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Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ingeniería Civil
INFORME DE HIDROLOGÍA CI5101 – Hidrología
Tarea 3 Delimitación de una Cuenca y Análisis de Precipitaciones
Integrantes: Nicolás Aceituno
Profesor: James McPhee
Auxiliares: Sebastián Fernández
Ayudante: Juan Carlos Richard
Fecha entrega: 28/05/2014
INTRODUCCIÓN
Cuantificar la precipitación no es una tarea simple, dado que su distribución no
siempre es uniforme al ser demasiado extensa la superficie donde ocurre. La mayoría de
los procesos hidrológicos derivan de las precipitaciones, por lo que la medición de éstas es
en extremo importante para poder cuantificar otros procesos hidrológicos.
Para poder medir la precipitación se utilizan diversos instrumentos hidrológicos, los
que utilizan tecnologías desde básicas hasta avanzadas. En particular, una forma de
estimar la precipitación en un área es midiendo el caudal que escurre en dicha cuenca a
través de un curso particular de agua. En este informe, se estudiarán las precipitaciones a
través de una delimitación de cuenca y medición de caudal del Río Cautín, río particular de
la provincia de Cautín, con una longitud de 174 km y área de cuenca aportante de 3100
𝑘𝑚2 en la totalidad del río uniéndose al imperial.
Para la realización de este informe y actividad práctica se solicita realizar un análisis
de precipitaciones en una zona de la cuenca de Curacautín, donde se utilizará el software
Global Mapper, que permite integrar información geográfica especializada con
información hidrológica, además de permitir realizar cálculos de información
geomorfológica de un lugar. Además, se delimitará dicha cuenca a través de herramientas
computacionales idóneas, calculando características geomorfológicas y propiedades
hidrográficas de la zona.
METODOLOGÍA Y CÁLCULOS
Con el objetivo de analizar las características geomorfológicas delimitando una
cuenca y realizar un análisis de precipitaciones se realizan el siguiente desarrollo teórico y
práctico solicitado:
P1 Delimitación de la Cuenca:
Se solicita determinar las características geomorfológicas de dicha cuenca, tales como:
Área total, cota máxima y mínima, longitud del cauce principal y curva hipsométrica en la
cuenca mostrada en la figura 1, además se solicita entregar un mapa con escala de
elevación de la cuenca, vale decir, de curvas de nivel.
Para realizar los cálculos anteriores se utiliza el programa Global Mapper. En primer
lugar se buscan los mapas coordenada correspondiente a la ciudad de Temuco, cercana al
Río Cautín para poder encontrar la zona de estudio, a continuación se detallan los pasos
para generar la cuenca aportante al punto donde se calculará el caudal:
1. Descargar los mapas correspondientes a las zonas de estudio desde la
página http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/index.jsp, a través de ésta
se obtienen los archivos DEM que permiten conocer las características
geomorfológicas.
2. Dado que se quiere conocer el caudal en un punto del Río Cautín, se
localiza geográficamente éste en Google Earth, obteniendo que se
encuentra en la coordenada Geográfica:
𝐿𝑎𝑡 = −38.749293°
𝐿𝑜𝑛𝑔 = −72.587426°
3. A través de la Herramienta Digitizer de Global Mapper se señala la opción
de ingresar un punto a través de sus coordenadas, se ingresan las
coordenadas geográficas en el puente ferroviario y se halla el punto en el
mapa.
4. En torno al punto anterior se señala, desde la pestaña Analysis la opción
“Create Watershed”, para crear la cuenca, se otorgan valores a la
resolución de las celdas que conforman la cuenca y así como también se
otorgan una serie de parámetros característicos al proceso de generación
de la cuenca. Se obtiene la cuenca mostrada en la figura 1.
Figura 1. Cuenca Aportante a Río Cautín en Cruce Ferroviario, Global Mapper.
5. A través de la delimitación de cuenca y la opción en la pestaña Analysis
Generate Contours, se crean las curvas de nivel, siendo resumidas en la
figura 2 como el mapa de curvas de nivel solicitado en el enunciado (mapa
de escala de elevación del cuenca).
Figura 2. Mapa de Escala de Elevación de la Cuenca, Global Mapper
6. Las propiedades geomorfológicas siguientes se calculan como se explica:
a) Área Total: Se selecciona el contorno de la cuenca, se hace click
derecho y a través de la opción Anylisis/Measurement, se
selecciona Measure y se obtiene el área total de la cuenca:
𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2931 𝑘𝑚2
b) Cota Máxima y Mínima: Realizando un análisis Visual de las curvas
de nivel de la figura 2 es posible obtener las cotas máximas y
mínimas, sabiendo además que de la definición de cuenca el
punto donde se calcula el caudal es la cota mínima de éste.
𝐶𝑜𝑡𝑎𝑀𝑎𝑥 ≈ 2900 𝑚. 𝑠.𝑛.𝑚
𝐶𝑜𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛 = 85 𝑚. 𝑠.𝑛.𝑚
c) Longitud del Cauce Principal: Para calcular la longitud del cauce
principal en primer lugar se define el cauce principal en la figura 1,
lo anterior se muestra en la figura 3, la suma de los tramos que
componen el cauce principal dan el largo total.
Para esbozar el cauce principal se utilizó el registro de Isoyetas
que otorga la DGA, donde además vienen todos los cauces del río
cautín y se conoce el principal y en programa Global Mapper se
creó una línea que la siguiera y entregara la longitud.
Figura 3. Longitud de Cauce principal en marcador azul punteado, Global Mapper.
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒 𝑝𝑝𝑎𝑙 = 130.53 𝑘𝑚
d) Curva Hipsométrica: Para crear la curva hipsométrica lo que se
hace en primer lugar es calcular el área entre las distintas curvas
mediante el empleo de la función Measurement y el cálculo del
área, luego de eso se asocia cada área al promedio de cotas, así
entonces se obtiene el área que tiene cierta altura promedio,
posteriormente se suman las áreas para obtener un área
acumulada, que es transformada a porcentaje y se relativizan las
alturas a la menor, correspondiente a 100 m. El proceso anterior
se muestra en la tabla 1.
Tabla 1. Resumen de datos para cálculo de Curva Hipsométrica
Altura [m] Área [km^2] Área acumulada [km^2] Altura relativa Área relativa [%] Altura relativa [%]
100 270 3636.05 3636.05 0 1 0
200 412 3366.05 3366.05 100 0.925743595 0.0625
300 440 2954.05 2954.05 200 0.812433822 0.125
400 392 2514.05 2514.05 300 0.691423385 0.1875
500 330 2122.05 2122.05 400 0.583614087 0.25
600 585 1792.05 1792.05 500 0.492856259 0.3125
700 35 1207.05 1207.05 600 0.331967382 0.375
800 71 1172.05 1172.05 700 0.322341552 0.4375
900 62 1101.05 1101.05 800 0.302814868 0.5
1000 52 1039.05 1039.05 900 0.285763397 0.5625
1100 426 987.05 987.05 1000 0.271462164 0.625
1200 208 561.05 561.05 1100 0.154302059 0.6875
1300 115 353.05 353.05 1200 0.097097125 0.75
1400 105 238.05 238.05 1300 0.065469397 0.8125
1500 72 133.05 133.05 1400 0.036591906 0.875
1600 66 61.05 61.05 1500 0.016790198 0.9375
Total 3641 0 1600 0 1
Con los datos de la tabla 1 se construye la Curva Hipsométrica, mostrada en la figura 4
y hecha graficando las columnas 6 y 7 de la tabla 1.
Figura 4.Curva Hipsométrica cuenca en estudio de figura 1
P2 Análisis de Precipitaciones:
Con el objetivo de obtener las magnitudes del precipitación media anual sobre la
cuenca de la figura 1 y poner en práctica los conocimientos dados a conocer en las clases
de cátedra se plantean los siguientes procedimientos a realizar:
1. Análisis de consistencia mediante curvas doble acumuladas.
2. Extensión y relleno de pluviometría mensual, en caso de ser requerida.
3. Determinación de precipitación media anual sobre la cuenca utilizando los
siguientes métodos:
a. Aritmético
b. Polígonos de Thiessen
c. Isoyetas
Comentar además si existe un comportamiento orográfico de las lluvias para la cuenca
seleccionadas.
Para realizar los procedimientos anteriores se debe tener en cuenta que el orden a
realizar es inverso, vale decir se realiza la actividad 2 y luego la 1.
En primer lugar se transforman las coordenadas UTM de las estaciones pluviométricas
a coordenadas geográficas, de esta manera pueden ser situados estos puntos en el archivo
de Global Mapper adjuntado en la entrega. Lo anterior se resumen en la tabla 2.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Alt
ura
Re
lati
va [
%]
Área relativa [%]
Curva Hipsométrica Tabla 1
Tabla 1. Resumen Coordenadas estaciones pluviométricas
Código BNA Nombre Estación Long.
[°]
Latitud [°]
H [msnm]
09130001-K CHERQUENCO --38.684538 --71.999841 500
09122001-6 CURACAUTIN --38.448148 -71.896268 500
08350002-6 LAGUNA MALLECO --38.217581 --71.814041 890
09124001-7 LAUTARO -38.51844 --72.43754 210
09120003-1 MALALCAHUELLO --38.470926 --71.575424 950
09120002-3 MANZANAR
--38.463702 Eliminado ausencia excesiva de datos
--71.699321 Eliminado ausencia excesiva de datos
790
09129005-7 PUEBLO NUEVO (TEMUCO) -38.73499 -72.52948 100
09123002-K RARI-RUCA --38.425647 --72.010397 455
09122003-2 TOLHUACA
Eliminado ausencia excesiva de datos
Eliminado ausencia excesiva de datos
1350
09131002-3 VILCUN --38.667875 --72.010397 290
Insertando los puntos en el mapa raster adjuntado se pueden establecer las posiciones
geográficas de los pluviómetros para posteriormente utilizar las herramientas que
permitan generar los polígonos de thiesen y realizar los otros métodos de cálculo de
precipitaciones medias. La imagen que muestra la distribución espacial de las estaciones
en la cuenca se muestra en la figura 5.
Figura 5.Distribución espacial de estaciones relevantes en cuenca analizada,
Global Mapper
Es importante considerar que se descartaron dos estaciones, la de Manzanar y la de
Tolhuaca, lo anterior dado que en el archivo entregado existe una cantidad excesiva de
vacíos en los datos de precipitación mensual en muchos años, por lo que no es coherente
realizar un relleno o extensión de datos.
El relleno de los datos se realiza considerando la receta enseñada en clases,
consistente en:
---Relleno primero el año.
---Relleno el mes asumiendo el año, luego sumo los sumos los valores mensuales,
comparo con el anual fijo y distribuyo y compenso los errores de valores mensuales
rellenados.
El análisis de consistencia de datos se realiza ya teniendo el relleno de datos
mensuales terminado, el procedimiento se muestra en el archivo Excel “Precipitaciones
Nicolás Aceituno.xls”, a continuación se presentan los gráficos obtenidos de este análisis,
que genera una relación entre los datos de una estación con respecto a otra.
Figura 6. Análisis de consistencia entre mediciones de estaciones Malalcahuello y
Cherquenco.
Figura 7. Análisis de consistencia entre mediciones de estaciones Laguna Malleco
y Curacautín
y = 0.573x + 978.0R² = 0.485
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 1000 2000 3000 4000
Malalcahuello/Cherquenco
mall/cher
Lineal (mall/cher)
y = -0.023x + 1637.R² = 0.002
0
500
1000
1500
2000
2500
0 2000 4000 6000
Laguna Malleco/Curacautin
laguna malleco/curacautin
Lineal (laguna malleco/curacautin)
.
Figura 8. Análisis de consistencia entre mediciones de estaciones Laguna Malleco
y Malalcahuello
Figura 9. Análisis de consistencia entre mediciones de estaciones Laguna Malleco
y Rari-Ruca
y = 0.571x + 407.4R² = 0.400
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 2000 4000 6000
Laguna malleco/Malalcahuello
laguna malleco/malalcahuello
Lineal (laguna malleco/malalcahuello)
y = 0.005x + 113.1R² = 0.009
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2000 4000 6000
Laguna Malleco/Rari-Ruca
laguna malleco/rari-ruca
Lineal (laguna malleco/rari-ruca)
Figura 10. Análisis de consistencia entre mediciones de estaciones Laguna
Malleco y Malalcahuello.
Es importante notar que este análisis se hace en torno a la Laguna Malleco con
respecto a las otras estaciones. Importante es notar que en estos casos el análisis se hizo
se manera anual, vale decir se grafican precipitaciones anuales como la suma de las
precipitaciones que hubo en todos los meses en un año hidrológico.
Finalmente, para realizar el procedimiento 3 se utiliza nuevamente global Mapper, que
permite generar los polígonos de Thiessen de manera simple, lo anterior se muestra en la
figura 11.
y = 0.587x + 482.8R² = 0.546
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 2000 4000 6000
Laguna Malleco/Malalcahuello
laguna malleco/malalcahuello
Lineal (laguna malleco/malalcahuello)
Figura 11 Polígonos de Thiessen, Global Mapper
Por razones de tiempo no fue posible calcular las
DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
A partir de todo el análisis y la realización de los procedimientos anteriores es posible
reconocer inicialmente, que debido al uso en extremo complejo del software Grass, donde
hubo un gasto enorme de tiempo tan solo intentando instalarlo y luego tratando de
realizar lo solicitado dado que el programa arrojaba errores de manera constante y no
permitía realizar los procedimientos de manera natural se optó, a recomendación del
auxiliar utilizar el software Global Mapper, con éste se obtuvieron datos que en
comparación con quienes utilizaron Grass GIS 6.4 son muy similares.
Es importante notar que para generar la curva hipsométrica se utilizó un promedio de
altitud entre curvas de nivel inherente a cada área, que mediante un tratamiento
matemático simple permite graficar la curva hipsométrica, importante dado que puede
discriminar escenarios donde se pueden producir inundaciones al existir una cierta
cantidad de área donde se produce anegamiento, etc.
Con respecto a la escala de altura, esta se dibujó de manera simple utilizando el
programa Global Mapper.
Finalmente, con respecto a la utilización de los métodos para cálculo de precipitación
anual media y relleno de datos es posible concluir:
1- El relleno de datos se realiza siempre y cuando sea coherente y exista información
mínima para realizarlo, lo cual no se cumplió en dos pluviómetro, donde la inexistencia de
datos en rangos amplios hace imposible un relleno basado en los conocimientos
planteados por el profesor en cátedra.
2-Los métodos de cálculo de precipitación media, uno en distinción de otro,
discriminan distintos escenarios, vale decir, el aritmético por un lado cuantifica la cercanía
entre zonas, mientras el de polígonos toma en cuenta una área preponderándote donde
influye la precipitación, más el método final más correcto resulta ser el de las Isoyetas.