DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA HIDROLÓGICA DE LA … · 2016. 4. 12. · Figura 11. Pestaña...
123
i AUTOR: Ing. Julio Ordóñez Vivanco DIRECTOR: Ing. Nikolay Aguirre Mendoza, Ph.D. Loja – Ecuador 2015 DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA HIDROLÓGICA DE LA SUBCUENCA ALTA DEL RÍO ZAMORA NIVEL DE POSTGRADO PROGRAMA DE MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN AMBIENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA ÁREA AGROPECUARIA Y DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES Tesis de grado previa a la obtención del título de Magister en Administración Ambiental
Transcript of DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA HIDROLÓGICA DE LA … · 2016. 4. 12. · Figura 11. Pestaña...
-
i
AUTOR: Ing. Julio Ordóñez Vivanco
DIRECTOR: Ing. Nikolay Aguirre Mendoza, Ph.D.
Loja – Ecuador
2015
DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA
HIDROLÓGICA DE LA SUBCUENCA ALTA
DEL RÍO ZAMORA
NIVEL DE POSTGRADO
PROGRAMA DE MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN
AMBIENTAL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA AGROPECUARIA Y DE RECURSOS
NATURALES RENOVABLES
Tesis de grado previa a la
obtención del título de Magister
en Administración Ambiental
-
ii
CERTIFICACIÓN DEL DIRECTOR DE TESIS
-
iii
CERTIFICACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO
-
iv
AUTORÍA
-
v
CARTA DE AUTORIZACIÓN
-
vi
AGRADECIMIENTO
Dejo constancia de mi sincero agradecimiento a esta gloriosa institución, la Universidad
Nacional de Loja la misma que, a través de su Nivel de Postgrado del Área Agropecuaria y
de Recursos Naturales Renovables me brindó la oportunidad de participar en este
importantísimo Programa de Maestría en Administración Ambiental. Un agradecimiento
especial al señor Ingeniero Nikolay Aguirre, quien con su profundos conocimientos y vasta
experiencia en esta área, ha guiado el presente trabajo de investigación. Es justo también
expresar un agradecimiento a todo el equipo de colaboradores del Proyecto ReBio de la
Dirección de Investigaciones de la Universidad Nacional de Loja.
A mis familiares, amigos y compañeros de aula que siempre me incentivaron para culminar
esta muy importante etapa de mi formación académica. Un agradecimiento especial a JR
por su valioso apoyo en la etapa final de este proceso.
El Autor
-
vii
DEDICATORIA
A mis Padres, a mis Hermanos, a mi amada Esposa, a mis adorados Hijos. A mi Gran
Familia… como manifestó mi Padre (+) “…la familia, la razón misma de mi existencia…”
Julio Andrés, María Emilia, Julio Sebastián: miren a las hormigas para que aprendan el
valor del trabajo en equipo; miren a la montaña para que aprendan a amar y cuidar la
naturaleza; miren a las estrellas para preguntarse cómo trascender en la historia… pero
siempre, siempre, miren con la frente en alto ¡!
Julio Maximiliano
-
viii
INDICE GENERAL
CERTIFICACIÓN DEL DIRECTOR DE TESIS ................................................................. ii
CERTIFICACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO ............................................................ iii
AUTORÍA ........................................................................................................................... iv
CARTA DE AUTORIZACIÓN ............................................................................................ v
AGRADECIMIENTO .......................................................................................................... vi
DEDICATORIA .................................................................................................................. vii
INDICE GENERAL ........................................................................................................... viii
INDICE DE FIGURAS ........................................................................................................ xi
INDICE DE CUADROS .................................................................................................... xiii
RESUMEN ........................................................................................................................ xvii
ABSTRACT ..................................................................................................................... xviii
1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
2. REVISIÓN DE LITERATURA ......................................................................... 3
2.1. Gestión Integral de una Cuenca Hidrográfica: ................................................... 3
2.2. Modelación Hidrológica de una Cuenca: ........................................................... 5
2.3. Homogeneización de Datos: ............................................................................... 9
2.4. Fotointerpretación: ............................................................................................ 10
2.5. Imágenes Satelitales: ........................................................................................ 11
2.6. Sistemas de Información Geográfica (GIS):..................................................... 11
3. MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................................... 13
-
ix
3.1. Materiales ......................................................................................................... 13
3.2. Metodología ...................................................................................................... 14
3.2.1. Delimitación y Descripción del Área en Estudio: ............................................ 14
3.2.2. Subdivisión de la Cuenca en Estudio................................................................ 16
3.3. METODOLOGIA PARA Analizar la información climática e hidrológica
disponible para la zona en estudio .................................................................... 18
3.3.1. Variación histórica de los registros de caudal en H0889. ................................. 18
3.3.2. Variación estacional de los registros de caudal ................................................ 18
3.3.3. Precipitación ponderada para cada subcuenca .................................................. 19
3.3.4. Variación Estacional de Precipitaciones ........................................................... 20
3.3.5. Superposición de precipitación ponderada y caudales registrados ................... 21
3.4. Metodologia para Analizar el comportamiento de las variables
hidrológicas, mediante la aplicación de un modelo hidrológico. ..................... 22
3.4.1. Determinación de parámetros hidrogeológicos ................................................ 22
3.4.1.1. Parámetros geométricos: ................................................................................... 23
3.4.1.2. Número de Curva (CN): ................................................................................... 25
3.4.2. Series de datos climatológicos .......................................................................... 27
3.4.3. Aplicación del modelo hidrológico con el software HEC-HMS ...................... 27
3.4.3.1. Basin Models (Modelo de Cuenca) .................................................................. 27
3.4.3.2. Time-Series Data (Datos de series de tiempo) ................................................. 34
3.4.3.3. Meteorological Models (Modelos meteorológicos).......................................... 36
3.4.3.4. Control Specifications (Especificaciones de Control) ...................................... 36
-
x
3.5. Metodologia PARA Analizar la relación existente entre cobertura vegetal
y caudal máximo generado para un evento máximo predeterminado .............. 37
4. RESULTADOS ................................................................................................ 37
4.1. RESULTADOS de la información pluviométrica e hidrológica ...................... 38
4.1.1. Variación histórica de los registros de caudal. ................................................. 38
4.1.2. Variación estacional de los registros de caudal. ............................................... 38
4.1.3. Variación estacional de los registros de precipitaciones. ................................. 39
4.1.4. Relación entre precipitación y caudales registrados. ........................................ 44
4.2. Modelación hidrológica utilizando el software HEC-HMS ............................. 44
4.2.1. Eventos Tipo “A”: ............................................................................................ 44
4.2.2. Eventos Tipo “B”:............................................................................................. 48
4.3. caudal calculado versus nivel de cobertura ...................................................... 52
5. DISCUSIÓN ..................................................................................................... 53
5.1. Análisis de la información pluviométrica e hidrológica ................................... 53
5.1.1. Variación histórica y estacional de los registros de caudal. ............................. 53
5.1.2. Variación histórica y estacional de los registros de precipitaciones. ................ 54
5.1.3. Relación entre precipitación y caudales registrados. ........................................ 55
5.2. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LA Modelación hidrológica
utilizando el software HEC-HMS ..................................................................... 57
5.2.1. Eventos Tipo “A”: ............................................................................................ 57
5.2.2. Eventos Tipo “B”:............................................................................................. 58
5.3. Análisis de caudal calculado versus nivel de cobertura .................................... 59
-
xi
6. CONCLUSIONES ............................................................................................ 60
7. RECOMENDACIONES .................................................................................. 62
8. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 63
9. ANEXOS .......................................................................................................... 66
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Representación pictórica del ciclo hidrológico................................................... 5
Figura 2. Esquema general del modelo hidrológico HEC-HMS ....................................... 6
Figura 3. Escorrentía total versus tiempo ........................................................................... 7
Figura 4. Escorrentía directa versus tiempo ....................................................................... 7
Figura 5. Escorrentía básica + directa versus tiempo ......................................................... 8
Figura 6. Tránsito de hidrogramas ..................................................................................... 8
Figura 7. Delimitación y ubicación del área en estudio. .................................................. 15
Figura 8. Esquema de las subcuencas consideradas para el área en estudio. ................... 17
Figura 9. Áreas de influencia de cada estación meteorológica. ....................................... 20
Figura 10. Superposición de caudales y precipitación ponderada (junio 2008). ............... 22
Figura 11. Pestaña inicial del Modelo de Cuenca en HEC-HMS. ..................................... 27
Figura 12. Esquema del modelo hidrológico utilizado en el software HEC-HMS. ........... 28
Figura 13. Pestañas para ingreso de información del Modelo de Cuenca en HEC-
HMS. ................................................................................................................. 29
Figura 14. Pestañas para ingreso de información de Uniones en HEC-HMS. ................... 32
-
xii
Figura 15. Pestañas para ingreso de información de Cauces en HEC-HMS. .................... 32
Figura 16. Pestañas para ingreso de Series de Tiempo (precipitación) en HEC-HMS. ..... 35
Figura 17. Pestañas para ingreso de Series de Tiempo (caudales) en HEC-HMS. ............ 35
Figura 18. Introducción de pesos de cada estación pluviométrica en cada subcuenca. ..... 36
Figura 19. Especificaciones de Control en HEC-HMS. ..................................................... 36
Figura 20. Variación del caudal medio anual en la estación H0889. ................................. 38
Figura 21. Curvas de variación estacional de caudal en estación H0889. ......................... 39
Figura 22. Curvas de variación estacional estación M0033 (La Argelia). ........................ 40
Figura 23. Curvas de variación estacional estación M0432 (San Lucas). ........................ 41
Figura 24. Curvas de variación estacional estación M0503 (San Francisco). .................. 42
Figura 25. Curvas de variación estacional de la precipitación ponderada para SARZ. ..... 43
Figura 26. Superposición de caudales y pluviómetro ponderado (julio 2011). ................. 44
Figura 27. Hidrograma de salida en modelación HEC-HMS (agosto 2010). .................... 47
Figura 28. Factores de correlación entre caudales de la modelación y registrados. .......... 47
Figura 29. Resumen de resultados HEC-HMS (evento 7-11 julio 2008). ......................... 50
Figura 30. Hidrograma de salida HEC-HMS (evento 7-11 julio 2008). ............................ 50
Figura 31. Superposición caudales observados y calculados (7-11 julio 2008). ............... 51
Figura 32. Gráfico del caudal máximo calculado versus incremento de CN. .................... 53
Figura 33. Superposición de caudales y pluviómetro ponderado (abril 2010). ................. 56
Figura 34. Deslizamientos por falta de cobertura en microcuenca "Mónica",
subcuenca Loja. .............................................................................................. 100
-
xiii
Figura 35. Cobertura de suelo Microcuenca "El Carmen", subcuenca Loja. ................... 100
Figura 36. Captación "El Carmen", subcuenca Loja (Z01) ............................................. 101
Figura 37. Sitio del embalse en Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua (Río
Zamora, Subcuenca El Retorno). .................................................................... 101
Figura 38. Unión Río Zamora y Río San Lucas (J01 en modelo HEC-HMS) ................. 102
Figura 39. Unión Río Sabanilla y Río Zamora (J04) ....................................................... 102
Figura 40. Río Zamora, antes de unión con río San Lucas, subcuenca Loja (Z01) ......... 103
Figura 41. Río Sabanilla, subcuenca "Sabanilla" (Z07) ................................................... 103
Figura 42. Río Zamora, ciudad de Zamora, subcuenca La Fragancia (Z08). .................. 104
Figura 43. Unión Río Bombuscaro y Río Zamora (aguas abajo H0889) ......................... 104
Figura 44. Puente El Retorno sobre el Río Zamora (estación limnimétrica H0888
fuera de servicio) ............................................................................................ 105
Figura 45. Estación Hidrológica H0889: Zamora DJ Sabanilla (en Zamora),
actualmente operativa. .................................................................................... 105
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Delimitación del área de estudio. .................................................................. 14
Cuadro 2. Estaciones climatológicas funcionando dentro de la SARZ. ......................... 18
Cuadro 3. Influencia de los pluviómetros para cada subcuenca del modelo hidrológico.
19
Cuadro 4. Influencia de cada pluviómetro para la SARZ. ............................................. 21
Cuadro 5. Análisis morfométrico de cada subcuenca del modelo. ................................ 24
Cuadro 6. Números de curva calculados según cobertura vegetal y grupo de suelo. .... 25
-
xiv
Cuadro 7. Corrección del número de curva según condición de humedad antecedente. 26
Cuadro 8. Información para pestaña “Subbasin” (Subcuencas) ..................................... 29
Cuadro 9. Información para pestaña “Loss” (Pérdidas) ................................................. 30
Cuadro 10. Información para pestaña “Transform” (Transformación) ............................ 30
Cuadro 11. Información para pestaña “Baseflow” (Flujo Base) ...................................... 31
Cuadro 12. Valores de recesión constante diaria según el componente de flujo ............. 31
Cuadro 13. Información para pestaña “Junction” (Uniones) ........................................... 32
Cuadro 14. Información para pestaña “Reach” (Tramos) ................................................ 33
Cuadro 15. Información para pestaña “Routing” (Enrutamiento) .................................... 33
Cuadro 16. Resumen variación estacional H0889, período 1979 a 2014......................... 39
Cuadro 17. Resumen probabilidad de ocurrencia precipitaciones en M0033 (La Argelia)
40
Cuadro 18. Resumen probabilidad de ocurrencia precipitaciones en M0432 (San Lucas)
41
Cuadro 19. Resumen probabilidad de ocurrencia precipitaciones en M0503 (San
Francisco) 42
Cuadro 20. Resumen de variación estacional de la precipitación ponderada, períodos
1980-1986 y 1990-2012. ..................................................................................................... 43
Cuadro 21. Números de curva para cada subcuenca y período de análisis. ..................... 45
Cuadro 22. Caudal inicial para cada subcuenca y período de análisis. ............................ 46
Cuadro 23. Relaciones entre resultados de la modelación y caudales registrados. .......... 46
Cuadro 24. Números de curva para cada subcuenca y evento tipo B. ............................. 49
-
xv
Cuadro 25. Caudal inicial para cada subcuenca y evento tipo B. .................................... 49
Cuadro 26. Comparación resultados HEC-HMS y caudales registrados (7-11 julio 2008).
51
Cuadro 27. Resultados de la modelación de eventos puntuales tipo B. ........................... 52
Cuadro 28. Caudales calculados en simulación de cambios de cobertura. ...................... 52
-
xvi
“DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA
HIDROLÓGICA DE LA SUBCUENCA ALTA
DEL RÍO ZAMORA”
-
xvii
RESUMEN
La presente investigación se desarrolló en la subcuenca alta del río Zamora, ubicada en la
Región Sur del Ecuador, entre las provincias de Loja y Zamora Chinchipe, con el objetivo
principal de validar un modelo hidrológico que relacione precipitación-cobertura-
escorrentía ante posibles cambios de cobertura, utilizando como principales herramientas
de apoyo los SIG, software para modelación hidrológica y hojas electrónicas. La
metodología utilizada se dividió en tres partes, paralelas a los tres objetivos específicos. La
primera tuvo que ver con el análisis de la información pluviométrica y de caudales
disponibles para la zona durante el período de 1979 a 2014, teniendo un período de análisis
de 36 años. La segunda comprendió la generación de un modelo hidrológico utilizando el
software HEC-HMS, tanto para períodos largos (30 días) como para períodos cortos
(eventos de 5 días). Finalmente se buscó una relación entre cambio de cobertura y
variación de caudales modelados. Este trabajo pretende enmarcarse dentro del proyecto de
búsqueda de bases ecológicas para la restauración de la biodiversidad y funcionalidad de
ecosistemas degradados en la región Sur del Ecuador, ante potenciales cambios
ambientales globales, coordinado por la Dirección de Investigaciones de la Universidad
Nacional de Loja.
Palabras Clave: cuenca, subcuenca, precipitación, caudales, cobertura de suelo, hidrología,
modelo hidrológico, número de curva, HEC-HMS, GIS.
-
xviii
SUMMARY
This research was developed on the Zamora River High Sub-basin, located in the Southern
Region of the Ecuador, between the provinces of Loja and Zamora Chinchipe, with the
main objective to validate a hydrologic model that links precipitation-soil coverage-runoff
to possible changes in coverage, using as main support tools GIS, software for hydrologic
modeling and electronic sheets. The methodology used was divided into three parts,
parallel to the three specific objectives. The first had to do with pluviometric information
and analysis flows available to the area during the period of 1979 to 2014, taking a 36-year
analysis period. The second included the generation of a hydrological model using the
HEC-HMS software, both for long periods (30 days) and for short periods of time (5 days
events). Finally sought a relationship between change of coverage and variation of flows
modeled. This work aims to be framed within the project of search for ecological basis for
the restoration of biodiversity and function of ecosystems in the Ecuadorian South Region,
to potential global environmental changes, coordinated by the Directorate of Research of
the Universidad Nacional de Loja.
Keywords: basin, sub-basin, precipitation, flow rates, soil coverage, hydrology,
hydrological model, curve number, HEC-HMS, GIS.
-
1
1. INTRODUCCIÓN
La humanidad soporta una grave crisis social, política y económica. Una manifestación de
esta crisis es la elevada contaminación ambiental, así como el consumo irracional de los
recursos naturales. El hombre no ha llegado a entender que el mundo le ha sido prestado
para su “aprovechamiento” y más no para su “consumo”.
Existen claras evidencias de que el hombre está alterando el ciclo hidrológico tanto a nivel
local como mundial. Acciones antrópicas que inicialmente estaban enfocadas a proveer de
alimento y protección al hombre, hoy han perdido totalmente su motivación primaria y se
enfocan en obtener mayores réditos económicos de los recursos naturales sin detenerse a
meditar que un consumo irracional de los mismos podría llevarnos a una espiral sin salida
en donde el principal afectado será el mismo hombre; ya que, ni la más avanzada
tecnología podría devolverle los bienes y servicios naturales (SEMARNAT 2005).
Procesos asociados al “desarrollo”, como la deforestación para ampliar las fronteras
agrícolas, ganaderas, zonas urbanas, realización de grandes obras de ingeniería y otras, han
generado una acelerada pérdida del capital natural en los últimos años (Aguirre et al.
2013).
La problemática de la deforestación en Ecuador se mantiene; ya que, de acuerdo a reportes
del CLIRSEN hasta el año 2000, existían 10,770,559 ha de cobertura forestal. Hasta el año
2009 se habrían deforestado 1,782,822 ha, lo cual representa una tasa de deforestación
promedio anual de 1.84% (Añazco et al. 2010). De mantenerse esta tasa de deforestación,
en la actualidad se tendría nada más que alrededor de 8 millones de hectáreas de bosques;
y, bastarían nada más 40 años para terminar con toda la reserva forestal del país.
La cuenca del río Zamora no ha estado exenta a esta problemática a nivel regional y
mundial; así que, en apoyo al estudio de la misma y la falta de estudios concretos en la
región sobre el tema, surgió una pregunta básica que esta investigación buscó responder:
¿Qué relación existe entre la precipitación y la escorrentía superficial en la zona en estudio,
a lo largo de un período determinado?
A más de esta pregunta central, surgieron otras inquietudes como:
-
2
¿Existe la información suficiente y confiable para llegar a conclusiones válidas dentro de
esta investigación?
¿Es factible aplicar un modelo hidrológico que represente lo más apegado a la realidad el
comportamiento de la subcuenca en estudio?
¿Es posible establecer una relación directa entre el nivel de cobertura del suelo (traducido
en términos de área) y los escurrimientos superficiales (traducidos en términos de caudal
del cauce principal al final de la subcuenca en estudio)?
Resulta muy pertinente estudiar esta cuenca, puesto que en la misma se desarrollan
importantes proyectos como: conservación de la biodiversidad en el Parque Nacional
Podocarpus, sistemas de provisión de agua para consumo humano, sistemas de riego,
proyectos hidroeléctricos, proyectos eco-turísticos, por citar los más importantes. Además,
en la zona de estudio nace el río Zamora, el cual más adelante desemboca en el río
Santiago, luego en el Pastaza y finalmente en el gran Río Amazonas. Es innegable la
importancia para el contexto mundial de la multinacional cuenca amazónica como una de
las reservas de biósfera más grandes a nivel planetario. Por otra parte, esta investigación
pretende enmarcarse dentro de un gran proyecto de búsqueda de bases ecológicas para la
restauración de la biodiversidad y funcionalidad de ecosistemas degradados en la Región
Sur del Ecuador, ante potenciales cambios ambientales globales.
El objetivo principal de esta investigación es validar un modelo hidrológico que relacione
precipitación-cobertura-escorrentía en la subcuenca alta del río Zamora (SARZ); para lo
cual, como apoyo, se plantearon los siguientes objetivos específicos:
Analizar la información climática e hidrológica disponible para la zona en estudio, para
un período de al menos 30 años.
Analizar el comportamiento de las variables hidrológicas, mediante la aplicación de un
modelo hidrológico.
Analizar la relación existente entre cobertura vegetal y caudal máximo generado para un
evento máximo predeterminado.
-
3
2. REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. GESTIÓN INTEGRAL DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA:
En las últimas décadas, una profunda preocupación se ha generado por la estrecha relación
entre las actividades de desarrollo de la humanidad y las afectaciones al entorno ambiental;
dado que este último provee los recursos naturales (agua, suelo, aire) sobre los cuales se
sustenta el desarrollo económico y social del hombre.
La importancia de los elementos del medio ambiente en la evolución y sostenimiento de la
vida en el planeta fue reconocida mucho tiempo antes de que se tomara plena conciencia
de los posibles efectos negativos que su deterioro podría traer a la humanidad; sin
embargo, el tema ambiental no fue objeto de la atención gubernamental hasta muy
recientemente, cuando los efectos del deterioro se hicieron evidentes y pusieron en riesgo
el desarrollo futuro de muchos países. De hecho, el tema ambiental cobró dimensiones
internacionales sólo hasta mediados del siglo XX, a partir del conocimiento y difusión en
los medios de comunicación de problemas como la muerte de aves y otras especies marinas
como consecuencia de los derrames petroleros, la afectación de bosques y lagos por la
lluvia ácida, los daños a la salud de los habitantes en las ciudades por la contaminación del
aire y la creciente pérdida de especies debida a la destrucción de sus hábitats, por citar sólo
algunos ejemplos (SEMARNAT, 2005).
El avance de la investigación científica ha mostrado la necesidad de reconocer el valor del
capital natural como un elemento indispensable para alcanzar un verdadero desarrollo
sustentable. Afirmación que obliga a establecer políticas, estrategias y acciones que
promuevan la salud de los ecosistemas en el mismo rango de prioridad que tienen los
sistemas económicos, educativos o de salud pública (SEMARNAT, 2005).
Por otra parte, “la dimensión ambiental del desarrollo requiere información estadística de
calidad, oportuna y sistemática, que permita orientar las decisiones de política hacia las
áreas o sectores de mayor necesidad, establecer prioridades y evaluar sus efectos. Sin
embargo, las estadísticas y los indicadores ambientales constituyen un área incipiente en
pleno desarrollo, que intenta responder a la creciente demanda de información ambiental
(estadísticas, indicadores y cuentas ambientales). En América Latina y el Caribe es notoria
-
4
la escasez de series estadísticas ambientales y la situación en los países es heterogénea,
tanto en lo que respecta a la capacidad de producir las estadísticas como a la calidad de la
información resultante. Con el fin de superar progresivamente esta situación y avanzar
como región hacia la producción y armonización de las estadísticas ambientales es preciso
consolidar las instituciones y desarrollar capacidades técnicas nacionales” (CEPAL 2013).
La gestión ambiental es compleja e involucra una multitud de factores diversos. Ya desde
la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Ambiente Humano (Estocolmo, Suecia,
1972) se identificó una carencia “…de información precisa y actualizada para tomar las
decisiones necesarias para mejorar el manejo y conservación del ambiente y de los
recursos naturales del mundo”. Asimismo, en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre
Medio Ambiente y Desarrollo (Río de Janeiro, Brasil, 1992) se reconoció que la
información es un medio necesario para la instrumentación del Plan de Acción para el
Desarrollo Sustentable (Agenda 21). De hecho, la propia Agenda 21 dedica por entero su
capítulo 40 al tema de la información para la toma de decisiones.
Hasta hace pocos años las políticas forestales e hidrológicas se basaban en la idea de que
en todas las circunstancias hidrológicas y ecológicas los bosques representaban la mejor
cubierta vegetal para optimizar el rendimiento hidrológico, regular los caudales
estacionales y garantizar una elevada calidad del agua. Según este supuesto, conservar o
ampliar la cubierta forestal en las cuencas de río arriba era la medida más eficaz para
incrementar la disponibilidad de agua para la agricultura, la industria y el hogar, así como
para prevenir las inundaciones en las zonas bajas. Sin embargo, la investigación de la
hidrología forestal realizada en los decenios de 1980 y 1990 propone un panorama distinto.
Si bien se confirmó la importancia de la cubierta forestal de río arriba para garantizar el
suministro de agua de buena calidad, las generalizaciones sobre los efectos de esa cubierta
en el caudal anual y estacional del río aguas abajo resultaron erróneas y engañosas.
No es menos cierto también que, y de hecho existe una corriente de autores que vinculan
“la modificación de la cobertura vegetal y el cambio de uso de suelo a la interacción de
factores económicos, políticos y ecológicos”. Sin embargo, este tipo de análisis –no menos
importante- escapa a los objetivos de la presente investigación.
-
5
2.2. MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE UNA CUENCA:
Un modelo hidrológico es una herramienta que permite simular los procesos del ciclo
hidrológico real (Figura 1), mediante alguna estructura, dispositivo, esquema o
procedimiento (Figura 2), para lograr una representación simplificada del sistema y llegar a
conocer, analizar y cuantificar sistemas reales.
Para cumplir este propósito, se han establecido varios tipos de modelos, que se resumen a
continuación:
Agregados: en este modelo se promedian las variables respecto al espacio de modo
global y constante.
Distribuidos: se asigna valores a cada punto del espacio para una determinada malla.
Semidistribuidos: se divide el espacio en áreas o unidades de respuesta homogénea.
Figura 1. Representación pictórica del ciclo hidrológico Fuente: Fattorelli, 2011.
-
6
Figura 2. Esquema general del modelo hidrológico HEC-HMS Fuente: Manual del Software HEC-HMS.
La historia de la modelación hidrológica se remonta al año 1850 cuando Mulvany propuso
el estudio de la hidrología superficial. Actualmente, con la facilidad para el manejo de
grandes cantidades de información, se han desarrollado una serie de programas de cálculo,
que permiten realizar la modelación con diferentes variantes y que utilizan diferente tipo
de información.
Luego de realizar un análisis de muchos de los programas existentes para modelación
hidrológica, se puede concluir que los programas HEC-HMS y SWAT son los más
completos y que pueden aplicarse en esta investigación.
Para cumplir con los objetivos de la presente investigación y de acuerdo a la información
de campo disponible, se tomó la decisión de trabajar con el software HEC-HMS,
desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers.
Además de ser un paquete computacional completo y actualizado, su uso no requiere
licencia.
En resumen, la modelación hidrológica establece un balance hídrico de una cuenca, el cual
se basa fundamentalmente en el equilibrio de entradas versus salidas de agua en cualquiera
de sus estados dentro de los límites físicos establecidos para la cuenca hidrográfica.
Aunque en su expresión básica parece algo sencillo; sin embargo, en la práctica se trata de
-
7
una tarea sumamente compleja, ya que involucra una gran cantidad de parámetros muy
difíciles de determinar de forma precisa. La expresión básica puede escribirse como:
𝑷𝑹𝑬𝑪𝑰𝑷𝑰𝑻𝑨𝑪𝑰Ó𝑵 = 𝑬𝑽𝑨𝑷𝑶𝑻𝑹𝑨𝑵𝑺𝑷𝑰𝑹𝑨𝑪𝑰Ó𝑵 + 𝑬𝑺𝑪𝑶𝑹𝑹𝑬𝑵𝑻Í𝑨 𝑺𝑼𝑷𝑬𝑹𝑭𝑰𝑪𝑰𝑨𝑳 + 𝑰𝑵𝑭𝑰𝑳𝑻𝑹𝑨𝑪𝑰Ó𝑵
El HEC-HMS en resumen, permite obtener el hidrograma producido por un evento aislado
dentro de una cuenca si se facilitan los datos adecuados de la misma, como son los datos
físicos, precipitaciones, mapa de pendientes, cobertura, entre otros.
Las fases básicas que lleva a cabo el programa, pueden resumirse de la siguiente forma:
1) Separación de la lluvia neta; esto es, calcular qué porcentaje de la precipitación caída va
a generar escorrentía directa en el cauce principal.
Figura 3. Escorrentía total versus tiempo Fuente: Monsalve, 1995.
2) Calcular la escorrentía directa generada por dicha precipitación neta.
Figura 4. Escorrentía directa versus tiempo Fuente: Monsalve, 1995.
3) Sumar a la escorrentía directa la escorrentía básica, si esta existía previamente. Luego
calcula la evolución de la escorrentía básica a lo largo del tiempo.
-
8
Figura 5. Escorrentía básica + directa versus tiempo Fuente: Monsalve, 1995.
4) Calcular cómo evoluciona el hidrograma a medida que discurre a lo largo del cauce
principal. Esto se denomina un “tránsito de hidrogramas”.
Figura 6. Tránsito de hidrogramas Fuente: Monsalve, 1995.
El cálculo del escurrimiento, según la técnica de las curvas numéricas propuesto por el
United State Soil Conservation Service, SCS (1972), se basa en la siguiente ecuación:
𝑄𝑡 =(𝑃𝑡 − 𝐼𝑎)
2
𝑃𝑡 − 𝐼𝑎 + 𝑆𝑡
En donde Qt es el escurrimiento del día t (mm); Pt es la precipitación total del día t (mm);
Ia es la abstracción inicial antes de que el suelo se sature (mm); St es la retención potencial
máxima del día t (mm).
Al estudiar los resultados obtenidos para muchas cuencas experimentales pequeñas, el SCS
desarrolló la siguiente relación empírica:
𝐼𝑎 = 0.2 𝑆𝑡
Con base en lo anterior, la ecuación que determina el escurrimiento se transforma en la
siguiente expresión:
-
9
𝑄𝑡 =(𝑃𝑡 − 0.2 𝑆𝑡)
2
𝑃𝑡 + 0.8 𝑆𝑡
La ecuación utiliza un solo parámetro (St), que es función de la humedad antecedente y del
tipo, uso y manejo del suelo en el área en análisis. El valor de St varía entre cero y un valor
indeterminado, que en principio puede ser muy grande, por lo cual suele cambiarse por
otro parámetro adimensional y estandarizado, CN, que varía entre cero (cuando St es muy
grande) y 100 (cuando St es cero), de acuerdo con la relación:
𝐶𝑁 =25,400
𝑆𝑡 + 254
En donde CN es el valor del nuevo parámetro, denominado “Número de Curva” (US-SCS,
1972).
El modelo HMS también simula el escurrimiento máximo, a través del método racional
modificado, el cual se usa ampliamente en el diseño de drenajes, canales y sistemas para el
control de avenidas; y está basado en el supuesto de que si una lluvia de intensidad i
comienza en el tiempo t=0 y continúa indefinidamente, la cantidad del escurrimiento se
incrementará hasta el tiempo de concentración, t=tconc, cuando el área de la cuenca entera
contribuye al flujo de salida. La fórmula racional modificada se expresa como:
𝑞𝑝𝑒𝑎𝑘 =∝𝑡𝑐 𝑄𝑠𝑢𝑟𝑓 Á𝑟𝑒𝑎
3.6 𝑡𝑐𝑜𝑛𝑐
En donde qpeak es la tasa promedio del escurrimiento máximo (m3s-1); αtc es la fracción de
la lluvia que ocurre durante el tiempo de concentración; Qsurf es el escurrimiento
superficial (mm); Área es el área de la cuenca (km2); tconc es el tiempo de concentración de
la cuenca (h); 3.6 es un factor de conversión de unidades.
2.3. HOMOGENEIZACIÓN DE DATOS:
Para validar los resultados de un análisis es indispensable contar con una base de datos
climatológicos homogéneos y de calidad. Los cambios de ubicación en las estaciones de
medida, así como los cambios en el sistema de observación (cambios de observador,
prácticas de observación, equipos de medida); o, los producidos en el entorno de las
-
10
estaciones, son algunas de las causas que inducen a la presencia de no homogeneidades en
las series climáticas (Hernández, 2011). Así, se considera que una serie es homogénea
cuando sus variaciones responden exclusivamente a causas climáticas; sin embargo, aparte
de las posibles no homogeneidades presentes en las series, la presencia de datos faltantes o
de lagunas en éstas constituye otro de los problemas frecuentes.
Para ello, se ha desarrollado un número importante de técnicas de relleno de lagunas y
homogeneización, cuya aplicación depende, entre otras cosas, del uso que vaya a darse a
los datos, de las escalas espacio-temporales de las series disponibles (regional, local, anual,
mensual, estacional, diaria, etc.), así como de la variable climática a tratar. La mayoría de
los métodos de homogeneización desarrollados hasta la fecha se han aplicado en estudios
relacionados con series de temperatura y precipitación de carácter anual, mensual o
estacional (Hernández, 2011).
2.4. FOTOINTERPRETACIÓN:
La fotointerpretación consiste, de manera sencilla, en identificar los diferentes objetos que
aparecen en una fotografía aérea. Interpretar una fotografía es analizar las imágenes de los
objetos con el propósito de identificarlos, definir su categoría, su naturaleza, sus límites y
sus relaciones con el medio (González, 2006).
La fotointerpretación es el estudio en la imagen de aquellos objetos fotografiados y la
deducción de su significado. Como técnica requiere una conjunción de elementos para la
obtención de buenos resultados, entre los cuales está la de conocer como son los objetos en
la realidad para poder localizarlos en una fotografía. La interpretación de la vegetación por
fotografía aérea siempre va a depender de la fisionomía y de las características florísticas
de la zona (González, 2006).
Algunos de los elementos de la fotografía aérea más relevantes de uso común para lograr
los propósitos de la fotointerpretación son: tamaño, forma, sombra, tono y color; y, textura
(González, 2002).
Hay que destacar que la identificación, reconocimiento y análisis del medio a partir de
fotografías aéreas, están sujetos a un factor humano muy importante; debido a que quedan
supeditados únicamente a la capacidad y experiencia del foto intérprete que desarrolla el
-
11
proyecto. Se puede decir que la fotointerpretación no es una ciencia exacta sino un arte,
que conjuga la experiencia, conocimiento y capacidad del foto intérprete.
2.5. IMÁGENES SATELITALES:
Las imágenes satelitales permiten realizar el trabajo que originalmente se lo hacía con las
fotografías áreas de forma mucho más precisa y rápida con el apoyo de la gran cantidad de
software disponible para este fin.
En el Ecuador las imágenes pueden obtenerse en el Centro de Levantamientos Integrados
de Recursos Naturales por Sensores Remotos (CLIRSEN) o en las páginas web de las
respectivas plataformas satelitales. Actualmente, para trabajar temas de cobertura vegetal,
los satélites más usados son: LANDSAT, ASTER y ALOS.
2.6. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (GIS):
Bracken y Webster (1990) definen un SIG como un tipo especializado de base de datos,
que se caracteriza por su capacidad de manejar datos geográficos; es decir, espacialmente
referidos, los cuales se pueden representar gráficamente. De manera más integral, un SIG
puede considerarse como un sistema de hardware, software y procedimientos elaborados
para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado, representación y
salida de datos espacialmente referenciados, para resolver problemas de planificación y
gestión (Bosque et al. 1994).
En general, los SIG son una tecnología aplicada a la resolución de problemas territoriales
variados, tales como: inventarios, programas de manejo de recursos naturales y humanos,
control y gestión de propiedad urbana; y, en fin cualquier disciplina en la que sea necesario
manejar información espacial. La principal ventaja de esta herramienta es su gran
flexibilidad; ya que, una vez generada la información básica, la actualización de la gestión
es sencilla y rápida (Bosque et al. 1997).
En la actualidad predomina una visión del mundo que se puede denominar de “estratos” o
“capas” diferenciados por el tipo geométrico de los objetos. Según esta visión, el mundo
está compuesto de infinitos lugares cuya localización se puede medir con cualquier grado
de precisión espacial a través de un sistema de coordenadas (Bosque et al. 1997).
-
12
En general, en un dato geográfico se pueden diferenciar dos aspectos conceptuales: el
espacial, geometría (posición absoluta de cada objeto respecto a unos ejes de coordenadas)
más topología (relación entre los objetos); y el temático, ligadas a cada objeto (tipo de
vegetación, especies, etc.) (Bosque et al. 1994).
Un SIG debe ser capaz de representar digitalmente ambos aspectos. Existen varias
posibilidades para organizar esta doble base de datos (espacial y temática). En la actualidad
el formato híbrido tiene más éxito y difusión entre los programas comerciales, el cual
utiliza una base de datos diferente para cada uno de los dos elementos fundamentales
(Bosque et al. 1994).
A su vez, la representación del aspecto espacial se basa en dos modelos diferentes: el
vectorial y el raster. El modelo vectorial se centra en la descripción de las fronteras
exteriores de los elementos geográficos; las líneas que actúan de frontera son representadas
mediante las coordenadas de los vértices que delimitan los segmentos rectos que las
forman. De este modo, los objetos puntuales (topología cero) se representan mediante las
coordenadas X, Y de la posición del objeto (Bosque, 1992).
En el modelo raster, las operaciones analíticas más empleadas son la reclasificación y
sobreposición; ya que, combinadas ofrecen la posibilidad de llevar a cabo las tareas de
búsqueda y extracción selectiva de información. Tanto la reclasificación como la
sobreposición pueden efectuarse mediante operaciones de análisis local, es decir, píxel a
píxel, o bien usando el análisis en zonas o regiones (Bosque, 1997).
La sobreposición de mapas es una operación que parte de “n” mapas de entrada (n>1) y
opera con los valores temáticos de los “m” pixeles correspondientes de cada mapa. Esto
genera un conjunto de valores temáticos sobre los cuales se puede realizar una serie de
operaciones, cada una de las cuales genera el valor característico en esa posición del mapa
de salida (Bosque et al. 1994).
Actualmente, no se concibe un trabajo de planificación serio sin el uso de este tipo de
elementos apoyados con las imágenes satelitales y el software adecuado (Geographic
Information Systems). Los programas GIS más conocidos son el ArcMAP, ArcVIEW,
IDRISI, GrassGIS, Global Mapper, ESRI Products, ENVI, ERDAS, AutoCAD Systems,
entre muchos más.
-
13
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Para llevar adelante esta investigación y cumplir con los objetivos planteados, a
continuación se describen los materiales y metodología utilizados.
3.1. MATERIALES
Para dar cumplimiento a las actividades propuestas se utilizó los siguientes insumos:
Hardware: computador con procesador CORE i7, 8GB RAM, 1TB HDD,
acelerador de gráficos, pantalla LED 24”;
Software: ArcMap 10.1, Global Mapper 12, AutoCAD Civil 3D 2014, HEC-HMS
v 4.0, MS Word, MS Excel, MS PowerPoint;
Bases de datos de precipitación y aforo de las estaciones inmersas en el área del
proyecto, proporcionadas por la Dirección de Investigaciones de la UNL;
Imágenes satelitales Landsat TM+ (2010);
Cartas topográficas elaboradas por el IGM (año 1988);
Almanaque Electrónico Ecuatoriano (AEE-2002);
Vehículo 4x4 para recorridos de campo;
Equipo GPS navegador manual;
Cámara fotográfica;
Binoculares;
Cinta métrica;
Medidor láser;
Libretas de registro;
Impresora láser; y,
Papelería.
-
14
3.2. METODOLOGÍA
3.2.1. Delimitación y Descripción del Área en Estudio:
Con el apoyo de cartas topográficas digitalizadas, fotografías aéreas e imágenes satelitales
disponibles de la zona, así como con el uso del software ArcMAP10.1, se procedió a
delimitar el área de estudio. Este procedimiento corresponde a delimitar la cuenca
hidrográfica del río Zamora, desde su nacimiento en la línea divisoria de aguas ubicado en
la hoya de Loja, hasta la divisoria de aguas con el río Bombuscaro en la ciudad de Zamora.
En el siguiente cuadro se resume la ubicación del área en estudio.
Cuadro 1. Delimitación del área de estudio.
Punto extremo Localidad Coordenadas
N E Cota
Norte Loma del Loro 9,593,945 693,705 3,203
Sur Cordillera Oriental de los Andes 9,537,205 710,064 3,564
Este Cerro Pan de azúcar (cordillera de Fierrourcu) 9,586,477 683,437 3,322
Oeste Cordillera de Tunantza 9,575,414 723,550 3,290
Punto Descarga Final
Estación H0889 ( Zamora) 9,550,455 727,982 902
Fuente: Cartas topográficas IGM, fotografías aéreas, imágenes satelitales.
Se trata de una subcuenca de forma ovalada, con dimensión vertical de 56.8 km y
horizontal de 45.2 km. El rango altitudinal va desde los 902 msnm en el sitio de descarga
final en la ciudad de Zamora, hasta los 3,678 msnm cerca del límite norte en la Cordillera
de Fierrourcu.
En lo que tiene que ver con los pisos climáticos dentro de la zona en estudio se encuentra
desde el clima cálido húmedo de la región amazónica en los 900 msnm de la ciudad de
Zamora, el clima subtropical húmedo en los 2,100 msnm de la ciudad de Loja, hasta el
páramo sobre los 3,500 msnm en la zona alta del Parque Nacional Podocarpus (PNP) y en
la cordillera de Fierrourcu.
-
15
Dentro de la subcuenca en estudio, se encuentran múltiples ecosistemas terrestres
continentales que corresponden a bosque húmedo montano occidental, bosque húmedo
montano oriental, vegetación húmeda interandina y páramos (Sierra et al. 1999).
El área delimitada de la subcuenca en estudio corresponde a 1,421.21 km2, como se puede
apreciar en la Figura 7.
Figura 7. Delimitación y ubicación del área en estudio. Fuente: Cartas topográficas IGM, fotografías aéreas, imágenes satelitales.
-
16
Para confirmar esta delimitación se llevó a cabo un recorrido de campo hacia los puntos
más significativos del área con la ayuda de un GPS navegador, conforme se puede
evidenciar en las fotografías incluidas en el Anexo 36. Dentro del área en estudio se
encuentran algunos centros poblados, siendo los más representativos las ciudades de Loja y
Zamora.
El área urbana de la ciudad de Loja, de acuerdo a la ordenanza del Municipio de Loja del
18 de abril de 1997 es de 57.42 km2 (Fuente: Plan de Ordenamiento Urbano de la ciudad
de Loja, 2008).
El área urbana de la ciudad de Zamora, de acuerdo a la ordenanza del Municipio de
Zamora del 22 de abril de 1991 es de 4.70 km2 (Fuente: Plan de Ordenamiento Urbano de
la ciudad de Zamora, 2000).
Las zonas urbanas mencionadas, suman aproximadamente 62 km2, lo cual representa un
poco más del 4% del área en estudio. De allí que la influencia de las zonas urbanas dentro
de la subcuenca es baja.
3.2.2. Subdivisión de la Cuenca en Estudio
Se subdividió la cuenca de estudio en ocho subcuencas, para obtener un modelo
hidrológico más preciso, que considere los parámetros particulares de cada una.
La determinación de la subcuencas se la realizó con ayuda del software ArcMAP 10.1 y el
modelo de elevación digital (DEM) generado para el efecto, cuya representación gráfica se
puede ver en Anexo 2. Utilizando las herramientas del software en el módulo de
hidrología, es posible de manera rápida y precisa determinar el área que aporta caudal a un
punto determinado. El criterio para subdividir las cuencas se basó en ir integrando al cauce
principal los afluentes secundarios más significativos, así como tratar de obtener
subcuencas de áreas similares.
Las subcuencas generadas se denominaron de la siguiente manera:
1. Loja (Z01)
2. San Lucas (Z02)
3. Tambo Blanco (Z03)
-
17
4. Jimbilla (Z04)
5. San Francisco (Z05)
6. El Retorno (Z06)
7. Sabanilla (Z07)
8. La Fragancia (Z08)
Figura 8. Esquema de las subcuencas consideradas para el área en estudio. Fuente: Cartas topográficas IGM, imágenes satelitales.
La subdivisión de la subcuenca sobre el mapa base se puede apreciar en el Anexo 1. al
final del documento.
-
18
3.3. METODOLOGIA PARA ANALIZAR LA INFORMACIÓN CLIMÁTICA E
HIDROLÓGICA DISPONIBLE PARA LA ZONA EN ESTUDIO
La Dirección de Investigaciones de la UNL facilitó la información climatológica de las
instituciones y organismos que mantienen estaciones de registro dentro del área en estudio
y zonas aledañas. Estas instituciones u organismos son PREDESUR, INAMHI,
SENAGUA, Estación Científica San Francisco. Los registros climatológicos que interesan
para cumplir los objetivos de la presente investigación son fundamentalmente la
precipitación diaria y el aforo de los cauces.
Cuadro 2. Estaciones climatológicas funcionando dentro de la SARZ.
Código Nombre Estación Ubicación
Período de registro N E Cota
M0033 La Argelia 9,553,630 699,711 2,160 1,964 a 2,012
M0432 San Lucas 9,587,311 693,086 2,525 1,960 a 2,012
M0503 San Francisco – San
Ramón 9,561,615 714,075 1,620 1,964 a 2,012
H0889 Zamora DJ Sabanilla (en
Zamora) 9,550,921 727,809 902 1,974 a 2,014
Fuente: Registros INAMHI, Dirección de Investigaciones UNL.
3.3.1. Variación histórica de los registros de caudal en H0889.
Los registros de caudales medios mensuales de la estación H0889 para el período 1979-
2014, se pueden observar en el Anexo 5. En base a esta información, se determinó la media
aritmética de los valores medios anuales para poder elaborar un gráfico que permita
observar el comportamiento de los caudales a lo largo de este período. Utilizando
funciones de MS Excel se incluyó en este gráfico una línea de tendencia de la variación
histórica de caudales, la cual se puede observar en el capítulo de resultados.
3.3.2. Variación estacional de los registros de caudal
Para estimar el período de retorno de un determinado evento, se lo realiza mediante la
ecuación de probabilidad de ocurrencia de Hazen (Fattorelli, 2011):
𝑃(𝑥) =2𝑚 − 1
2𝑁
-
19
Siendo P(x) la probabilidad de ocurrencia de un evento; m, la ubicación o ranking de este
evento; N, el tamaño de la muestra. El período de retorno (TR) se calcula como el valor
inverso de P(x).
Para analizar la estacionalidad de caudales en la estación H0889, se parte ordenando todos
los registros mensuales de mayor a menor; se asigna una posición o ranking; se calcula su
probabilidad de ocurrencia; y, finalmente se calcula el período de retorno.
3.3.3. Precipitación ponderada para cada subcuenca
Para determinar las áreas de influencia de cada estación en cada una de las subcuencas, se
utilizó la metodología de los polígonos de Thiessen (1872-1956), la cual constituye un
método de interpolación básico basado en la distancia euclidiana, especialmente apropiada
cuando los datos son cualitativos.
En la Figura 9 se presenta de manera gráfica las áreas de influencia y en el siguiente
cuadro el resumen las áreas adoptadas y los factores de ponderación de cada estación.
Cuadro 3. Influencia de los pluviómetros para cada subcuenca del modelo hidrológico.
Cód. Subcuenca Área Total Áreas de Influencia Peso de cada Estación
Suma M0033 M0432 M0503 M0033 M0432 M0503
Z01 Loja 276.91 255.12 21.79 0.92 0.08 1.00
Z02 San Lucas 280.15 280.15 1.00 1.00
Z03 Tambo Blanco 233.94 91.59 142.35 0.39 0.61 1.00
Z04 Jimbilla 163.94 21.93 142.01 0.13 0.87 1.00
Z05 San Francisco 83.41 83.41 1.00 1.00
Z06 El Retorno 139.6 139.60 1.00 1.00
Z07 Sabanilla 183.28 183.28 1.00 1.00
Z08 La Fragancia 59.98 59.98 1.00 1.00
TOTAL : 1,421.21 km2
Fuente: Cartas topográficas IGM, imágenes satelitales.
Adicionalmente a la determinación geométrica de las áreas de influencia, también se
introdujo un factor de apreciación geográfica que estaría por encima de los datos
matemáticos. Este es el caso puntual de la afectación que tendría geométricamente la
estación M033 (La Argelia) para la subcuenca Z07 (Sabanilla); sin embargo, debido a la
divisoria de aguas de la cordillera oriental, el clima y las precipitaciones desde esta
-
20
divisoria hacia el oriente, ya no son afectados por el clima de la Hoya de Loja, siendo más
bien afectados en su totalidad por las condiciones climáticas registradas en la estación
M0503 (San Francisco). De allí que, el factor de ponderación para la subcuenca Z07 se
asume directamente 1.00 con relación a M0503.
Figura 9. Áreas de influencia de cada estación meteorológica. Fuente: Cartas topográficas IGM, registro estaciones meteorológicas.
3.3.4. Variación Estacional de Precipitaciones
Para hablar de una variación estacional de precipitaciones, se trabajó con los datos
calculados para un pluviómetro ponderado, cuya obtención se explicó en el acápite
anterior, con la finalidad de obtener un criterio más sustentado con relación a esta
variación y poderla comparar además con la variación de caudales. La información
histórica de precipitaciones en las estaciones inmersas en el área, así como el pluviómetro
ponderado, se presentan al final en Anexo 6. , Anexo 7. , Anexo 8. y Anexo 9.
-
21
El pluviómetro ponderado es afectado en un 53% por las precipitaciones de la zona oriental
(M0503), un 29% de la zona de San Lucas (M0403); y, un 18% de las precipitaciones que
se presentan en la hoya de Loja (M0033). De allí que las precipitaciones de la zona oriental
seguirán comandando esta variación estacional, tal como sucede con los caudales.
3.3.5. Superposición de precipitación ponderada y caudales registrados
La aplicación de los pesos pluviométricos a cada subcuenca condujo a obtener valores de
precipitación para toda la subcuenca en análisis con un “pluviómetro ponderado”. La
gráfica de estos valores con los caudales registrados en H0889 presentada en la Figura 10,
permite evaluar gráficamente la relación entre estos dos parámetros.
Cuadro 4. Influencia de cada pluviómetro para la SARZ.
CÓD SUBCUENCA ÁREA ÁREAS DE INFLUENCIA
M0033 M0432 M0503
Z01 Loja 276.91 255.12 21.79
Z02 San Lucas 280.15 280.15
Z03 Tambo Blanco 233.94 91.59 142.35
Z04 Jimbilla 163.94 21.93 142.01
Z05 San Francisco 83.41 83.41
Z06 El Retorno 139.60 139.60
Z07 Sabanilla 183.28 183.28
Z08 La Fragancia 59.98 59.98
TOTALES : 1,421.21 255.12 415.46 750.63
PLUVIÓMETRO PONDERADO : 0.18 0.29 0.53
Fuente: Cartas topográficas IGM, imágenes satelitales.
Esto significaría en principio que, para la cantidad total de lluvia caída en la subcuenca alta
del río Zamora, los registros de la estación M0033 (La Argelia) aportarían con el 18%, la
estación M0432 (San Lucas) aportaría con el 29%; y, la estación M0503 (San Francisco)
aportaría con el 53% del total. En extremo, esta afirmación no es correcta; debido a que, la
cantidad de lluvia caída en estas zonas no se traduce directamente en escorrentía en
función del área, sino que intervienen muchos otros factores hidrogeológicos propios de
cada subcuenca. Sin embargo, para poder realizar una evaluación preliminar de las
-
22
coincidencias entre precipitaciones y caudal registrado, la introducción del “pluviómetro
ponderado” es totalmente válida.
Figura 10. Superposición de caudales y precipitación ponderada (junio 2008). Fuente: Registros INAMHI.
El comportamiento “normal” de estas curvas sería que se mantengan totalmente paralelas,
con un desfase en tiempo entre precipitación y caudal registrado; sin embargo, como se
puede apreciar en las gráficas del año 2010 incluidas en los anexos, existe bastante
diferencia entre estas dos curvas, lo cual debe ser motivo de un estudio más profundo.
3.4. METODOLOGIA PARA ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE LAS
VARIABLES HIDROLÓGICAS, MEDIANTE LA APLICACIÓN DE UN MODELO
HIDROLÓGICO.
Para cumplir con este objetivo se trabajó en dos frentes: determinación de parámetros
hidrogeológicos utilizando mapas temáticos digitalizados; y, series de datos climatológicos
analizados en el proceso anterior.
3.4.1. Determinación de parámetros hidrogeológicos
Mediante la generación de los mapas temáticos se obtienen los parámetros necesarios para
posteriormente aplicar al modelo hidrológico. La representación gráfica de estos mapas
pueden verse en Anexo 3. y Anexo 4. Luego, mediante el uso de cartas topográficas del
IGM, fotografías aéreas, imágenes satelitales y con el apoyo de los SIG, se obtienen los
parámetros morfométricos y de cobertura que influyen directamente en el proceso de
0
50
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
JUNIO 2008Caudales en H0889
Pluviómetro ponderado
-
23
transformación de lluvia en escorrentía. Este trabajo se realiza para el año 2010 debido a
que las imágenes satelitales corresponden a dicho año.
El modelo de elevación digital (DEM) de la zona en estudio, es fundamental para realizar
la evaluación de pendientes de cada subcuenca y lograr determinar una pendiente
ponderada de los cauces mediante la construcción de curvas hipsométricas, parámetro que
permite una evaluación más acertada de la pendiente media de la subcuenca y del cauce. El
detalle de cálculo de la pendiente hipsométrica para cada una de las subcuencas, se
encuentra al final del documento, desde el Anexo 10. hasta el Anexo 17.
Para la determinación de coeficientes de escorrentía de cada una de las subcuencas se
necesitó determinar el tipo de suelos que conforman cada una de ellas, así como también su
tipo de cobertura y uso. El Almanaque Electrónico Ecuatoriano (AAE) del año 2002 fue la
fuente de información para generar las capas temáticas (http://www.uazuay.edu.ec/).
3.4.1.1. Parámetros geométricos:
Para este análisis de determinó los siguientes parámetros geométricos para cada una de las
subcuencas: área, perímetro, forma, longitud del cauce principal, pendiente equivalente.
Se calcularon los siguientes coeficientes para evaluar la morfometría de las subcuencas:
Coeficiente de forma, que determina la clase de forma de la cuenca.
Coeficiente de compacidad, que determina la forma de la cuenca.
Pendiente Longitudinal promedio
En el Cuadro 5 se resumen los datos morfométricos calculados para cada subcuenca.
)(*28.0A
PKc
L
HHmáxPl
min
2Lc
AKf
-
24
Cuadro 5. Análisis morfométrico de cada subcuenca del modelo.
Sub
cuen
ca
Áre
a (K
m2 )
Per
ímet
ro d
e la
sub
cuen
ca
(km
)
Long
itud
del c
auce
(km
)
Cot
a m
áxim
a (o
rigen
del
cauc
e)
Cot
a en
el p
unto
de
desc
arga
Pen
dien
te p
rom
edio
del
cau
ce
(%)
Tip
o de
rel
ieve
del
cau
ce
Pen
dien
te e
quiv
alen
te
cons
tant
e de
la c
uenc
a cu
rva
hips
omét
rica
(%)
For
ma
de la
cue
nca
Cla
se d
e fo
rma
Ten
denc
ia a
Cre
cida
s
Cla
sific
ació
n se
gún
el
tam
año
del á
rea
de a
port
e
Loja 276.91 80.95 38.87 3414 1886 3.93% Llano 2.27% Oval redonda a
oval oblonga Ligeramente
achatada Media Subcuenca
San Lucas 280.15 72.23 28.22 3665 1895 6.27% Accidentado
medio 4.42%
Redonda a oval redonda
Ligeramente achatada
Media - Alta Subcuenca
Tambo Blanco 233.94 79.97 28.99 3399 1685 5.91% Accidentado
medio 5.28%
Oval redonda a oval oblonga
Ligeramente achatada
Media Subcuenca
Jimbilla 163.94 72.87 30.47 3267 1562 5.60% Accidentado
medio 3.88%
Oval oblonga a rectangular
oblonga Muy Poco achatada Baja Subcuenca
San Francisco 83.41 39.55 17.1 3233 1625 9.40% Accidentado
medio 6.72%
Redonda a oval redonda
Ligeramente achatada
Media - Alta Microcuenca
El Retorno 139.60 58.62 21.94 3195 1084 9.62% Accidentado
medio 6.05%
Oval redonda a oval oblonga
Ligeramente achatada
Media Subcuenca
Sabanilla 183.28 62.62 31.71 3626 1084 8.02% Accidentado
medio 5.31%
Oval redonda a oval oblonga
Ligeramente achatada
Media Subcuenca
La Fragancia 59.98 39.79 14.01 2914 896 14.40% Accidentado 12.33% Oval redonda a
oval oblonga Ligeramente
achatada Media Microcuenca
Fuente: Cartas topográficas IGM, imágenes satelitales.
-
25
3.4.1.2. Número de Curva (CN):
Este parámetro se determinó en base a un cruce de mapas de cobertura y taxonomía del
suelo, tomando como fuente el AEE. Este parámetro adopta un valor teórico de CN=100
para superficies impermeables y superficies de agua; mientras que para superficies
naturales siempre CN
-
26
Como el CN debe ser corregido por la condición de humedad antecedente del suelo, lo cual
se evalúa en función de la cantidad de precipitación caída en los 5 días anteriores, se
definen tres grupos:
AMC I : Para suelos secos ( ll5)< 25mm
AMC II : Para suelos húmedos 25mm 50mm
La evaluación de la precipitación antecedente se realizó para los eventos tipo B (ver
acápite 3.4.2), mientras que para los de tipo A (mensuales) se adoptaron diferentes
condiciones de humedad buscando que el hidrograma generado se ajuste lo mejor posible a
los caudales registrados.
Cuadro 7. Corrección del número de curva según condición de humedad antecedente.
AMC II AMC I AMC III AMC II AMC I AMC III AMC II AMC I AMC III 100 100 100 74 55 88 48 29 68 99 97 100 73 54 87 47 28 67 98 94 99 72 53 86 46 27 66 97 91 99 71 52 86 45 26 65 96 89 99 70 51 85 44 25 64 95 87 98 69 50 84 43 25 63 94 85 98 68 48 84 42 24 62 93 83 98 67 47 83 41 23 61 92 81 97 66 46 82 40 22 60 91 80 97 65 45 82 39 21 59 90 78 96 64 44 81 38 21 58 89 76 96 63 43 80 37 20 57 88 75 95 62 42 79 36 19 56 87 73 95 61 41 78 35 18 55 86 72 94 60 40 78 34 18 54 85 70 94 59 39 77 33 17 53 84 68 93 58 38 76 32 16 52 83 67 93 57 37 75 31 16 51 82 66 92 56 36 75 30 15 50 81 64 92 55 35 74 25 12 43 80 63 91 54 34 73 20 9 37 79 62 91 53 33 72 15 6 30 78 60 90 52 32 71 10 4 22 77 59 89 51 31 70 5 2 13 76 58 89 50 31 70 0 0 0 75 57 88 49 30 69
Fuente: Monsalve, 1995.
-
27
3.4.2. Series de datos climatológicos
Para aplicar el modelo y evaluar su bondad, se realizaron dos tipos de análisis
diferenciados por los períodos de duración, de la siguiente forma:
Eventos tipo A: una simulación para cada uno de los meses del año 2010 (total 12);
Eventos tipo B: simulaciones de período corto (5 días) para diferentes eventos
escogidos dentro de los años 2008 a 2012. Se buscó eventos en donde exista una mayor
correlación entre precipitación y caudal, de tal manera que se pueda ajustar
convenientemente los parámetros del programa.
3.4.3. Aplicación del modelo hidrológico con el software HEC-HMS
Para aplicar el modelo hidrológico utilizando el software HEC-HMS se requiere ingresar
información dentro de 4 grupos:
Basin Models (Modelos de Cuencas);
Meteorological Models (Modelos Meteorológicos);
Control Specifications (Especificaciones de Control); y,
Time-Series Data (Datos de Series de Tiempo).
A su vez, dentro de cada grupo de datos se tiene algunos componentes, tal como se detalla
a continuación, tomando como ejemplo el evento tipo B, del 7 al 11 de julio de 2008.
3.4.3.1. Basin Models (Modelo de Cuenca)
Figura 11. Pestaña inicial del Modelo de Cuenca en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS v4.0
-
28
Figura 12. Esquema del modelo hidrológico utilizado en el software HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS v4.0
En la siguiente figura se observa las diferentes pestañas de información que es necesario
ingresar dentro del grupo “Basin Models”.
-
29
Figura 13. Pestañas para ingreso de información del Modelo de Cuenca en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS v4.0
a) Ingreso de las subcuencas (Subbasins):
El ingreso de las subcuencas y demás elementos gráficos se realiza en pantalla, en el área
de “escritorio”. Luego en el área de “explorador de cuencas” se realiza el ingreso de la
información en detalle en cada una de las pestañas, tal como se aprecia en la figura
anterior.
Cuadro 8. Información para pestaña “Subbasin” (Subcuencas)
Cód Nombre
subcuenca
Área Punto descarga
Método de pérdidas
Método de transformación
Método de flujo base km2
Z01 Loja 276.91 J01
Núm
ero
de C
urva
del
SC
S
Hid
rogr
ama
Uni
tario
del
SC
S
Rec
esió
n
Z02 San Lucas 280.15 J01
Z03 Tambo Blanco 233.94 J02
Z04 Jimbilla 163.94 J03
Z05 San Francisco 83.41 J03
Z06 El Retorno 139.60 J04
Z07 Sabanilla 183.28 J04
Z08 La Fragancia 59.98 J05
TOTAL : 1,421.21 km2
Fuente: Cartas topográficas IGM, modelo hidrológico HEC-HMS.
-
30
Cuadro 9. Información para pestaña “Loss” (Pérdidas)
Cód Nombre subcuenca Lluvia 5 días
anteriores Número de curva
Abstracción inicial Área impermeable
mm %
Z01 Loja 15.1 58 36.8 4.0
Z02 San Lucas 91.7 88 6.9 1.0
Z03 Tambo Blanco 55.8 86 8.3 0.0
Z04 Jimbilla 40.6 83 10.4 0.0
Z05 San Francisco 32.7 78 14.3 0.0
Z06 El Retorno 32.7 77 15.2 0.0
Z07 Sabanilla 32.7 75 16.9 0.0
Z08 La Fragancia 32.7 77 15.2 2.0
Fuente: Cartas topográficas IGM, imágenes satelitales, mapas de cobertura.
El CN del cuadro anterior se obtuvo para una condición de humedad intermedia
interpolando entre AMC-I, AMC-II y AMC-III; en base a la cantidad de lluvia ponderada
registrada en los 5 días anteriores al evento. La abstracción inicial se calcula con la
ecuación del método del US-SCS:
𝐼𝑎 = 0.20 (25,400
𝐶𝑁− 254)
Cuadro 10. Información para pestaña “Transform” (Transformación)
Cód Nombre subcuenca
Longitud total del cauce
Pendiente promedio
Tiempo de concentración
Lag time
(m) (m/m) (h) (min)
Z01 Loja 38,873 0.0227 4.77 172
Z02 San Lucas 28,223 0.0442 2.89 104
Z03 Tambo Blanco 28,989 0.0528 2.75 99
Z04 Jimbilla 30,474 0.0388 3.22 116
Z05 San Francisco 17,102 0.0672 1.67 60
Z06 El Retorno 21,936 0.0605 2.11 76
Z07 Sabanilla 31,707 0.0531 2.94 106
Z08 La Fragancia 14,015 0.1233 1.13 41
Fuente: Cartas topográficas IGM, características morfométricas.
El tiempo de concentración se calculó con la fórmula de Kirpich y el tiempo de retardo
(Tlag) se calcula como el 60% del tiempo de concentración.
-
31
𝑇𝑐 = 0.000325𝐿0.77
𝑆0.385
En donde Tc es el tiempo de concentración (h), L la longitud del cauce principal (m) y S la
pendiente promedio del cauce (m/m).
Cuadro 11. Información para pestaña “Baseflow” (Flujo Base)
Cód Nombre subcuenca
Volumen descarga total
Descarga inicial Constante de recesión
Relación QLÍMITE vs QPICO
(m3x106) (m3/s)
Z01 Loja 323 0.36 0.95 0.25
Z02 San Lucas 2,474 2.75 0.95 0.25
Z03 Tambo Blanco 9,270 10.31 0.95 0.25
Z04 Jimbilla 8,123 9.03 0.95 0.25
Z05 San Francisco 4,013 4.46 0.95 0.25
Z06 El Retorno 6,420 7.14 0.95 0.25
Z07 Sabanilla 7,701 8.56 0.95 0.25
Z08 La Fragancia 2,849 3.17 0.95 0.25
TOTALES : 41,173 45.79
Fuente: registro de caudales H0889, modelo hidrológico HEC-HMS.
La descarga inicial corresponde al flujo con que inicia el evento. Para ello se distribuye
este valor para cada una de las subcuencas de manera proporcional al volumen de descarga
total que genera cada una de ellas en el modelo.
La constante de recesión se determinó del cuadro dado por Pilgrim y Cordery (1992) para
cuencas entre 300 y 16,000 km2. Las cuencas más grandes pueden tomar valores de k del
rango superior, mientras que las pequeñas deben tomar los valores más bajos.
Cuadro 12. Valores de recesión constante diaria según el componente de flujo
Componente del flujo Recesión constante (diaria)
Aguas subterráneas 0.95
Interflujo 0.80 – 0.90
Escorrentía superficial 0.30 – 0.80
Fuente: HEC-HMS Technical Reference Manual.
-
32
b) Ingreso de las uniones de cauces (Junction):
Figura 14. Pestañas para ingreso de información de Uniones en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS v4.0
Cuadro 13. Información para pestaña “Junction” (Uniones)
Cód Nombre unión Subcuencas que aportan Punto de descarga
J01 Unión Río Zamora + Río San Lucas Z01 + Z02 T01
J02 Unión Río Zamora + Río Tibio Z01 + Z02 + Z03 T02
J03 Unión Río Zamora + Río San Francisco Z01 + Z02 + Z03 + Z04 + Z05 T03
J04 Unión Río Zamora + Río Sabanilla Z01 + Z02 + Z03 + Z04 + Z05 + Z06 + Z07 T04
J05 Unión Río Zamora + Subcuenca Z08 Z01 + Z02 + Z03 + Z04 + Z05 + Z06 + Z07 + Z08 Salida
Fuente: Modelo hidrológico HEC-HMS.
c) Ingreso de los tramos de cauce (Reach):
Figura 15. Pestañas para ingreso de información de Cauces en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS v4.0
-
33
Cuadro 14. Información para pestaña “Reach” (Tramos)
Cód Ubicación Longitud
(km)
Cotas Pendiente media del cauce
(m/m)
Routing method
Desde Hasta Inicio Final
T01 J01 J02 14.765 1,886.00 1,685.00 0.014
Muskingum T02 J02 J03 7.809 1,685.00 1,625.00 0.008
T03 J03 J04 12.694 1,625.00 1,084.00 0.043
T04 J04 J05 8.815 1,084.00 896.00 0.021
Fuente: Cartas topográficas IGM, modelo hidrológico HEC-HMS.
Cuadro 15. Información para pestaña “Routing” (Enrutamiento)
CÓD PENDIENT
E (m/m)
Parámetros Muskingum-Cunge
Sección Parabólica Velocidad de Onda Caudal Estimado
(m3/s) X K (h)
B (m) H (m) R (m) n V (m/s) Vw
(m/s)
T01 0.014 15.00 0.466 0.31 0.08 0.67 0.96 3.11 0.50 4.26
T02 0.008 25.00 0.979 0.65 0.08 0.82 1.18 13.42 0.50 1.83
T03 0.043 25.00 0.889 0.59 0.08 1.82 2.62 26.92 0.50 1.35
T04 0.021 30.00 1.293 0.86 0.08 1.65 2.37 42.62 0.50 1.03
Fuente: Cartas topográficas IGM, modelo hidrológico HEC-HMS, registros de caudal.
El cuadro anterior permitió determinar los valores de X y K para ingresarlos en la pestaña
“Routing”, los cuales se determinan en función de las características del flujo en los tramos
de río entre uniones (teóricamente sin ingreso de nuevos aportes). Son parámetros que
determinan la forma del tránsito de la onda de crecida en los tramos de cauce y los mismos
influyen en los tiempos de llegada de las crecientes.
El procedimiento de cálculo en extenso se detalla en el Manual de Referencias Técnicas
del HEC-HMS; sin embargo, a continuación se resumen las principales ecuaciones. La
velocidad de la corriente de agua, se determina mediante la clásica ecuación de Manning
para canales abiertos:
𝑉 =1
𝑛𝑅
2
3𝑆1
2
En donde V, es la velocidad media de la corriente; n, es el coeficiente de rugosidad del
cauce (que para este caso se asume igual a 0.08); R, es el radio hidráulico (Área de la
sección / Perímetro mojado); S, es la pendiente media del cauce (m/m). Es importante
-
34
señalar que para los cálculos correspondientes, se asume una sección transversal del cauce
del río de forma parabólica.
La velocidad de la onda de creciente Vw se calcula como:
𝑉𝑤 = 𝑝 ∗ 𝑉
Siendo p el exponente de la curva de descarga-área de la sección transversal. Este
coeficiente se toma como 1.44 para una sección transversal parabólica (Fattorelli, 2011).
El valor de X demuestra el nivel de atenuación de la onda de creciente al pasar por el tramo
el río en análisis y varía entre 0 y 0.50; siendo usual un valor cercano a 0.50 para cauces
bien definidos y sin planicies inundables (Cunge, 1969). El valor de K representa el tiempo
de traslado de la onda de creciente a lo largo del tramo de río.
Adicionalmente, se incluyó un elemento tipo “Sink” (Salida) en el cual se resume el
hidrograma final, superpuesto con los caudales registrados en el punto de control (H0889).
3.4.3.2. Time-Series Data (Datos de series de tiempo)
Este es uno de los bloques básicos del modelo; ya que, en el mismo se establecen todas las
series de tiempo, tanto de escorrentía como de caudales registrados para el período de
análisis.
a) Pluviómetros (Precipitation Gages):
Aquí se ingresan cada uno de los pluviómetros que serán utilizados para el análisis. Por
ejemplo, para la estación pluviométrica La Argelia, se tiene:
-
35
Figura 16. Pestañas para ingreso de Series de Tiempo (precipitación) en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS.
b) Aforos de cauces (Discharge Gages):
Aquí se ingresan cada una de las estaciones de control de descargas. En este caso, se
trabajó solamente con la “Estación Zamora DJ Sabanilla (en Zamora)”, código H0889:
Figura 17. Pestañas para ingreso de Series de Tiempo (caudales) en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS.
-
36
3.4.3.3. Meteorological Models (Modelos meteorológicos)
En este acápite se generan tantos modelos como el usuario los requiera. Básicamente
consiste en definir que el cálculo de la escorrentía se efectúe en base a los “gages” o
pluviómetros. Algo fundamental es definir cuáles pluviómetros afectan a cada subcuenca y
en que magnitud con respecto a un 100%. Por ejemplo para la subcuenca Z01, se introduce
los datos de la siguiente forma:
Figura 18. Introducción de pesos de cada estación pluviométrica en cada subcuenca. Fuente: Software HEC-HMS.
En el Cuadro 3, (Influencia de los pluviómetros para cada subcuenca del modelo
hidrológico.) se presenta la información con la que se trabajó en el presente acápite.
3.4.3.4. Control Specifications (Especificaciones de Control)
En este bloque del software se define las fechas de inicio y finalización de la simulación,
así como el intervalo de tiempo para el cual deberá calcularse resultados parciales.
Figura 19. Especificaciones de Control en HEC-HMS. Fuente: Software HEC-HMS
-
37
3.5. METODOLOGIA PARA ANALIZAR LA RELACIÓN EXISTENTE ENTRE
COBERTURA VEGETAL Y CAUDAL MÁXIMO GENERADO PARA UN
EVENTO MÁXIMO PREDETERMINADO
Para cumplir con el tercer objetivo se escogió el modelo hidrológico elaborado para el mes
de julio de 2010, debido a que es el mes del año que registra el más alto caudal medio
diario (466.736 m3/s) y el coeficiente de correlación del modelo está en el orden de 0.734.
La estrategia asumida es generar “escenarios ficticios” en donde se asume el cambio de
cobertura de bosques por pastizales, debido a actividades antrópicas (deforestación para
ampliación de la frontera agrícola y/o para pastoreo de ganado). El cambio del nivel de
cobertura se traduce en una modificación del número de curva y por consiguiente en una
modificación del comportamiento hidrológico de la subcuenca. El procedimiento exacto
seguido puede resumirse de la siguiente manera:
a) Imposición de varios escenarios para pasar de condición de humedad AMC-II a AMC-
III;
b) Determinación de los nuevos valores del CN;
c) Cálculo de los nuevos parámetros que cambian con el CN;
d) Corrida del modelo hidrológico en HEC-HMS sin cambio adicional alguno;
e) Obtención del hidrograma de salida y determinación del valor máximo de caudal
generado;
f) Elaboración de un cuadro resumen y gráficos que ayudan a visualizar la relación entre
las variables involucradas.
De este modo se puede llegar a establecer una relación entre cambios de cobertura,
escorrentía y tiempo de respuesta para un determinado evento pluviométrico.
4. RESULTADOS
Luego de desarrollar los diferentes procesos de esta investigación, se obtuvieron diversos
resultados, los mismos que se resumen a continuación.
-
38
4.1. RESULTADOS DE LA INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA E HIDROLÓGICA
4.1.1. Variación histórica de los registros de caudal.
Con el procedimiento ya mencionado, se realizó el análisis de la variación histórica y
estacional para la estación H0889 que es la única que se mantiene operando hasta la
actualidad.
El registro histórico de los caudales medios mensuales de la estación H0889 y el cálculo
del valor medio anual se presenta en el Anexo 5. Con esta información se preparó una
gráfica de los valores medios anuales de la estación H0889 para el período 1979 a 2014, en
donde además se incluye una línea de tendencia; figura que se presenta a continuación:
Figura 20. Variación del caudal medio anual en la estación H0889. Fuente: Registros INMAHI 1979-2014.
4.1.2. Variación estacional de los registros de caudal.
En el siguiente cuadro se resume la información del análisis estacional realizado a los datos
de la estación H0889 para el período 1979 a 2014.
0
20
40
60
80
100
120
140
1,979 1,984 1,989 1,994 1,999 2,004 2,009 2,014
Ca
ud
al
me
dio
an
ua
l (m
3/s
)
Año
VARIACIÓN DEL CAUDAL MEDIO ANUAL EN LA ESTACIÓN H0889
-
39
Cuadro 16. Resumen variación estacional H0889, período 1979 a 2014. P
orce
ntaj
e de
Pro
babi
lidad
de o
curr
enci
a
Ene
ro
Feb
rero
Mar
zo
Abr
il
May
o
Juni
o
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ubre
Nov
iem
bre
Dic
iem
bre
Per
íodo
de
reto
rno
(año
s)
1.3% 157 159 170 201 188 311 308 148 109 84 103 115 78
4.0% 140 125 145 171 150 225 196 124 96 80 76 98 25
25.0% 82 89 92 102 98 157 134 96 74 62 56 70 4
50.0% 65 69 71 86 84 124 120 79 64 53 45 57 2
75.0% 49 51 61 70 70 84 102 62 49 45 37 42 1
95.0% 35 36 46 56 54 64 78 48 42 40 26 29 1
Fuente: Registros INAMHI, Dirección de Investigaciones UNL.
La información del cuadro anterior se traduce en el siguiente gráfico de curvas de variación
estacional.
Figura 21. Curvas de variación estacional de caudal en estación H0889. Fuente: Registros INAMHI 1974-2014.
4.1.3. Variación estacional de los registros de precipitaciones.
Con el procedimiento ya mencionado, se realizó el análisis de la variación estacional para
cada una de las estaciones pluviométricas. En el cuadro siguiente se presenta un resumen
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Caud
al (m
3 /s)
Mes del año
Curvas de Variación Estacional Estación H0889Período 1974 - 2014
Probabilidad del 1.3% Corresponde a un Tr de 78 años. Probabilidad del 4% Corresponde a un Tr de 25 años.
Probabilidad del 25% Corresponde a un Tr de 4 años. Probabilidad del 50% Corresponde a un Tr de 2 años.
Probabilidad del 75% Corresponde a un Tr de 1 años. Probabilidad del 95% Corresponde a un Tr de 1 años.
-
40
de la probabilidad de ocurrencia de precipitaciones en la estación M0033, cuya
información completa se puede ver en el Anexo 6.
Cuadro 17. Resumen probabilidad de ocurrencia precipitaciones en M0033 (La Argelia)
Por
cent
aje
de
Pro
babi
lidad
de
ocur
renc
ia
Ene
ro
Feb
rero
Mar
zo
Abr
il
May
o
Juni
o
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ubre
Nov
iem
bre
Dic
iem
bre
Per
íodo
de
reto
rno
(año
s)
1.7% 213.80 310.20 317.20 198.70 150.50 120.00 101.00 152.40 89.80 136.40 152.50 198.10 60
4.0% 170.61 268.76 295.01 185.61 129.01 96.83 92.95 108.51 80.98 131.29 136.05 174.02 25
25.0% 131.70 153.50 188.00 126.70 78.30 79.00 60.70 52.10 48.90 96.10 102.90 118.40 4
50.0% 83.15 114.95 139.50 97.40 64.20 52.90 43.45 32.60 37.15 71.50 70.40 100.85 2
75.0% 58.20 90.20 93.50 75.80 46.20 29.80 33.10 19.90 25.00 47.10 48.00 77.60 1
95.0% 46.40 56.00 53.50 59.40 23.40 11.30 15.30 6.90 18.10 29.60 13.00 39.20 1
Fuente: Registros INAMHI 1980-2012.
Figura 22. Curvas de variación estacional estación M0033 (La Argelia). Fuente: registros INAMHI 1980-2014.
En el cuadro siguiente se presenta un resumen de la probabilidad de ocurrencia de
precipitaciones en la estación M0432, cuya información completa se puede ver en el
Anexo 7.
0
50
1
