. Cuenca Hidrográfica. P-39

Rangos de densidad Clases 0.1 – 1.8 Baja

1.9 – 3.6 Moderada

3.7 – 5.6 Alta

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Este parámetro da una medida de la velocidad de la escorrentía del agua a lo largo de la corriente.

Figura 3. Sinuosidad de las corrientes de agua. 13

3.2.5 Características del relieve de una hoya.

3.2.5.1 Pendiente de la hoya. Esta característica controla en gran parte la velocidad con que se da la escorrentía superficial y por lo tanto afecta el tiempo de concentración en los lechos fluviales que constituyen la red de drenaje.

Tabla 5. Clasificación de la pendiente en cuencas.14

Pendiente (%) Tipo de Terreno 2 Plano 5 Suave

10 Accidentado Medio 15 Accidentado 25

Fuertemente Accidentado Accidentado Accidentado

Accidentado

50 Escarpado >50 Muy Escarpado

13 SAENZ MONSALVE GERMAN. Hidrología en la ingeniería, escuela colombiana de ingenieros. Cuenca Hidrográfica. P-40 14 CAHUANA ANDIA, Agustín, YUGAR MORALES, Weimar. Material apoyo didáctico para la enseñanza y aprendizaje de la asignatura de hidrología. Universidad mayor de san simón. Cochabamba - Bolivia Geomorfología de la Cuenca. P-27

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3.2.5.2 Curva hipsométrica. Es la representación gráfica de la variación altitudinal de una cuenca y se obtiene a partir de un plano topográfico, tomándose los valores en porcentaje del área que está por debajo de una determinada altura.

La curva hipsométrica relaciona el valor de la cota, en las ordenadas, con el porcentaje de área acumulada, en las abscisas.

Figura 4. Curva hipsométrica de una hoya hidrográfica. 15

3.2.5.3 Elevación media de la hoya. Esta divide a la cuenca en dos zonas de igual área una por encima y la otra por debajo de dicha cota, es decir la elevación correspondiente al 50% del área total.

Tabla 6. Clases de valores de elevación media.16

15 SAENZ MONSALVE GERMAN. Hidrología en la ingeniería, escuela colombiana de ingenieros. Cuenca Hidrográfica. P-45 16 FUENTES JUNCO A.J.J. Análisis morfométrico de cuencas: caso de estudio del parque nacional pico de tancÍtaro. Tomado de: http://www.inecc.gob.mx/descargas/cuencas/morfometria_pico_tancitaro.pdf.

Rangos de elevación Clases de elevación 1782.3 – 2072.2 Baja

2072.4 – 2362.2 Moderada

2362.4 – 2652.2 Alta

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3.2.6 Pendiente de la corriente principal. La velocidad de escurrimiento de las corrientes de agua depende de la pendiente de sus canales fluviales. En medida que este valor aumente mayor será la posibilidad de generar crecidas, ya que la capacidad de arrastre de sedimentos y la velocidad del caudal en caso de tormentas se incrementa en aquellas cuencas que presenten valores altos de pendientes. A mayor pendiente mayor velocidad.

a. Pendiente media (S1). Es la diferencia total de la elevación del lecho del río dividido por su longitud entre esos puntos.

b. Pendiente media ponderada (S2). Este valor es más razonable. Para calcularlo se traza una línea, tal que el área comprendida entre esa línea y los ejes coordenados sea igual a la comprendida entre la curva del perfil del río y dichos ejes.

c. Pendiente equivalente constante (S3). Este índice viene a dar una idea sobre el tiempo de recorrido del agua a lo largo de la extensión del perfil longitudinal del río.

Figura 5. Pendiente de la corriente principal. 17

17 SAENZ MONSALVE GERMAN. Hidrología en la ingeniería, escuela colombiana de ingenieros. Cuenca Hidrográfica. P-47

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3.2.7 Método Racional.

El método racional es utilizado para la estimación del caudal máximo asociado a un factor de escorrentía. Se utiliza en el diseño de obras de drenaje urbano y rural, tiene la ventaja de no requerir de datos hidrométricos para la determinación de caudales máximos.

Proporciona solamente un caudal pico, no el hidrograma de creciente para el diseño.

Supone que la lluvia es uniforme en el tiempo (intensidad constante) lo es cierto cuando la intensidad de la lluvia es corta.

También supone que la lluvia es uniforme en el área de cuenca de estudio, lo cual es parcialmente valido si la extensión es muy pequeña.

Asume que la escorrentía es directamente proporcional a la precipitación.

Ignora los efectos de almacenamiento o retención temporal del agua escurrida en la superficie, cauces, conductos y otros elementos (naturales y artificiales).

Asume que el periodo de retorno y escorrentía son los mismos, lo que sería cierto en las áreas impermeables, en donde las condiciones de humedad del suelo no influyen de forma significativa en la escorrentía superficial.

Pese a estas limitaciones el Método racional se usa prácticamente en todos los proyectos de drenaje vial, urbano o agrícola, siempre teniendo en cuenta que producirá resultados aceptables en áreas pequeñas y con alto porcentaje de impermeabilidad, por ello es recomendable que su uso se limite a Cuencas con extensiones inferiores a las 200 Ha.18

3.2.8 Definiciones Técnicas. Cuenca Hidrográfica: “es el área de aguas superficiales o subterráneas

que vierten a una red hidrográfica natural con uno o varios cauces naturales, de caudal continuo o intermitente que confluyen en un curso

18 DETERMINACION DE CAUDALES MAXIMOS CON EL METODO RACIONAL. Tomado de: http://ingenieriacivil. tutorialesaldia.com/determinacion-de-caudales-maximos-con-el-metodo-racional/

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mayor que, a su vez, puede desembocar en un río principal, en un deposito natural de aguas, en un pantano o bien directamente en el mar.”19

Geomorfología: “es la ciencia que estudia de manera sistemática las formas del terreno, sus génesis, es decir, el origen o procedencia de lo que vemos en un paisaje y la evolución a través del tiempo, como respuesta de los diferentes procesos naturales que se encargan de esculpir y modelar la superficie terrestre.”20

Escorrentía: Escorrentía en sentido amplio es la circulación de agua producida en cauce superficial. La distinción es importante porque la escorrentía consta de varios componentes, tiene distintas aportaciones. El caudal de una red de drenaje en un momento dado procede de:

o Arroyamiento en superficie (escorrentía superficial) o Precipitación sobre el propio cauce (a veces es más importante que la

primera) o Flujo hipodérmico. Es una parte de la precipitación que no circula en

superficie pero tampoco se infiltra en el suelo, sino que circula pendiente abajo en el suelo a ligera profundidad.

o Aportaciones del flujo subterráneo. También es a veces la más importante (río efluente).

- Líneas Divisorias: “La línea divisoria de aguas o divortium aquarum es una línea imaginaria que delimita la cuenca hidrográfica. Una divisoria de aguas marca el límite entre cuencas hidrográficas y las cuencas vecinas. El agua precipitada a cada lado de la divisoria desemboca generalmente en ríos distintos”21

19 FRANQUEST BERNIS J.M, ¿Qué es una cuenca hidrográfica?. Tomado de: http://www.eumed.net/libros-gratis/2005/jmfb-h/1u.htm. 20 VILLOTA, Hugo. Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Tomado de: http://biblioteca.igac.gov.co /janium/ Documentos/1-00778.pdf. 21 ORDOÑEZ GALVEZ, Juan Julio. Aguas subterráneas – Acuíferos. Lima – Perú. Tomado de: http://www.gwp. org/Global/GWP-SAm_Files/Publicaciones/Varios/Cuenca_hidrologica.pdf.

24

3.3 MARCO TEÓRICO. 3.3.1. Morfología de cuencas. Hace referencia a las características físicas de una cuenca como son: forma, relieve, red de drenaje entre otras. Dichas propiedades varían en el tiempo.

Esta morfología está definida por los caracteres cualitativos de la red de drenaje.

3.3.1.1 Área de drenaje (A). Está determinada por una línea imaginaria que une los puntos más altos y encierran el área de confluencia.

3.3.2 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 misma.

3.3.2.1 Coeficiente de compacidad (Kc). Es la relación entre el perímetro de la cuenca y la longitud de la circunferencia de un círculo de área igual a la de la cuenca. De esta relación obtenemos la siguiente ecuación.

Kc = 0,28 P / (A)1/2

Dónde: P: Perímetro de la cuenca en Km. A: Área de drenaje de la cuenca. Una cuneca circular posee el coeficiente mínimo, igual a 1. Hay mayor tendencia a las crecientes en la medida que este número sea próximo a la unidad.

3.3.3 Factor de forma (Kf). Es estimado la relación entre el ancho promedio del área de captación con respecto a la longitud de la cuenca medida desde el punto más lejano de ella hasta la salida.

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El ancho medio, B, se obtiene cuando se divide el área por la longitud axial de la cuenca.

Kf = A/L2

Donde: B: Ancho medio en Km. L: Longitud axial de la cuenca en Km. A: Área de drenaje en Km2. Una cuenca con factor de forma bajo esta menos sujeta a crecientes que otra del mismo tamaño pero con mayor factor de forma.

3.3.4 Sistema de drenaje. Está constituido por el río principal y sus tributarios

3.3.4.1 Orden de las corrientes de agua. Refleja el grado de ramificación o bifurcación dentro de la cuenca.

- Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributarios. - Corrientes de segundo orden: cuando dos corrientes de primer orden se

unen. - Corrientes de tercer orden: cuando dos corrientes de segundo orden se

unen. - Corrientes de orden n+1: cuando dos corrientes de orden n se unen.22

3.3.4.2 Densidad de drenaje (Dd). Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua de la hoya y su área total.

Dd = L / A, en km / km2

Dónde: L: Longitud total de las corrientes de agua en km. A: Área total de la cuenca en Km2. Dd usualmente toma valores entre 0,5 Km/Km2 para cuencas con drenaje pobre hasta 3,5 Km / Km para cuencas excepcionalmente bien drenadas. 22 SAENZ MONSALVE GERMAN. Hidrología en la ingeniería, escuela colombiana de ingenieros. Cuenca Hidrográfica. P-40

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3.3.4.3 Sinuosidad de las corrientes de agua. Es la relación entre la longitud del rio principal medida a lo largo de su cauce, L, y la longitud del valle del rio principal medida en línea curva o recta Lt.

S = L / Lt, valor adimensional

Este parámetro da una medida de la velocidad de la escorrentía del agua a lo largo de la escorrentía.

Un valor de S menor o igual a 1,25 indica una baja sinuosidad. Se define, entonces, como un río con lineamiento “recto”.

3.3.5 Características del relieve de una cuenca. 3.3.5.1 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 cuencas.

El más completo de los métodos que puede ser usado para la obtención de los valores representativos de las pendientes de los terrenos de las cuencas es de las cuadriculas asociadas a un vector.

Este método consiste en determinar la distribución porcentual de las pendientes de los terrenos por medio de una muestra estadística de las pendientes normales a las curvas de nivel de un número grande de puntos dentro de la hoya.

Los pasos de este método son los siguientes:

- Según el número de puntos a definir (por lo menos 50 puntos), trazar cuadriculas sobre el área de drenaje con espaciamiento adecuado. Cada uno de los puntos de intercepción de dichas cuadriculas define una pendiente del terreno determinada.

- Trazar la línea de nivel correspondiente a dicho punto, por medio de las líneas de nivel inmediatamente inferior o superior. Dicho paso se ejecuta por interpolación.

- Trazar una tangente a la línea de nivel por ese punto sobre la proyección horizontal o área plana de la cuenca.

- Trazar una perpendicular a la tangente trazada anteriormente, también sobre la proyección horizontal o área plana de la cuenca.

- Trazar una perpendicular a la tangente trazada anteriormente, también sobre la proyección horizontal o área plana de la cuenca.

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- Sobre la perpendicular trazada en el punto anterior trazar un perfil del terreno. Dicho perfil define la pendiente correspondiente al punto en consideración.

- Teniendo la pendiente de todos los puntos definidos por las cuadriculas se clasifican dichos valores por intervalos de clase.

- El número de tales intervalos está en relación con el número n de puntos obtenidos, pero en general no debe ser menor de un valor comprendido entre 5 y 10. Según la ley de Sturges en número de intervalos k de una muestra de tamaño n es:

K = 1 + 3.3 log n - Con un tamaño de intervalo de clase C = R/K, en donde R es el rango de la

muestra. Igual al valor máximo menos el valor mínimo y K es el número de intervalos de clase de la pendiente.

3.3.5.2 Curva hipsométrica.

Es la representación gráfica del relieve de una cuenca. Representa el estudio de la variación de la elevación de los varios terrenos de la cuenca con referencia al nivel medio del mar. Esta variación puede ser indicada por medio de un gráfico que muestre el porcentaje de área de drenaje que existe por encima o por debajo de varias elevaciones, dicho grafico se puede determinar por el método de las cuadriculas.

La curva hipsométrica relaciona el valor de la cota, en las ordenadas, con el porcentaje del área acumulada, en las abscisas. Para su construcción se grafican, con excepción de los valores máximos y mínimos de cota hallados, los valores menores de cota de cada intervalo de clase contra su correspondiente área acumulada. Al valor de la cota mínima encontrada corresponde al ciento por ciento del porcentaje de área acumulada.

La curva hipsométrica representa, el porcentaje de área acumulada igualado o excedido para una cota determinada.

Las curvas hipsométricas sirven, además, para definir características fisiográficas de las cuencas hidrológicas.

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3.4 Tiempo de concentración. Se define como el tiempo mínimo necesario para que todos los puntos de una cuenca estén aportando agua de escorrentía de forma simultánea al punto de salida, punto de desagüe o punto de cierre. Está determinado por el tiempo que tarda en llegar a la salida de la cuenca el agua que procede del punto hidrológicamente más alejado, y representa el momento a partir del cual el caudal de escorrentía es constante.

El tiempo de concentración de la cuenca es muy importante porque en los modelos lluvia escorrentía, la duración de la lluvia se asume igual tiempo de concentración de la cuenca, puesto que es para esta duración cuando la totalidad de la cuenca está aportando al proceso de escorrentía, por lo cual se espera que se presenten los caudales máximo. Las diversas metodologías existentes para determinar el tiempo de concentración de una cuenca a partir de sus parámetros morfométricos, fueron determinadas a partir de ajustes empíricos de registros hidrológicos.

En literatura existen múltiples expresiones para el cálculo del tiempo de concentración propuestas por diferentes autores: Temez, William, Kirpich, California Coulverts Practice, Giandotti, S.C.S, Ventura-Heron, Brausby-William, Passini, Izzard (1946), Federal Aviation Administration (1970), Ecuaciones de onda cinematica Morgali y Linsley (1965) Aron y Erborge (1973).

3.5 Curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF). En relación a las curvas IDF, Nanía (2003) señala que son curvas que relacionan la intensidad de la con su duración, donde para cada periodo de retorno, se tiene una curva diferente. Una definición similar es la que entrega Benítez (2000), citado por Pizarro et al., (2001), quien afirma que estas curvas corresponden a la representación gráfica de la relación que existe entre la intensidad y la duración, asociado a la frecuencia o periodo de retorno de la precipitación.

Témez (1978), por su parte, las define como aquellas curvas que resultan de unir los puntos representativos de la intensidad media en intervalos de diferente duración, y correspondientes todos ellos a una misma frecuencia o periodo de retorno.

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3.6 Periodo de retorno. Este es un parámetro de los más significativos al instante en que es dimensionada la obra hidráulica, cuyo destino es el soporte de avenidas, como pueden ser el vertedero de una presa; o para una obra en la que vaya a cruzarse un rio o arroyo, como puede ser un puente. El periodo de retorno, suele expresarse en años, pues prácticamente es el tiempo en que se espera la repetición de un caudal determinado. El periodo de retorno de un caudal correspondiente a 100 metros cúbicos por segundo, es de 20 años.

El periodo de retorno, con el que son dimensionadas algunas obras, depende de la importancia que tenga la obra, es decir, dependerá del interés económico y socio económico, del estratégico, y del interés turístico, así como también del hecho de que haya una vía alternativa, que la pueda remplazar, además de los daños que significaría su ruptura, pues dentro de esto se incluyen pérdidas humanas, perdidas económicas y tiempo. Hay lugares, en que se puede suplantar un puente por badenes, con el cual se derivan los esfuerzos financieros hacia otras zonas, donde se cree es necesaria una mayor seguridad.

En hidrología, los periodos de retorno varían típicamente de 10 a 100 años, y en lugares donde la precipitación máxima probable no ha sido definida, hasta 10,000 años. La selección del periodo de retorno depende de varios factores, entre los cuales se incluye el tamaño de la cuenca, la importancia de la estructura y el grado de seguridad deseado.

3.7 Método racional. El método racional es un modelo hidrometeorológico para la obtención de caudal máximo de escorrentía de una cuenca, determinando en periodo de retorno, mediante la siguiente fórmula, expresada en unidades homogéneas:

Q = C.I.A

Donde: Q: El caudal punta en la sección del cálculo. I: La intensidad de la lluvia correspondiente a un periodo de retorno dado. A: La superficie de la cuenca drenante en el punto de cálculo. C: El coeficiente de escorrentía.

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No se recomienda la aplicación de la formula racional en cuencas mayores de 1km2. Tratándose de estudios hidrológicos en cuencas con información escasa se recomienda uno de los métodos más sencillos como el triangular SCS, el cual es bastante bueno en cuencas pequeñas, menores a 100 km2, y su aplicación es muy sencilla. El caudal pico de creciente resulta de la ecuación.23

𝐐 = 𝐏 𝐀

𝟓. 𝟒 𝐓𝐜

Donde: Q: El caudal punta en la sección del cálculo en m3/s. P: Volumen de la lluvia en mm. A: La superficie de la cuenca drenante en el punto de cálculo en km2. Tc: Tiempo de concentración en horas. La determinación del valor de la lluvia P es de la siguiente manera.

P = i × Tc × C

Donde: P: Volumen de la lluvia en mm. i: Intensidad calculada en mm/hora. C: Coeficiente de escorrentía, valor adimensional. Tc: Tiempo de concentración en horas. El coeficiente de escorrentía depende de la magnitud de la cuenca y de la pendiente media de la ladera. En cuencas de pendiente muy fuerte, y de área menor de 25 km2, el coeficiente C es próximo a 1; en cambio en cuencas planas de gran área, es del orden de 0,15.

4. DISEÑO METODOLÓGICO.

4.1 INVESTIGACIÓN TEÓRICO – PRÁCTICA. El proyecto en su comienzo se desarrolla con un enfoque cualitativo el cual se basa en la recolección de información bibliográfica para su pleno desarrollo, además se propone desarrollar en la línea de investigación de hidráulica, y culminara con datos que se obtendrán en la ejecución del proyecto.

23 MEDINA SILVA, Gustavo. Hidrología en cuencas pequeñas con información escasa. U. Nacional. Recursos Hidráulicos, U.N.S.W. Sidney. Tomado de: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4902734.pdf.

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El estudio realizado es de carácter descriptivo con él se busca dar una interpretación del funcionamiento del sistema de drenaje de la cuenca, según los parámetros y coeficientes obtenidos de cada característica, este estudio morfológico es de gran importancia ya que tiene como finalidad plantear unas bases para que pueda realizarse una investigación mucho más completa donde se decida como debe ser utilizado este recurso hídrico para el porvenir de la comunidad.

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Aplicando la herramienta de AutoCAD, y en base a los conceptos del capítulo II (Geomorfología de cuencas). Se determina las características físicas y parámetros geomorfológicos de la cuenca.

5.1 DETERMINACIÓN CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA HOYA HIDROGRÁFICA. Estas características dependen de la morfología como el relieve, la red de drenajes y la misma forma de la hoya hidrológica; los tipos de suelos, la capa vegetal, la geología y las prácticas agrícolas. Estos patentes físicos proporcionan la más conveniente posibilidad de la variación del espacio de los elementos del régimen hidrológico. 5.1.2 Área de drenaje. Se traza la cuenca hidrográfica con la divisoria de aguas, mediante unas curvas de nivel. Con la desembocadura del rio principal. Y donde se encuentre la mayor población de la zona. Se plantea como divisoria la línea que separa las precipitaciones que caen en hoyas cercanas y que encaminan la escorrentía resultante para un sistema fluvial, uniendo los puntos de máxima cota entre las hoyas hidrográficas. Para calcular el área de la cuenca, se usan diferentes métodos como herramientas de software, como por ejemplo AutoCAD.

Área (Km2) 16,95

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5.1.3 Perímetro. Borde del contorno (limite exterior) de la forma irregular de la cuenca proyectada en un plano horizontal, esta medida es un parámetro importante, pues en conexión con el área puede decir algo sobre la forma de la cuenca.

5.1.4 Longitud Axial. Esta es medida desde el punto de desembocadura del rio de la cuenca hasta la cabecera más distante de esta, en línea recta.

Longitud Axial (Km) 6,06

5.1.5 Ancho medio. Esta mide el ancho promedio de la cuenca de extremo a extremo en líneas recta de forma horizontal.

Ancho Medio (Km) 4,40

5.1.6 Longitud del cauce principal. Es la medida de escurrimiento principal de la cuenca, desde la parte más alta hasta la desembocadura.

Longitud del cauce principal (Km) 7,50

5.1.7 Longitud Total de las corrientes. Es la sumatoria de todos los cauces.

Longitud del cauce principal (Km) 31,13

Perímetro (Km) 18,15

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5.2 DETERMINACIÓN PARÁMETROS DE FORMA En el proceso de manejo de cuencas, la caracterización cumple tres funciones fundamentales:

1. Describir y tipificar las características principales de la cuenca. 2. Sirve de información básica para definir y cuantificar el conjunto de

indicadores que servirán de línea base para el seguimiento, monitoreo y evaluación de resultados e impactos de los planes, programas o proyectos de manejo y gestión de cuencas.

3. Sirve de base para el diagnóstico, donde se identifican y priorizan los principales problemas de la cuenca, se identifican sus causas, consecuencias y soluciones y se determinan las potencialidades y oportunidades de la cuenca.24

5.2.1 Coeficiente de Compacidad (Kc): Describe la geometría de la cuenca, es un parámetro que relaciona el perímetro de la cuenca con el perímetro de un círculo de igual área que el de la cuenca.

1,23 > 1, entonces la cuenca es de forma redonda u oval redonda. Dónde: P: Perímetro de la cuenca en Km. A: Área de drenaje de la cuenca en Km2. 5.2.2 Factor de Forma (Kf): Denota la forma redondeada o alargada de la cuenca. 24 ANAYA FERNANDEZ, Oscar Gonzales. Caracterización morfomrtrica de la cuenca hidrográfica chinchao, distrito de chinchao, provincia huanuco, región huanuco. Tingo maria-peru. Tomado de: http://www.Unas. edu.pe/web/sites/default/files/web/archivos/actividades_academicas/CARACTERIZACION%20MORFOMETRICA%20DE%20LA%20CUENCA%20HIDROGRAFICA%20CHINCHAO,%20DISTRITO%20DE%20CHINCHAO,%20PROVINCIA%20DE%20HUANUCO,.pdf

Coeficiente de compacidad.

K = 0,28 P / (A) 1/2 Kc = 0,28 (18,15) / (16,95) 1/2

Kc = 1,23

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Moderadamente achatada.

Dónde: B: Ancho medio en Km. L: Longitud axial de la cuenca en Km. A: Área de drenaje en Km².

5.3 Densidad de Drenaje (Dd).

Es un parámetro que indica la posible naturaleza de los suelos, que se encuentran en la cuenca. También da una idea sobre el grado de cobertura que existe sobre la cuenca. Valores altos de drenaje, representan zonas de poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionables o impermeables. Por lo contrario, valores bajos, indican suelos duros, poco erosionables o muy permeables y cobertura vegetal densa.

Baja densidad de Drenaje.

Dónde: L: Longitud total de las corrientes de agua en km. A: Área total de la cuenca en km². 5.3.1 Orden de las corrientes de agua. Esta refleja el grado de bifurcación de la hoya hidrográfica, en donde se encuentran corrientes de orden 4.

Factor de Forma. Kf = A / L2

Kf = 16,95 / 6,062 Kf = 0,46

Densidad de Drenaje. Dd = L / A

Dd = 31,15 / 16,95 Dd = 1,84

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Tabla 7. Orden de las corrientes de agua.

5.3.2 Extensión Media de la Escorrentía Superficial: Refleja la distancia media, en que el agua de lluvia tendría que escurrir sobre los terrenos de la cuenca, si es en línea recta, desde donde la lluvia cayó hasta el punto más próximo al lecho de una corriente cualquiera de la cuenca.

Dónde: і : Extensión media de la escorrentía superficial en km. L: Longitud total de las corrientes de agua en km. A: Área total de la cuenca en km².

5.3.3 Sinuosidad de las Corrientes: Es la relación que existe entre la longitud del cauce del rio principal, L, y la longitud del valle de cauce principal medida en línea recta o curva, Lt.

Baja sinuosidad, rio alineamiento recto.

Dónde: S: Sinuosidad de las corrientes, valor adimensional. L: Longitud del rio principal medida a lo largo de su cauce en Km. Lt: Longitud del valle del rio principal medida en línea curva o recta en Km.

Orden de las corrientes de agua. Orden 1 18 Orden 2 5 Orden 3 2 Orden 4 1

Total 26

Extensión Media de Escorrentía.

і = A / 4L і = 16,95 / 4(31,13)

і = 0,14

Sinuosidad de las Corrientes.

S = L / Lt S = 7,62 / 7,49

S = 1,02

36

5.4 CARACTERÍSTICAS DEL RELIEVE DE LA CUENCA HOGROGRÁFICA. Estas son muy importantes ya que el relieve de la cuenca puede llegar a tener mayor influencia en su respuesta hidrológica que la puede llegar a tener la forma de la cuenca.

5.4.1 Pendiente de la Hoya. Esta es una de las características más importantes que puede tener la hoya, dicha característica controla en gran parte la velocidad de la escorrentía superficial de esta manera se relaciona estrechamente con el tiempo de concentración. Para determinar la pendiente de la cuenca fue necesario aplicar el método de las cuadriculas asociadas a un vector.

En la aplicación del método se calculó un total de 193 pendientes para la determinación del número de intervalos K.

𝐾 = 1 + 3.3 𝑙𝑜𝑔 𝑛

𝐾 = 1 + 3.3 𝑙𝑜𝑔 (193)

𝐾 = 8,54

Entre el número de ocurrencias se define el rango máximo y mínimo entre las pendientes calculadas.

Pendiente mínima de la cuenca: 0,07 Pendiente máxima de la cuenca: 0,9708

La diferencia entre la pendiente máxima y la pendiente mínima es usada para determinar el intervalo de la pendiente.

−0,97080,0700

0,9008

Esta diferencia de pendientes es dividida entre el valor que pertenece a K. El resultado de este cociente es el valor que corresponde al intervalo de clase.

0,9008

8,5423= 0,10

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5.4.2 Pendiente media de la cuenca. Esta es una de las características más importantes de la hoya, dicha característica determina la velocidad de escurrimiento. El valor para la pendiente se determina a razón de la sumatoria del número de ocurrencias multiplicado por la pendiente media para cada intervalo y la sumatoria total de ocurrencias es decir de la siguiente manera:

𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑 = ∑# 𝑂𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑥 𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑

∑# 𝑂𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠

𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑 = 51,8436

193

𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑 = 0,27 Terreno fuertemente accidentado.

Tabla 8. Frecuencia de pendientes obtenidas.

Pendiente Ocurrencias % del Total % Acumulado Pen.med inter Ocu×Pen.me

0 0,1054 18 9,3264 100 0,0527 0,9486

0,1055 0,2109 60 31,0881 90,6736 0,1582 9,4920

0,2110 0,3164 59 30,5700 59,5855 0,2638 15,5642

0,3165 0,4219 28 14,5078 29,0155 0,3692 10,3376

0,4220 0,5274 14 7,2539 14,5078 0,4747 6,6458

0,5275 0,6329 11 5,6995 7,2539 0,5802 6,3822

0,6330 0,7384 1 0,5181 1,5544 0,6857 0,6857

0,7385 0,8439 1 0,5181 1,0363 0,7912 0,7912

0,8440 0,9490 0 0,0000 0,5181 0,8965 0,0000

0,9495 1,0549 1 0,5181 0,5181 1,0022 1,0022

Total 193

51,85

38

La curva de distribución de pendientes relaciona el valor menor de la pendiente en cada intervalo de clase con el porcentaje de área acumulado correspondiente de cada intervalo de clase. La frecuencia acumulada representa el porcentaje en tiempo en que una pendiente es igualada o excedida.

Figura 6. Curva de distribución de pendientes de una hoya hidrográfica.

5.4.3 Curva Hipsométrica. La curva hipsométrica representa el porcentaje de área acumulada igualada o excedida para una cota determinada. Para su construcción se grafican los valores menores de las cotas de cada intervalo con su correspondiente área a excepción de los valores máximos y mínimos de cota hallados, además de conocer las equidistancias entre las curvas de nivel, una vez conocida la información proporciona por los planos se prepara un cuadro de la siguiente manera

0.1054

1.054

0 20 40 60 80 100

PEN

DIE

NTE

% ACOMULADO

Pendiente de la Hoya.

Pendiente mediana

Pendiente media

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Tabla 9. Cálculo de curva hipsométrica.

Cota Intervalo de Clase

(m.s.n.m)

Cota Media

Intervalo Area (Km2)

Area Acomulada

(Km2)

% Area (Km2)

% Area Acomulada

(Km2)

Cota Media Intervalo

por el Área en (Km2)

1300 1350 1325 0,0363 0,0363 0,2141 100 48,10

1350 1400 1375 0,1266 0,1629 0,7469 99,7858 174,07

1400 1450 1425 0,1200 0,2829 0,7100 99,0389 171,00

1450 1500 1475 0,1433 0,4262 0,8454 98,3309 211,37

1500 1550 1525 0,2342 0,6604 1,3817 97,4855 357,15

1550 1600 1575 0,7110 1,3714 4,1948 96,1037 1119,82

1600 1650 1625 0,7578 2,1292 4,4709 91,9089 1231,42

1650 1700 1675 0,6786 2,8078 4,0036 87,4380 1136,65

1700 1750 1725 0,7534 3,5612 4,4450 83,4343 1299,61

1750 1800 1775 0,8325 4,3937 4,9116 78,9893 1477,69

1800 1850 1825 0,8566 5,2503 5,0538 74,0777 1563,29

1850 1900 1875 0,8847 6,1350 5,2196 69,0238 1658,81

1900 1950 1925 0,8105 6,9455 4,7818 63,8042 1560,21

1950 2000 1975 0,8620 7,8075 5,0857 59,0224 1702,45

2000 2050 2025 0,8280 8,6355 4,8851 53,9367 1676,70

2050 2100 2075 0,8391 9,4746 4,9506 49,0516 1741,13

2100 2150 2125 0,8735 10,3481 5,1535 44,1010 1856,19

2150 2200 2175 0,7283 11,0764 4,2969 38,9474 1584,05

2200 2250 2225 0,5228 11,5992 3,0844 34,6506 1163,23

2250 2300 2275 0,4929 12,0921 2,9080 31,5661 1121,35

2300 2350 2325 0,7360 12,8281 4,3423 28,6581 1711,20

2350 2400 2375 1,1790 14,0071 6,9559 24,3157 2800,12

2400 2450 2425 1,0462 15,0533 6,1724 17,3598 2537,03

2450 2500 2475 0,8965 15,9498 5,2892 11,1873 2218,84

2500 2550 2525 0,5434 16,4932 3,2060 5,8981 1372,08

2550 2600 2575 0,3769 16,8701 2,2236 2,6921 970,52

2600 2650 2625 0,0794 16,9495 0,4684 0,4684 208,42

Total 16,95

34672,55

40

Figura 7. Curva hipsométrica cuenca hidrográfica.

5.4.4 Elevación media de la Hoya. Está representada por la relación entre la sumatoria de la cota media de intervalo por el área y la sumatoria que corresponde al área, es decir:

𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = ∑ (𝐶𝑜𝑡𝑎 𝑚𝑒𝑑 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 𝑥 𝐴𝑟𝑒𝑎)

∑ 𝐴𝑟𝑒𝑎

𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 34672,55

16,9492

𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 2045,64 m.s.n.m.

1350

1550

1750

1950

2150

2350

2550

2750

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Co

ta In

terv

alo

de

Cla

se (

m.n

.s.m

)

Aréa Acomulada (Km2)

Curva Hipsometrica.

Elevacion media

Elevacion mediana

41

5.4.5 Pendiente de la Corriente Principal. Para calcular la pendiente de la corriente se estima con la ayuda de la herramienta AutoCAD la longitud en línea recta del cauce principal entre cada una de las curvas de nivel.

Figura 8. Pendiente del cauce principal.

La pendiente media del cauce principal se halla dividendo la diferencia de las alturas de la región que corresponde al cauce principal y la longitud del mismo es decir:

𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑. 𝑆1 = H max − H min

L

𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑. 𝑆1 = 2250 − 1300

7500

𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑. 𝑆1 = 0,1266

% 𝑃𝑒𝑛𝑑. 𝑚𝑒𝑑. 𝑆1 = 12,66

Dónde: H máx: Cota máxima de la región. H min: Cota mínima de la región. L: Longitud del cauca principal en km. S1: Pendiente media en %

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Co

ta in

terv

alo

(m.s

.n.m

)

Longitud del Cauce Principal (Km)

Pendiente de la Corriente Principal.

42

Para calcular la pendiente media ponderada se realiza el siguiente procedimiento:

Se toma un triángulo rectángulo de igual área que el área de la hoya, se escoge la longitud del cauce principal como el cateto opuesto, y de esta manera se halla el cateto adyacente.

A = b × h

2

16,95 = 7,5 × h

2

Despejando h = 2 × 16,95

7,5

h = 4,52

Dónde: A: Área total de la cuenca en km². b: Longitud del cauce principal en km. h: Cateto adyacente del triángulo en km. Finalmente se utiliza el teorema de Pitágoras para saber el resultado que corresponde a la pendiente media ponderada.

𝑆22 = 𝑏2 + ℎ2

𝑆22 = 7,502 + 4,522

𝑆22 = 76,68

𝑆2 = 8,75 Dónde: S2: Pendiente media ponderada en %. b: Longitud del cauce principal en km. h: Cateto adyacente del triángulo en km.

43

5.4.6 Rectángulo Equivalente. El rectángulo equivalente es una transformación geométrica donde se asimila la cuenca a un rectángulo que tenga el mismo perímetro y superficie y, por tanto, igual coeficiente de Gravelius.

Tabla 10. Calculo del rectángulo equivalente.

Se construye un rectángulo equivalente de área igual a la de la hoya, tal que el lado menor sea “𝜄" y el lado mayor “𝐿". Se sitúan las curvas de nivel paralelas a “𝜄", respetando la hipsometría natural de la hoya.

Cota Intervalo de Clase

(m.s.n.m)

Área Acumulada

(Km2)

Longitud Acumulada

del Rectángulo Equivalente

(Km)

1300 1350 0,0363 0,03

1350 1400 0,1629 0,13

1400 1450 0,2829 0,23

1450 1500 0,4262 0,35

1500 1550 0,6604 0,54

1550 1600 1,3714 1,13

1600 1650 2,1292 1,75

1650 1700 2,8078 2,31

1700 1750 3,5612 2,93

1750 1800 4,3937 3,62

1800 1850 5,2503 4,32

1850 1900 6,135 5,05

1900 1950 6,9455 5,72

1950 2000 7,8075 6,43

2000 2050 8,6355 7,11

2050 2100 9,4746 7,80

2100 2150 10,3481 8,52

2150 2200 11,0764 9,12

2200 2250 11,5992 9,55

44

Solución del sistema de ecuaciones para el rectángulo equivalente.

𝐿 = 𝐾𝑐 √𝐴

1.12[1 + √1 −

(1.12)2

𝐾𝑐2]

𝐿 = 1,23 √16,95

1.12[1 + √1 −

(1.12)2

1,232]

𝐿 = 6,39

Donde: A: Área de la hoya (Km2). Kc: Coeficiente de Compacidad. L: Lado mayor del rectángulo equivalente.

𝜄 = 𝐾𝑐 √𝐴

1.12[1 − √1 −

(1.12)2

𝐾𝑐2]

𝜄 = 1,23 √16,95

1.12[1 − √1 −

(1.12)2

1,232]

𝜄 = 2,65 Donde: A: Área de la hoya (Km2). Kc: Coeficiente de Compacidad. ˥: Lado menor del rectángulo equivalente.

Para que esta representación sea posible es necesario que se cumpla la condición: Kc ≥ 1,12.25

25 REYES TRUJILLO, Aldemar, BARROSO, Fabián Ulises, CARVAJAL ESCOBAR, Yesid. Guía básica para la caracterización morfométrica de cuencas hidrográficas. Universidad del valle. Rectángulo equivalente. P-55

45

En este caso el rectángulo equivalente se representa de la siguiente manera:

Figura 9. Rectángulo Equivalente.

5.4.7 Tiempo de concentración. El tiempo de concentración no es más que el tiempo en que tardaría una gota de agua en recorrer la longitud desde el punto más distante de la corriente de agua de una cuenca hasta el lugar de medición. Los tiempos de concentración son calculados a partir de las características físicas de la cuenca, las cuales son: las pendientes, longitudes, elevaciones medias y el área de la cuenca. Es de notar que todas las formulas tienen factores de corrección que aplican según la cobertura de la cuenca. Tiempo de concentración a partir de la forma empírica de kirpich.

𝑻𝒄 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟗𝟒𝟕 (𝑳)𝟎,𝟕𝟕

𝑺𝟎,𝟑𝟖𝟓

𝑇𝑐 = 0,01947 (7500)0,77

0,120,385

𝑇𝑐 = 0,70 horas.

𝑇𝑐 = 42,4 min.

46

0,385

0,385

0,77

0,77

Dónde: Tc: Tiempo de Concentración en min. L: Longitud del cauca principal en m. S: Pendiente del cauce en valor decimal. Tiempo de concentración a partir de la forma empírica de California Culvert Practice.

𝐓𝐜 = (𝟎, 𝟖𝟕𝟎 (𝐋)𝟑

𝐇)

Tc = (0,870 (7,5)3

900)

Tc = 0,71 horas.

Tc = 42,6 min.

Dónde: Tc: Tiempo de Concentración en horas. L: Longitud del cauca principal en Km. H: Diferencia de nivel entre las cotas que corresponden al cauce en m. Tiempo de concentración a partir de la forma empírica de kirpich.

𝐓𝐜 = 𝟎, 𝟎𝟔𝟔 (𝑳

√𝑺)

Tc = 0,066 (7,5

√0,12)

Tc = 0,70 horas.

Tc = 42 min.

47

Dónde: Tc: Tiempo de Concentración en horas. L: Longitud del cauca principal en Km. S: Diferencia de nivel entre las cotas que corresponden al cauce en m. 5.4.8 Escorrentía Superficial. En este caso el valor que corresponde a la escorrentía superficial depende de la magnitud de la cuenca y de la pendiente media de la ladera, este valor es próximo a 1; ya que la pendiente del terreno se considera fuerte y el área de la cuenca es menor de 25 km2.26

5.4.9 Curva IDF

Estas representan a las duraciones en las abscisas y a la altura o intensidad de precipitación en las ordenadas, donde cada curva representada corresponde a una frecuencia (o periodo de retorno), de tal forma que las gráficas de estas curvas representan la intensidad media en intervalos de diferente duración y la frecuencia o período de retorno.

5.4.10 Intensidad de la lluvia.

La intensidad se selecciona con base en la duración de la lluvia de diseño y el periodo de retorno. La duración de diseño es igual al tiempo de concentración para el área de drenaje en consideración. El periodo de retorno es escogido como un parámetro de diseño. Para determinar este parámetro fue necesario el uso de la curva IDF de la estación de Almeida (Boyacá) – COD 35070260, pudo obtenerse gracias al IDEAM y a Diana Marcela León Molano quien realizo en su proyecto la construcción y análisis de la siguiente curva IDF, dicho proyecto de grado corresponde al grupo de investigación GiiCUD de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, Facultad Tecnológica, semillero UDENS.

26 MEDINA SILVA, Gustavo. Hidrología en cuencas pequeñas con información escasa. U. Nacional. Recursos Hidráulicos, U.N.S.W. Sidney. Tomado de: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4902734.pdf

48

Figura 10. Curva IDF, estación Almeida.27

Tabla 11. Intensidad de la lluvia.

Periodo de Retorno (años)

Tiempo de Concentración

(min)

Intensidad (mm/hr)

3 42 23

5 42 27

10 42 32

25 42 39

50 42 44

100 42 49

27LEON MOLANO, Diana Marcela. U. Distrital. Facultad Tecnológica. Proyecto de grado: Construcción y análisis de curcas IDF, en dos estaciones pluviograficas de los municipios Almeida y Aquitania, Boyacá. 2014. P-47

49

5.4.11 Cálculo de caudal máximo con el uso del método racional.

El método racional para cálculo de escorrentía pluvial es uno de los más utilizados mundialmente para el sistema de sistemas de drenaje, este permite determinar el caudal máximo que escurrirá por área determinada correspondiente al rio Somondoco y sus afluentes, para cuencas pequeñas:

𝐐 = 𝐏 𝐀

𝟓. 𝟒 𝐓𝐜

Donde: Q: El caudal punta en la sección del cálculo en m3/s. P: Volumen de la lluvia en mm. A: La superficie de la cuenca drenante en el punto de cálculo en km2. Tc: Tiempo de concentración en horas. La determinación del valor de la lluvia P es de la siguiente manera.

P = i × Tc × C

Donde: P: Volumen de la lluvia en mm. i: Intensidad calculada en mm/hora. C: Coeficiente de corrección, valor adimensional. Tc: Tiempo de concentración en horas.

Tabla 12. Cálculo de caudal máximo cuenca hidrográfica.

Periodo de

Retorno (años)

I (mm/hr) Tc (hr) C P (mm) A (km2) Q (m3/s)

3 23 0,70 1 16,10 16,95 72,19

5 27 0,70 1 18,90 16,95 84,75

10 32 0,70 1 22,40 16,95 100,44

25 39 0,70 1 27,30 16,95 122,42

50 44 0,70 1 30,80 16,95 138,11

100 49 0,70 1 34,30 16,95 153,81

50

Cálculo de caudal máximo para un periodo de retorno de 3 años.

Estimado para obras hidráulicas de drenaje fluvial lateral libre en calles de poblados donde se tolera encharcamiento de corta duración y drenaje fluvial lateral libre en calles de poblados donde no se tolera encharcamiento temporal también es usado para en zonas urbanas con menos de 100.000 habitantes.

Cálculo de caudal máximo para un periodo de retorno de 5 años.

Estimado para obras hidráulicas de drenaje fluvial como zonas agrícolas, zonas urbanas entre 100.000 y 1’000.000 de habitantes, cunetas y contracunetas en

caminos y carreteras, en corrientes libres como las zonas semiáridas a húmedas y corrientes con zona de control en las cuales se deberá tener en cuenta el gasto regulado.

Cálculo de caudal máximo para un periodo de retorno de 10 años.

Estimado para obras hidráulicas de drenaje fluvial como zonas urbanas con más de 1’000.000 de habitantes, Aeropuertos, estaciones de ferrocarril y autobuses, en

puentes, canales o tuberías en conducción de agua para riego en un área menor de 1.000 ha, en alcantarillas para paso de pequeñas corrientes en caminos locales que comunican poblados pequeños, encauzamiento de corrientes libres en zona agrícola de pequeña extensión menor a 1.000 ha, en obras de desviación temporal como presas pequeñas.

Cálculo de caudal máximo para un periodo de retorno de 25 años.

Estimado para obras hidráulicas de drenaje fluvial como zonas urbanas con más de 1’000.000 de habitantes, estructuras de cruce como puentes carreteros en caminos locales que comunican poblados pequeños, puentes, canales o tuberías en conducción de agua para riego en un área de (1.000 a 10.000ha), abastecimiento secundario local en puentes para tuberías de petróleo y gas, en alcantarillas para paso de pequeñas corrientes en caminos locales que comunican poblados medianos, encauzamiento de corrientes libres en zona agrícola de

51

pequeña extensión mediana de 1.000 a 10.000 ha, en obras de desviación temporal como presas medianas.

Cálculo de caudal máximo para un periodo de retorno de 50 años.

Estimado para obras hidráulicas en estructuras de cruce como puentes carreteros en caminos locales que comunican poblados pequeños y medianos, puentes y ferrocarriles en vías locales aisladas, en puentes y canales o tuberías en conexión de agua para riego en un área mayor a 10.000 ha, abastecimiento industrial, abastecimiento regional en puentes para tuberías de petróleo y gas, en alcantarillas para paso de pequeñas corrientes en caminos primarios que comunican poblados grandes (ciudades), encauzamiento de corrientes libres en zona agrícola de pequeña extensión grande de 10.000 ha en adelante, para protección a poblaciones pequeñas, en presas derivadoras en zonas de riego pequeña menor a 1.000ha, en obras de desviación temporal como presas grandes.

Cálculo de caudal máximo para un periodo de retorno de 100 años.

Estimado para obras hidráulicas en estructuras de cruce como puentes carreteros en caminos locales que comunican poblados medianos, puentes y ferrocarriles en vías secundarias regionales, en puentes y canales o tuberías en conexión de agua para abastecimiento de agua potable, abastecimiento primario en puentes para tuberías de petróleo y gas, en alcantarillas para paso de pequeñas corrientes en caminos primarios que comunican poblados grandes (ciudades), encauzamiento de corrientes libres en zona IDEM. A poblaciones medianas, en presas derivadoras en zonas de riego mediana de (1.000 a 10.000ha), en obras de desviación temporal como cauces de alivio en corriente.

52

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

A partir de los resultados obtenidos en el desarrollo del estudio de la cuenca del rio Somondoco y las quebradas Honda, Horca, Negra y Molinos, se realiza el siguiente análisis:

El área de la cuenca fue obtenida por medio de la herramienta AutoCAD, dicha área es de 16,95 Km2, según la clasificación del área de drenaje esta recibe el nombre de Sector ya que su área está comprendida en 5 y 20 Km2.

Para la caracterización de la cuenca hidrográfica fue necesario determinar algunos parámetros y coeficientes según su forma, su relieve y las características de la red de drenaje.

Para conocer el sistema de drenaje de la hoya del río Somondoco y sus afluentes se obtuvieron características a partir de su cauce principal y sus tributarios, las corrientes de la cuenca reflejan un grado de bifurcación de orden cuatro es decir que no cuenta con una gran cantidad de ramificaciones tributarias.

El valor de la densidad de Drenaje (Dd) es de 1,84 Km/Km2; lo que indica que se trata de una hoya que no genera grandes volúmenes de escorrentía, es una cuenca de drenaje pobre.

La sinuosidad es una medida de velocidad de la escorrentía de agua; para el caso de la cuenca del río Somondoco y sus afluentes se obtuvo una sinuosidad de 1,02; clasificándose como un río de alineamiento recto el cual posee baja sinuosidad.

Uno de los valores más importantes en la caracterización de la hoya es su relieve, este permite determinar el comportamiento de la cuenca, afectando directamente la escorrentía de las aguas lluvias y el tiempo de concentración de la cuenca. Para esta hoya hidrográfica se obtuvo una pendiente media de 27%; lo que indica que es un terreno fuertemente accidentado.

La elevación media de la hoya se calculó por el método de área-elevación obteniendo un valor de 2045,64 m.s.n.m.

53

7. CONCLUSIONES

El estudio morfológico es de gran importancia para el análisis de las características y parámetros de la cuenca, ya que de esto depende el funcionamiento y el uso que se le debe dar al sistema de drenaje para la conservación del recurso hídrico.

La cuenca del rio Somondoco afluente a las quebradas Honda, Horca, Negra y Molinos es una hoya con pendientes muy elevadas, es una hoya de drenaje pobre, tiene baja sinuosidad y su cauce principal es un río de alineamiento recto, de acuerdo al tiempo de concentración de la cuenca puede que el agua que llega a la zona sea de evacuación lenta.

El índice de compacidad (Kc) que se obtuvo para la hoya hidrográfica es de 1,23; este parámetro indica que la forma de la cuenca es redonda a oval redonda. Este valor nunca será inferior a 1, este indica la tendencia que tiene la hoya para concentrar el volumen de agua por parte del escurrimiento.

El factor forma (Kf) obtenido tiene como valor 0,46; este clasifica la hoya como una cuenca moderadamente achatada, esto indica que posee una alta susceptibilidad de crecientes, lo que indica que puede presentar un aumento en la velocidad de sus aguas.

Se definieron las características físicas de la cuenca y su región hidrológica, gracias a los datos obtenidos como el coeficiente de compacidad con un valor de 1,23; el factor forma con valor de 0,46; y obteniendo 4 órdenes de drenaje con una densidad de 1,84.

El tiempo de concentración es de 42 minutos, este determina la intensidad a partir de las de las curvas IDF suministradas por el proyecto de grado: Construcción y análisis de curvas Intensidad, Duración y Frecuencia (IDF) para las estaciones de Almeida y Aquitania en el departamento de Boyacá. Realizado por Diana Marcela León Molano. Los caudales máximos de creciente fueron estimados con respecto a los periodos de retorno, 3 años corresponde a una intensidad de 72,19 m3/s; 5 años corresponde a una intensidad de 84,75 m3/s; 10 años corresponde a una intensidad de 100,44 m3/s; 25 años corresponde a una intensidad de 122,42 m3/s; 50 años corresponde a una intensidad de 138,11 m3/s y para 100 años corresponde a una intensidad de 153,80 m3/s.

Los caudales obtenidos están dados por el análisis detallado y la composición morfométrica de la cuenca, el uso del método racional y el análisis de caudales

54

pico en cuencas pequeñas con información escasa, de esta manera se determina el volumen de agua que fluye a través de la cuenca del río Somondoco.

Con los datos obtenidos se logra realizar un estudio morfométrico, para medir las influencias de las características de la cuenca con la finalidad de conocer índices que sirven para comparar regiones hidrológicas.

BIBLIOGRAFIA.

CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS DE UNA CUENCA, Departamento de Geología, UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN LUIS. Tomado de: http://www0.unsl.edu.ar/~geo/materias/Geomorfologia_Aplicada/practicos/20xx/Apoyo_Teorico_TP_Nro2-TUG.pdf GUERRA F, GONZÁLEZ J, (2002), Caracterización morfomértrica de la cuenca de la quebrada la Bermeja, San Cristóbal, Estado de Táchira, Venezuela, Vol 7, P-92. Tomado de: http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/20 840/2/articulo7.pdf. Citado el 21 de junio de 2016. GEOMORFOLOGIA DE CUENCAS, Capitulo 4. Tomado de: http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/oguerre/4_Geomorfologia.pdf HIDROLOGIA BASICA Y APLICADA, Grupo de Investigación en Transporte de sedimentos, ALLEN BATEMAN. Tomado de: http://www.upct.es/~minaeees/hidrologia.pdf. Citado el 19 de junio de 2016 JIMENEZ ESCOBAR H. Hidrología Básica 1, Universidad del Valle, Colombia, Capitulo Dos, Cuencas hidrográficas, 1986. LEON MOLANO, Diana Marcela. Construcción y análisis de curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) para la estación de Almeida y Aquitania, (Boyacá) – COD 35070260. REYES TRUJILLO, Aldemar, BARROSO, Fabián Ulises, CARVAJAL ESCOBAR, Yesid. Guía básica para la caracterización morfométrica de cuencas hidrográficas, Universidad del Valle, 2010.

SILVA MEDINA, Gustavo. Hidrologia en cuencas pequeñas con información escasa, Universidad Nacional de Colombia, Tomado de: http://revistas.unal.edu.co /index.php/ingeinv/article/view/21575. Citado el 16 de agosto de 2016.

SAENZ MONZALVE GERMAN. Hidrología en la Ingeniería, escuela colombiana de ingenieros, Capitulo Dos, Cuencas hidrográficas, 1999.

55

ANEXOS

Un archivo en AutoCAD 2016, un archivo en Excel 2013.

1. Planos:

Orden de las corrientes. Perfil de la cuenca. Divisoria de la cuenca.

2. Cálculos y gráficas, archivo Excel.