CREACIÓN DE UNA PLATAFORMA PARA LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DE UN TRAMO DEL ARROYO EL...

CREACIÓN DE UNA PLATAFORMA PARA LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA

DE LA CUENCA DE UN TRAMO DEL ARROYO EL PINTAO EN LA CIUDAD DE

SINCELEJO DEPARTAMENTO DE SUCRE

LUIS EDUARDO CERVANTES PINTO

OSCAR DAVID YENERY MUÑOZ

Trabajo de grado en modalidad de proyecto de investigación, presentado como

requisito para optar el título de Ingeniero Agrícola

Director

CARLOS ARTURO VERGARA GARAY

Ingeniero Agrícola Ms C

Codirector

HUMBERTO NEL FLÓREZ RAMOS

Ingeniero catastral y geodesta

UNIVERSIDAD DE SUCRE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

SINCELEJO

2010

Nota de aceptación:

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Firma del presidente del jurado

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Firma del jurado

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Firma del jurado

Sincelejo, Octubre de 2010

“ÚNICAMENTE LOS AUTORES SON RESPONSABLES DE LAS IDEAS

EXPUESTAS EN EL SIGUIENTE TRABAJO”

DEDICATORIA

A Dios que con su inmenso poder me ha dado la sabiduría para alcanzar este logro y ha

puesto a mi lado a las personas más adecuadas para ser mis guías en este proceso

continuo de aprendizaje.

A mis padres Luis Francisco y Cenovia del Carmen, quienes con sus esfuerzos y amor

me han dirigido hasta este punto y me enseñaron que en la vida uno debe hacerse

merecedor de las cosas que quiere.

A mis hermanitas Ketty Luz y Omaira Isabel, quienes me han aguantado todo este

tiempo y me motivaron vivamente para alcanzar esta meta.

A mi amada Heidy Milena, ese ser lindo que Dios puso en mi camino para llenar mi

corazón de amor y quien me ha hecho pensar en un futuro a su lado lleno de felicidad

y armonía.

LUIS EDUARDO CERVANTES PINTO.

A Dios por su amor, guía y dirección, por ser el motor de mi vida y la fuente de

inspiración.

A mi padre por enseñarme su humildad, su paciencia y su buen humor.

A mi madre por su apoyo grandioso e incondicional, por confiar en mí. Después de Dios

eres la persona que contribuyo potencialmente con este proyecto de mi vida.

A mis hermanos Marlon y ángel, por colaborarme en los momentos que lo necesite.

A mi querida y apreciada Gelen Lorena, por enseñarme de su ternura, dulzura, cariño

y amor, por alegrarme la vida.

A todos mis amigos y personas que según su proceder ayudaron a la consecución de este

trabajo.

OSCAR DAVID YENERY MUÑOZ

AGRADECIMIENTOS

“El principio de la sabiduría es el temor a Dios”

Es por ese principio que hoy podemos dar gracias primeramente al Dios todopoderoso por permitirnos

culminar esta etapa de preparación profesional en nuestras vidas. Sin la ayuda primera de Él hubiera

sido imposible haber alcanzado este nuevo logro.

A la Universidad de Sucre por abrir sus puertas y aceptarnos en su seno para llevar a cabo nuestras

carreras profesionales.

Al ingeniero Carlos Vergara Garay docente de la Universidad de Sucre y jefe de departamento de

ingeniería Agrícola. Por dirigir este trabajo de grado.

Al ingeniero Huberto Flórez Ramos, Codirector del trabajo de grado por la información aportada sobre

el manejo del software ArcGIS Desktop.

A los miembros del jurado evaluador, los ingenieros Gustavo Barros Cantillo, Pablo Caro Retis y Luis

Cerpa Reyes, por el aporte de sus conocimientos para un correcto desarrollo del trabajo.

A nuestros amigos, en especial a Yair Ruiz y Jhony Pérez, por su aporte de conocimientos y su

compañía invaluable en el proceso de aprendizaje dentro de la universidad.

A todas aquellas personas que colaboraron directa o indirectamente en la consecución de este logro

muchas gracias y que Dios los bendiga grandemente.

LUIS EDUARDO y OSCAR DAVID

6

TABLA DE CONTENIDO

Pag.

TABLA DE CONTENIDO ........................................................................................ 6

LISTA DE TABLAS ............................................................................................... 10

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. 11

LISTA DE ANEXOS .............................................................................................. 13

RESUMEN ............................................................................................................. 14

SUMMARY ............................................................................................................ 15

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16

1. ANTECEDENTES .............................................................................................. 18

2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 20

3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 21

3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 21

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 21

4. MARCO REFERENCIAL ................................................................................... 22

4.1 CUENCA HIDROGRÁFICA ............................................................................. 22

4.2 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS DE LA CUENCA ....................................... 22

4.2.1 Parteaguas o línea divisoria de aguas. ......................................................... 22

4.2.2 Área de la cuenca ......................................................................................... 22

4.2.3 Corriente o cauce principal de la cuenca ...................................................... 23

4.2.3.1 Orden de corrientes. .................................................................................. 23

4.2.4 Forma de la cuenca ...................................................................................... 23

4.2.4.1 Coeficiente de Compacidad o Índice de Gravelius (Kc). ............................ 23

7

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

4.2.4.3 Índice de alargamiento (Ia). ........................................................................ 24

4.2.5 Densidad de drenaje (Dd) ............................................................................. 24

4.2.6 Relieve de la cuenca ..................................................................................... 25

4.2.6.1 Pendiente de la Cuenca. ............................................................................ 25

4.2.6.2 Curva Hipsométrica. .................................................................................. 25

4.2.6.3 Pendiente del cauce principal. ................................................................... 26

4.2.7 Suelos. .......................................................................................................... 26

4.3 INFILTRACIÓN ................................................................................................ 26

4.4 MÉTODO SCS PARA ABSTRACCIONES ....................................................... 27

4.4.1 Precipitación de excesos por el método del número de la curva. ................ 27

4.4.2 Clasificación hidrológica de los suelos. ......................................................... 28

4.4.3 Tiempo de concentración según el SCS 1973 .............................................. 30

4.5 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG) .................................... 30

4.6 MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (MDE) ............................................... 30

4.7 MODELO HIDROLÓGICO ............................................................................... 31

5. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO ..................................... 32

5.1. LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO .................................................... 32

5.1.1 Limites del área de estudio. .......................................................................... 32

5.1.2 El Clima. ........................................................................................................ 35

5.1.3 Hidrografía. ................................................................................................... 35

5.1.4 suelos............................................................................................................ 36

5.1.5 Geología. ...................................................................................................... 36

6. DISEÑO METODOLÓGICO .............................................................................. 37

8

6.1. MATERIALES Y HERRAMIENTAS ................................................................ 39

6.1.1 MATERIALES ............................................................................................... 39

6.1.2 HERRAMIENTAS. ........................................................................................ 39

7. RESULTADOS .................................................................................................. 40

7.2 LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS ................................................... 40

7.3 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS Y MORFOMÉTRICOS DE LA CUENCA ... 41

7.3.1 Área de la cuenca ......................................................................................... 43

7.3.2 Corriente o cauce principal ........................................................................... 43

7.3.3 Forma de la cuenca. ..................................................................................... 43

7.3.4 Relieve de la cuenca ..................................................................................... 44

7.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS ................................................................ 46

7.5 USO DE LOS SUELOS ................................................................................... 47

7.6 BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS ....................... 48

7.6.1 Mapas creados en formato vector ................................................................. 48

7.6.2 Mapas creados en formato Raster ................................................................ 48

7.6.3 Propiedades del archivo El Pintao.basin. ...................................................... 49

8. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS .................................................................. 52

8.1 SELECCIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS ........................................................ 52

8.2 FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA ALTA DEL ARROYO EL PINTAO. ................ 54

8.2.1 Caracterización fisiográfica y morfométrica por subcuencas. ....................... 55

8.2.1.1 Subcuenca La selva ................................................................................... 55

8.2.1.2 Subcuenca Camilo 1 .................................................................................. 56

8.2.1.3 Subcuenca camilo 2 ................................................................................... 57

8.2.1.4 Subcuenca Pinar ........................................................................................ 58

9

8.2.1.5 Subcuenca Pioneros .................................................................................. 59

9.2.2 Cuenca alta del arroyo El Pintao. .................................................................. 60

9.3 CLASIFICACIÓN HIDROLÓGICA DE LOS SUELOS ...................................... 62

9.4 USO DE LOS SUELOS ................................................................................... 62

9.5 RELACIONES ENTRE GRUPO HIDROLÓGICO, USO DE LOS SUELOS Y

NÚMERO DE LA CURVA ...................................................................................... 63

9.6. BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS ...................... 66

10. CONCLUSIONES ............................................................................................ 68

RECOMENDACIONES .......................................................................................... 71

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 73

ANEXOS ................................................................................................................ 76

10

LISTA DE TABLAS

Pag.

Tabla 1. Clasificación de la cuenca según su área ................................................ 22

Tabla 2. Equivalencias entre clases texturales y grupos hidrológicos de suelo ..... 28

Tabla 3. Guía para interpretación de los usos de los suelos, al no disponer de

datos de ensayos de ingeniería ............................................................................. 29

Tabla 4. Parámetros Fisiográficos y morfométricos para cada subcuenca ............ 42

Tabla 5. Coeficientes para clasificar la forma de la cuenca ................................... 44

Tabla 6. Cuadro de cálculo para la curva hipsométrica ......................................... 44

Tabla 7. Parámetros fisiográficos de la cuenca alta del arroyo El Pintao .............. 45

Tabla 7. (Continuación) .......................................................................................... 46

Tabla 8. Cantidad de área cubierta por cada tipo de suelo .................................... 47

Tabla 9. Cantidad de área para cada uso del suelo ............................................... 47

Tabla 10. Propiedades fisiográficas básicas de las subcuencas del Pintao .......... 55

Tabla 11. Tabla de valores de número de la curva para los usos de suelos ......... 64

Tabla 12. Cuadro de cálculo del número de la curva ponderado para la cuenca alta

del arroyo El Pintao ................................................................................................ 65

11

LISTA DE FIGURAS

Pag.

Figura 1. Curvas hipsométricas características según Strahler ............................. 25

Figura 2. Ubicación del departamento de sucre en Colombia ............................... 33

Figura 3. Ubicación de la ciudad de Sincelejo en el departamento de Sucre ........ 33

Figura 4. Ciudad de Sincelejo, área rural y área urbana ........................................ 34

Figura 5. Sincelejo área urbana ............................................................................. 34

Figura 6. Área de estudio ....................................................................................... 35

Figura 7. Localización del punto de interés ............................................................ 40

Figura 8. Subcuencas del área de estudio ............................................................. 41

Figura 9. Curva hipsométrica la cuenca alta del arroyo El Pintao .......................... 45

Figura 10. Interface gráfica de HEC HMS con el modelo de cuenca generado ..... 49

Figura 11. Área de subcuencas vistos desde HEC HMS ....................................... 50

Figura 12. Valores para cálculo de pérdidas por el CN, visto desde HEC HMS .... 50

Figura 13. Valores del tiempo de retardo vistos desde HEC HMS ......................... 51

Figura 14. Resumen de elementos del modelo de cuenca en HEC HMS .............. 51

Figura 15. Puente sobre la calle 27 entre carreras 9E y 9F en el barrio Pioneros . 52

Figura 16. Transición de entrada del puente ......................................................... 53

Figura 17. Transición de salida del puente ............................................................ 53

Figura 18. Viga en concreto sobre la transición de salida ...................................... 54

Figura 19. Subcuenca La Selva y su fisiografía ..................................................... 56

Figura 20. Subcuenca Camilo 1 y su fisiografía ..................................................... 57

Figura 21 Subcuenca Camilo 2 y su fisiografía ...................................................... 58

12

Figura 22. Subcuenca Pinar y su fisiografía .......................................................... 59

Figura 23. Subcuenca Pioneros y su fisiografía ..................................................... 60

Figura 24. Cuenca alta del arroyo El Pintao y su fisiografía .................................. 61

13

LISTA DE ANEXOS

Pag.

Anexo 1. Mapa topográfico del área de estudio ..................................................... 77

Anexo 2. Mapa de arroyos de la cuenca ................................................................ 78

Anexo 3. Mapa de clasificación de suelos según su grupo hidrológico ................. 79

Anexo 4. Mapa de uso de los suelos ..................................................................... 80

Anexo 5. Modelo digital de elevaciones ................................................................. 81

Anexo 6. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM I ......... 82

Anexo 7. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM II ........ 83

Anexo 8. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM III ....... 84

Anexo 9. Mapa de valores de la retención potencial para la condición ACM II ...... 85

Anexo 10. Mapa de valores de la abstracción inicial para la condición ACM II ..... 86

Anexo 11. Vista 3D de la cuenca alta del arroyo El Pintao .................................... 87

Anexo 12. Resumen de parámetros fisiográficos de las subcuencas del área de

estudio ................................................................................................................... 88

Anexo 13. Tabla de valores del número de la curva para áreas urbanas y

condición antecedente de humedad normal ACM II .............................................. 89

14

RESUMEN

El presente estudio se llevó a cabo durante un periodo de 6 meses, en este

tiempo, se obtuvo la información necesaria para su desarrollo. El principal objetivo

ha sido crear una plataforma de información que sirva para hacer la modelación

hidrológica de la cuenca de un tramo del arroyo el Pintao.

Con el uso de software Arcgis desktop y HEC-geoHMS, se obtuvo y analizaron

rápidamente los parámetros morfométricos de la cuenca, el uso de los suelos, su

clasificación hidrológica según el método SCS para abstracciones, la división de la

cuenca en otras más pequeñas (subcuencas), las coberturas presentes en el área

estudiada y otras propiedades de la red de drenaje.

El modelo meteorológico quedo excluido de los alcances de este estudio, por lo

cual quedan pendientes el tratamiento de la precipitación y la calibración del

modelo.

La información cartográfica y todo el material fue obtenida del IGAC, estos

sirvieron de base para la elaboración de mapas de trabajo de los que se pueden

citar: Curvas de nivel, Modelo digital del terreno, Mapa de coberturas, Uso de

suelo, entre otros; estos mapas conjuntamente con los cálculos realizados

conforman la plataforma de información para el modelo de cuenca de un tramo del

arroyo el Pintao, en la ciudad de Sincelejo departamento de Sucre.

Palabras clave: Cuenca, Modelo Digital del Terreno, Modelación Hidrológica.

15

SUMMARY

This study was conducted over a period of 6 months, at this time; we obtained the

information necessary for their development. The main objective was to create an

information platform that will do the hydrologic modeling of the watershed of a

stream segment the Pintao.

Using ArcGIS Desktop software and HEC-GEOHMS was obtained and analyzed

quickly morphometric parameters of the basin; land use, hydrological classification

according to the SCS method for attractions, the division of the basin into smaller

(subbasin), coverage present in the area and other properties of the drainage

network.

The meteorological model is excluded from the scope of this study, which are

pending in the treatment of precipitation and model calibration.

The map data and other material was obtained from the IGAC, these formed the

basis for mapping work which includes: Contours, digital terrain model, map

coverage, land use, among others; these maps together with the calculations make

the information platform for the watershed model of a section of creek El Pintao in

Sincelejo in Sucre.

Keywords: Watershed, Digital Terrain Model, Hydrological Modeling

16

INTRODUCCIÓN

Las cuencas de drenaje, sus componentes y sus propiedades han sido de especial

atención por parte de investigadores en todo el mundo, esto debido a su

importancia en cuanto al desarrollo de sectores poblados tanto a nivel urbano

como rural. Lo anterior ha contribuido al desarrollo de conocimiento y tecnologías

cada vez más sofisticadas para el análisis de problemas presentes en estos

sistemas hidrodinámicos, los cuales afectan a los sectores económicos, políticos y

sociales de las poblaciones contenidas en ellos.

Uno de los inconvenientes que se ha presentado a lo largo del tiempo ha sido el

manejo de la información, ya que las variables que intervienen en los procesos

que se desarrollan dentro de una cuenca no solo son numerosas, sino que

además, presentan alteraciones en el tiempo y en el espacio, lo cual hace más

complicado su procesamiento en caso de que no se cuente con los mecanismos

adecuados.

“Desde la década de los sesenta, los Sistemas de Información Geográfico (SIG),

se han consolidado como herramienta sin igual para el análisis y modelación de

fenómenos donde lo espacial es parte del objeto de estudio. En efecto, su

aplicación, en disciplinas relacionadas con los recursos naturales tiene un

importante desarrollo a nivel internacional”1. Los SIG constituyen entonces una

herramienta básica para el tratamiento de datos geográficos necesarios para el

análisis de cuencas y brindan gran capacidad a la hora de manejar enormes flujos

de información.

1 HUNSAKER, et al. Spatial Models of Ecological Systems and Processes: The Role of GIS, Citado

por DÍAZ, Carlos, et al. Estimación de las características fisiográficas de una cuneca con la ayuda de SIG y MEDT: caso del curso alto del río Lerma, Estado de México [en línea]. Toluca, México. Universidad Autónoma del Estado de México. 1999. Disponible en internet: <http://redalyc.uaemex.mx/pdf/104/10401504.pdf> p. 3

17

La ciudad de Sincelejo, capital del departamento de Sucre, perteneciente a la

subregión montes de maría, está ubicada a los 9°18’ de latitud norte y 75°.23” de

longitud oeste del meridiano de Greenwich, “posee una pluviosidad de 1000mm a

1500mm al año, una temperatura media anual mayor a 24° C y un clima cálido

seco”2, es atravesada por dos corrientes efímeras superficiales que se encargan

del drenaje de la zona urbana, estas corrientes son el Arroyo el Paso y el Arroyo el

Pintao.

Mientras que en la época de verano el principal problema es el trasporte aguas

servidas que son vertidas directamente a los arroyos en algunos puntos de la

ciudad, en la época de lluvias suelen presentarse eventos de precipitación de gran

intensidad que generan inundaciones en varios sectores del municipio aledaños a

esas corrientes y sus afluentes, esta problemática ha seguido creciendo en los

últimos años como consecuencia de un aumento del área construida, la

pavimentación de vías y los cambios de uso del suelo, lo cual disminuye la

permeabilidad de las unidades de cuenca sobre las que está ubicada la ciudad

provocando un aumento de los caudales de escorrentía.

Bajo las premisas anteriores se hace necesario implementar tecnologías que

permitan analizar de forma rápida y precisa, los cambios que se vienen

presentando en las variables que afectan el funcionamiento de los sistemas de

cuencas de drenaje de la ciudad de Sincelejo, en el cual se pretende aplicar este

estudio utilizando las tecnologías de los SIG en una cuenca del Arroyo el Pintao,

tomando como punto de cierre el puente ubicado sobre la calle 27 entre carreas

9E y 9F en el barrio Pioneros, con el objeto de crear una plataforma para

modelaciones hidrológicas que permitan realizar cambios y rectificar los diseños

de las obras hidráulicas y de canalización que se pretenda realizar para la

prevención de inundaciones y desastres asociados a estas.

2

INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Atlas climatológico nacional tercera parte: Aspectos Departamentales. Bogotá: Imprenta nacional de Colombia ,2005. p. 85.

18

1. ANTECEDENTES

En la actualidad, dentro de las actividades de un planeamiento territorial, el

espacio geográfico definido por una cuenca hidrográfica es de fundamental

importancia para definir las acciones tendientes a la ordenación de los recursos.

En varios países alrededor del mundo se ha utilizado el potencial brindado por los

computadores para llevar a cabo estudios que permitan hacer una proyección y

ordenamiento territorial adecuado para sus ciudades.

A continuación se mencionan algunos trabajos de investigación relacionados con

el campo de estudio de este trabajo:

En Colombia, se han adelantado estudios con el uso de herramientas

computacionales que han permitido un avance en cuanto al manejo de recursos y

ordenación territorial. Tal es el caso del estudio hecho por la Universidad Nacional

de Colombia titulado “GEOMETRÍA, TOPOLOGÍA Y MORFOMETRÍA DE LAS

CUENCAS DEL MAGDALENA-CAUCA Y ATRATO A PARTIR DE MODELOS

DIGITALES DE TERRENO”3. El cual tomo como base los datos topográficos

del modelo digital de terreno (MDT) producido por Servicio Geológico

Americano (USGS) con resolución de 1.8 km. aproximadamente, se

estimaron diversos parámetros geométricos, morfométricos y topológicos para

la red de drenaje de las cuencas del Río Magdalena y del Río Atrato. Entre los

principales parámetros estimados se destacan: Orden de Horton - Strahler de las

corrientes de la red de drenaje, el área y el diámetro de la cuenca, la longitud del

canal principal, la longitud total de canales, entre otros.

3 MANTILLA, R; MESA, O. y POVEDA, G. Geometría, Topología y morfometría de las cuencas

Magdalena – Cauca y Atrato a partir de modelos digitales de terreno [en línea]. Medellín. Universidad Nacional de Colombia. (s.f.). Disponible en internet: < http://128.138.136.5/~ricardo/papers/GeomTopol_CALI.pdf>. p. 1

19

En la ciudad de Sincelejo se determinó el coeficiente de escorrentía en la cuenca

del arroyo la palma, se realizó un estudio fisiográfico y fisiométrico para conocer

cualitativa y cuantitativamente las características del área de estudio con la ayuda

de planos suministrados por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, se

procesaron, digitalizaron y analizaron los datos de campo mediante los software

AUTOCAD y el Sistema de Información Geográfica ARCVIEW. Los coeficientes

de escorrentía se hallaron mediante el método del número de la curva propuesto

por el Servicio de Conservación de Suelos (SCS) de los Estados Unidos y por la

definición, propiamente dicha del coeficiente de escorrentía4.

De igual forma en Sincelejo se construyeron las curvas de Intensidad – Duración –

Frecuencia (IDF), del municipio de Sincelejo (Sucre). Este proyecto consistió en

obtener intensidades máximas por año para diferentes duraciones, datos que se

convirtieron en intensidades horarias y que luego fueron ajustados con una

función de probabilidad, posteriormente se construyeron las curvas IDF a partir de

diferentes periodos de retorno con el uso del herramienta Microsoft Office Excel5.

Debido a la falta de estudios que apliquen la tecnología actual en la ciudad de

Sincelejo, nace la necesidad de hacer esta investigación, la cual constituirá una

base sólida, que a futuro, servirá para complementar otras investigaciones que se

quieran realizar con relación a esta área en la ciudad de Sincelejo.

4 BELLO PEREZ, Enrique; CAÑAVERA BARBOZA, Jorge y PAREDES PAREDES, Leider.

Determinación del coeficiente de escorrentía en la cuenca del arroyo la Palma. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2008. p. 13 5 AVILA LORDUY, Luis y DIAZ RUIZ, Mayra. Determinación de las curvas intensidad – duración –

frecuencia, para el municipio de Sincelejo departamento de Sucre. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2009. p. 6

20

2. JUSTIFICACIÓN

La dinámica y multiplicidad de factores que intervienen en los procesos que se

dan en una cuenca generan una serie de datos e información que son difícil de

procesar de forma manual, de manera que analizar el comportamiento de los

arroyos y cuerpos de agua presentes en ellos se vuelve complicado, por lo que se

hace necesario utilizar herramientas tecnológicas que faciliten el cálculo,

procesamiento y análisis de la información en menor tiempo.

Los modelos hidrológicos, implementados en un ordenador, cumplen con estas

expectativas conformando una vía de trabajo que incrementa la potencia de las

operaciones de cálculo toda vez que se realicen los procedimientos adecuados.

“Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) constituyen un instrumento de

trabajo que proporciona un medio adecuado para responder a cuestiones

relacionadas con la componente espacial de las variables hidrológicas. Estos

sistemas facilitan el tratamiento de la información gracias a que incluyen

procedimientos diseñados para realizar la captura, almacenamiento, manipulación,

análisis, modelación y presentación de datos georreferenciados”6. Por ello, los SIG

deben usarse para suministrar a los modelos hidrológicos las características de las

áreas estudiadas, las redes de drenaje y otros factores que intervienes en los

procesos de transformación lluvia – escorrentía en una cuenca.

6 NATIONAL CENTER FOR GEOGRAPHIC INFORMATION AND ANALYSIS. Santa Barbara,

Estados Unidos. University of California. (s.f.)

21

3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Crear mediante el uso de herramientas SIG, una plataforma de información que

permita realizar la modelación hidrológica de la cuenca de un tramo del Arroyo el

Pintao, tomando como punto de cierre el puente sobre la calle 27 entre carreas 9E

y 9F en el barrio Pioneros, en la ciudad de Sincelejo, departamento de sucre.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Crear los mapas de la cuenca de estudio y su red de drenaje a partir de las

planchas topográficas del IGAC a escala 1:2000.

Obtener un modelo digital de elevaciones de la zona de estudio con el uso de

planchas topográficas del IGAC a escala 1:2000 y software SIG.

Generar los parámetros fisiográficos y morfométricos de la cuenca de estudio,

a partir del modelo digital de elevaciones obtenido de las planchas topográficas

del IGAC.

Procesar la información de coberturas y uso de suelos de la cuenca de estudio

para crear los datos requeridos por el modelo hidrológico.

Crear las bases de datos que será necesitada para la realización de las

modelaciones hidrológicas de la cuenca del área de estudio.

22

4. MARCO REFERENCIAL

4.1 CUENCA HIDROGRÁFICA

“La cuenca hidrográfica se define como el área receptora de aguas, principalmente

de la precipitación, que drena por escorrentía superficial, subsuperficial o

subterránea hasta un rio, una corriente principal”7, un lago o el mar.

4.2 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS DE LA CUENCA

4.2.1 Parteaguas o línea divisoria de aguas. Se designa como la línea que

separa las precipitaciones que caen en cuencas inmediatamente vecinas, y que

encaminan la escorrentía resultante para uno u otro sistema fluvial8.

4.2.2 Área de la cuenca. “Es el área plana (proyección horizontal) incluida entre

su divisoria topográfica.”9. De acuerdo a la extensión se clasifican así:

Tabla 1. Clasificación de la cuenca según su área

Tipo de cuenca Área abarcada (Km2)

Unidad < 5

Sector 5 – 20

Microcuenca 20 – 100

Subcuenca 100 – 300

Cuenca > 300

Fuente. MATERON MUÑOZ, H. Hidrología Básica II.

7 BARROS CANTILLO, Gustavo. Curso de hidrología, Sincelejo: Universidad de Sucre, 1994. p. 8

8 MONSALVE SÁENZ, German. Hidrología en la ingeniería. Bogotá: Escuela Colombiana de

Ingeniería, 1999. p.35 9 Ibid., p. 37

23

4.2.3 Corriente o cauce principal de la cuenca. Es la corriente que pasa por la

salida de la misma. Toda cuenca tiene una y solo una corriente principal.

4.2.3.1 Orden de corrientes. Una corriente de orden 1 es un tributario sin

ramificaciones, una de orden 2 tiene tributarios solo de primer orden, dos

corrientes de orden 2 forman una de orden 3, en general dos corrientes de orden n

forman una corriente de orden n + 110.

4.2.4 Forma de la cuenca. Esta característica es importante pues se relaciona

con el tiempo de concentración, el cual es el tiempo necesario, desde el inicio de

la precipitación, para que toda la cuenca contribuya a la sección de la corriente en

estudio, o, en otras palabras, el tiempo que toma el agua desde los limites más

extremos de la cuenca hasta llegar a la salida de la misma11.

4.2.4.1 Coeficiente de Compacidad o Índice de Gravelius (Kc). Se obtiene a

partir de la siguiente expresión.

√

Dónde:

P es el perímetro de la cuenca en Km

A es el área de drenaje de la hoya en Km2.

Cuanto más irregular sea la cuenca mayor será su coeficiente de compacidad.

Una hoya circular posee el coeficiente mínimo, igual a uno. Hay mayor tendencia a

las crecientes en la medida en que este número sea próximo a la unidad12.

10

Ibid., p. 39 11

Ibid., p. 37 12

Ibid., p. 37 y 38

24

4.2.4.2 Factor de forma (Kf). Se determina a partir del cociente entre el área de

la cuenca Am, y el cuadrado del largo máximo Lm13.

2f

m

AK

L

Dónde:

A es el área de la cuenca

mL es el curso de agua más largo

Si fK > 1 la cuenca es achatada; un

fK < 1 indica que la cuenca es alargada; por

otro lado si fK = 1 la cuenca tiene forma de un cuadrado.

4.2.4.3 Índice de alargamiento (Ia). Se obtiene a partir de la siguiente expresión.

ma

max

LI

A

Dónde:

aI es el índice de alargamiento

mL es el curso de agua más largo

maxA es el ancho máximo de la cuenca

4.2.5 Densidad de drenaje (Dd) Se obtiene a partir de la siguiente expresión.

d

LD

A

Dónde:

dD es la densidad de drenaje de la cuenca

A es el área de la cuenca

L es la suma de las longitudes de todas las corrientes de agua de la cuenca

13

Ibid., p. 38

25

4.2.6 Relieve de la cuenca. En cuanto al relieve de la cuenca se pueden definir

varios parámetros topográficos, que controlan la velocidad con que se da la

escorrentía superficial y por lo tanto el tiempo de concentración de la cuenca. A

continuación se definirán estas características topográficas.

4.2.6.1 Pendiente de la Cuenca. Esta característica controla en buena parte la

velocidad con que se da la escorrentía superficial y afecta, por lo tanto el tiempo

que lleva el agua de la lluvia para concentrarse en los lechos fluviales que

constituyen la red de drenaje de las cuencas14.

4.2.6.2 Curva Hipsométrica. Es la representación gráfica del relieve de una

cuenca. 15.

Figura 1. Curvas hipsométricas características según Strahler

Fuente. LLAMAS, J. Hidrología General, Principio y Aplicaciones

14

Ibid., p. 40 15

Ibid., p. 44

26

La curva A corresponde a una cuenca quebrada, con cauces encañonados y

propensa a la erosión; la curva B refleja una cuenca equilibrada y la curva C refleja

una cuenca plana, con montañas en la cabecera y propensa a la sedimentación.16

4.2.6.3 Pendiente del cauce principal. La pendiente del cauce principal se

calcula a partir del cociente entre la desnivelación entre los puntos definidos por

las cotas que marcan la desembocadura y el nacimiento del cauce principal y la

longitud del mismo. Este parámetro es indispensable para determinar el tiempo de

concentración de una cuenca e influye directamente en la velocidad del agua que

fluye por el cauce principal17.

4.2.7 Suelos. “La escorrentía y las pérdidas de precipitación dependen de las

características físicas de la cuenca entre las cuales los suelos desempeñan un

papel muy importante. La escorrentía y las pérdidas determinan el volumen de

agua aportado en la cuenca, y la manera como ese volumen de agua se distribuye

en el tiempo”18.

“La cobertura vegetal, las construcciones civiles y las clases de suelo afectan la

respuesta de una cuenca ante la presencia de lluvias alterando los regímenes de

escurrimiento natural de la cuenca.”19

4.3 INFILTRACIÓN

“La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del

terreno en el suelo”20, producido por la acción de las fuerzas gravitacionales y

16

BARROS CANTILLO. Op. Cit., p. 24 17

Ibid., p. 27 18

MONSALVE SÁENZ. Op. cit., p. 54 19

JIMÉNEZ ESCOBAR, H. Hidrología básica I. Citado por BELLO PEREZ, Enrique; CAÑAVERA BARBOZA, Jorge y PAREDES PAREDES, Leider. Determinación del coeficiente de escorrentía en la cuenca del arroyo la Palma. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2008. p. 37

27

capilares. La diferencia entre el volumen de agua que llueve en una cuenca y el

que escurre por su salida recibe el nombre de pérdidas.

4.4 MÉTODO SCS PARA ABSTRACCIONES

El Natural Resources Conservation Service (NRCS), desarrollo un método

denominado Número de la Curva de escorrentía CN, para calcular las

abstracciones de una tormenta

El Número de Curva varía en un rango de 1 a 100, y esa función de las siguientes

propiedades productoras de escorrentía de la hoya hidrográfica: (1) tipo de suelo

hidrológico, (2) utilización y tratamiento del suelo, (3) condiciones de la superficie

del terreno, y (4) condición de humedad de antecedente del suelo21.

4.4.1 Precipitación de excesos por el método del número de la curva. La

precipitación de excesos se calcula utilizando la siguiente expresión

Dónde:

Por lo cual

En la que

En el que es el número de curva de escorrentía, es la retención potencial

máxima, es la abstracción inicial, es la profundidad de precipitación total y

es la precipitación de excesos, todo en pulgadas y CN adimensional.

20

MONSALVE SÁENZ. Op. cit., p. 131 21

Ibid., p. 141

28

4.4.2 Clasificación hidrológica de los suelos. Los suelos han sido clasificados

en cuatro grupos A, B, C y D de acuerdo con el potencial de escurrimiento.

A (Bajo potencial de escorrentía). Arenas profundas, suelos profundos

depositados por el viento, limos agregados.

B (Moderadamente bajo potencial de escorrentía) Suelos poco profundos

depositados por el viento, margas arenosas.

C (Moderadamente alto potencial de escorrentía) Margas arcillosas, margas

arenosas poco profundas, suelos con alto contenido de arcilla.

D (Alto potencial de escorrentía) Suelos que se expanden significativamente

cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos.

Tabla 2. Equivalencias entre clases texturales y grupos hidrológicos de suelo

Textura Grupo hidrológico de suelos

Arenosa A

Arenoso - Franca A

Arcillosa D

Arcillo - Arenosa C

Arcillo - Limosa D

Franca C

Franco - Arenosa B

Franco - Arcillosa C

Franco - Arcillo - Arenosa C

Franco - Arcillo - Limosa C

Franco - Limosa C

Limosa D

Fuente. FERRER, J. Analisis de nuevas fuentes de datos para la estimacion del

parametro Numero de la Curva: perfiles de suelo y teledetección

29

Tabla 3. Guía para interpretación de los usos de los suelos, al no disponer de

datos de ensayos de ingeniería

Textura y símbolo Clasificación unificada Clasificación AASHO

Arcilloso. A Arcillo limoso CH A-7 MH A-7 CL A-7

Franco arcilloso-Limoso

CL A-7 ML-CL A-7

CH A-7 MH A-7

Franco arcilloso

CL A-6 Ó A-7 ML-CL A-6

CH A-7 MH A-7

Francos ML-CL A-4

CL A-6 ML A-4

Franco limoso ML-CL A-4

ML A-4 CL A-6

Limoso ML A-4

Arcillo arenoso CL A-7 SC A-7

Franco arcillo arenoso SC A-6 SC A-2-6 CL A-6

Franco arenoso SH A-2-4 Ó A-4 SC A-2-4

SM-SC A-2-4

Franco arenoso muy fino ML-CL A-4

ML A-4

Franco arenoso fino SM

ML ML-CL

Areno francoso

SM A-2-4 SM-SC A-2-4

SM A-4 ML A-4

Arenoso muy fino SM A-4 ML A-4

Arenoso grueso

SP-GW A-1 SP-SM A-1

SM A-1 SM A-2-4

Fuente. MALAGON CASTRO, D y CORTES LOMBANA, A. Los levantamientos

Agrológicos y sus aplicaciones Múltiples.

30

4.4.3 Tiempo de concentración según el SCS 1973. El Soil Conservation

Service desarrollo en el año 1973 una ecuación empírica para el cálculo del

tiempo de concentración en pequeñas cuencas urbanas con áreas inferiores a 8

Km2. La ecuación supone que donde es el tiempo de retardo22

(

)

Dónde:

es el tiempo de concentración en minutos

es el nuero de la curva

es la pendiente media de la cuenca en porcentaje

es la longitud hidráulica de la cuenca en pies

4.5 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)

“Son el Conjunto de métodos, herramientas y actividades que actúan coordinada y

sistemáticamente para recolectar, almacenar, validar, actualizar, manipular,

integrar, analizar, extraer, y desplegar información, tanto gráfica como descriptiva

de los elementos considerados, con el fin de satisfacer múltiples propósitos”23.

4.6 MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (MDE)

Se define como una estructura numérica de datos que representan la distribución

espacial de la altitud de la superficie del terreno. Un MDE puede describirse de

forma genérica del modo siguiente:

,z x y

Donde z es la altitud del punto situado en las coordenadas x e y , y la función

que relaciona la variable con su localización geográfica. Los valores de x e y

22

CHOW, V: MAIDMENT, D y MAYS, L. Hidrología Aplicada. Bogota: McGRAW-HILL, 1994. p. 513 23

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Conceptos básicos Sobre Sistemas de Información Geográfica y aplicaciones en Latinoamérica. Bogotá. 1995. p. 25

31

suelen corresponder con las abscisas y ordenadas de un sistema de coordenadas

plano, habitualmente un sistema de proyección cartográfica24.

4.7 MODELO HIDROLÓGICO

“El objetivo del análisis del sistema hidrológico es estudiar la operación del

sistema y predecir su salida. Un modelo de sistema hidrológico es una

aproximación al sistema real; sus entradas y salidas son variables hidrológicas

mensurables y su estructura es un conjunto de ecuaciones que conectan las

entradas y las salidas.”25.

24

FELICÍMO PÉREZ, A. M. Modelos Digitales de Terreno. Introducción y Aplicación a las Ciencias Ambientales [en línea]. Disponible en internet:< http://www.etsimo.uniovi.es/~feli/LibrosSIG.html> 25

CHOW, V: MAIDMENT, D y MAYS, L. Ob. cit. p. 8

32

5. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO

5.1. LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

La ciudad de Sincelejo se encuentra ubicada al noroeste del Departamento de

Sucre (Figura 3) Colombia (Figura 2) a 9º 19” de latitud Norte y los 75º 27” de

longitud Oeste del meridiano de Greenwich. Pertenece a la subregión Montes de

María. Limita al norte con los municipios de Santiago de Tolú y Toluviejo; por el

Sur con el municipio de Sampués y el departamento de Córdoba; por el Oeste con

el municipio de Palmito y Santiago de Tolú y por el Este con los municipios de

Corozal y Morroa (IGAC, 1998). Posee una extensión total de 284.1 km2 de los

cuales 21.43 km2 es área urbana y 262.67 km2 es área rural (Figura 4)26.

5.1.1 Limites del área de estudio. La cuenca de estudio (Figura 6) se localiza en

el área urbana de la ciudad de Sincelejo (Figura 5) y está constituida por los

barrios Las Canarias, Pinar, Calle el Campo, Ciudad Satélite, Barlovento, Pioneros

I y II, Rita Arrazola, Olimpo, San Carlos, Chadid, Camilo Torres, La Estrella,

Vallejo, Ipanema, Santa Maria, Bitar, Kennedy, La Bucaramanga, Las colinas, 6 de

Febrero, San Rafael, Pablo VI, y La Selva. Está limitada al norte por los barrios El

Ruby, Villa Orieta, 2 de Septiembre, San Carlos y el Bongo; al sur con los barrios

Barlovento, Pioneros I y II, Tacaloa y la Terraza; al oeste con el barrio las Canarias

y al este con los barrios La bastilla, Los Tejares, Las Américas, El Bololo, 20 de

Julio, Kennedy, La Bucaramanga y La Terraza. Posee un área total de 2.705 km2 y

a través de ella fluyen tres corrientes tributarias del arroyo el Pintao, que son el

arroyo La Selva, el arroyo Camilo y el arroyo Pinar.

26

EN EQUIPO POR SINCELEJO. Sitio oficial de Sincelejo en sucre [página web]. Sincelejo. Alcaldía de Sincelejo, 2008. Disponible en internet: < http://www.sincelejo-sucre.gov.co/

33

Figura 2. Ubicación del departamento de sucre en Colombia

Fuente. Modificado por los autores.

Figura 3. Ubicación de la ciudad de Sincelejo en el departamento de Sucre


34

Figura 4. Ciudad de Sincelejo, área rural y área urbana


Figura 5. Sincelejo área urbana


35

Figura 6. Área de estudio


5.1.2 El Clima. El clima del municipio de Sincelejo es cálido seco con una

temperatura media anual mayor a 24° C. Su humedad relativa media es de 70%.

Se aprecia un mayor rango, durante el verano donde hay marcados efectos

ocasionados por bajas temperaturas en la madrugada y fuertes calores en las

horas de la tarde. Con la llegada de las lluvias tiende a estabilizarse, con menos

variaciones y una ligera disminución general debida al aumento de la humedad

relativa. Posee una pluviosidad de 1000mm a 1500mm al año.27

5.1.3 Hidrografía. El municipio de Sincelejo, no cuenta con fuentes de aguas

superficiales permanentes; los arroyos que lo surcan son en su gran mayoría

27

INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Ob. cit., p. 85

36

cortos y permanecen secos buena parte del año, conservando su caudal

intermitente únicamente durante el periodo de lluvia.

En el municipio existen alrededor de 21 arroyos con gran cantidad de arroyuelos

afluentes de los cuales el 76% se encuentran localizados en las zonas

noroccidental y suroriental.

La red hidrográfica del municipio está comprendida por las microcuencas de los

arroyos Grande de Corozal, Canoas, La Muerte, Mochá y San Antonio. La

cuenca en estudio es bastante plana con pendientes que varía de 0 y 6 %. El

cauce principal es una corriente efímera, con tributarios naturales y otros que

corren por calles pavimentadas, provenientes en mayoría del sector urbano de la

ciudad de Sincelejo.

5.1.4 suelos. Los suelos del municipio de Sincelejo se clasifican agrologicamente

como CHROMIC-HAPLUSTERTS en un 40%, TYPIC- HAPLUSTERTS en un 40%

y VERTIC-USTROPEPTS en 20%; su relieve es de lomas, ligeramente ondulados

a fuertemente quebrado con pendientes entre 3% y 50%. La mayor parte de la

unidad está afectada por la erosión hídrica en grado ligero a moderado. La

formación vegetal en esta unidad cartográfica de acuerdo con Holdridge es el

bosque seco tropical28.

5.1.5 Geología. La gran mayoría de las afloraciones rocosas en el territorio del

municipio de Sincelejo son de origen sedimentario, depositadas en un ambiente de

transición marino continental, plegadas durante la orogenia del terciario y cubiertas

por extensos y potentes depósitos cuaternarios de origen fluvial, fluviomarinos y

lacustre.

28

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras. Departamento de sucre. Citado por BELLO PEREZ, Enrique; CAÑAVERA BARBOZA, Jorge y PAREDES PAREDES, Leider. Determinación del coeficiente de escorrentía en la cuenca del arroyo la Palma. Sincelejo: Universidad de Sucre. 2008. p. 22

37

6. DISEÑO METODOLÓGICO

En la creación de la plataforma de modelación hidrológica de la cuenca de estudio

se tuvieron en cuenta las siguientes fases:

En la fase 1 se hizo un recorrido por la cuenca y se realizó la digitalización de

las planchas topográficas a escala 1:2000 proporcionadas por el IGAC, una

vez hecho este proceso se definió la ubicación del punto de interés.

En la fase 2 se creó un modelo digital de elevaciones de la ciudad de Sincelejo

a partir de las curvas de nivel digitalizadas en la fase 1.

En la fase 3 se generó la información referente a las propiedades fisiográficas y

morfométricas de las cuencas de la ciudad de Sincelejo, tomando como

información base el modelo digital de elevaciones creado en la fase 2, lo

anterior se hizo implementando el software ArcGIS DESKTOP 9.2 y sus

extensiones Spatial Analyst, ArcHidroTOOLS y la extensión HEC geoHMS

perteneciente al software HEC HMS del Centro de Ingeniería Hidrológica

(Hydrologic Engineering Center) de los Estados Unidos. Una vez digitalizadas

todas las cuencas se procedió a extraer el área de interés para su

procesamiento definitivo.

En la fase 4 se creó en el software ArcGIS DESKTOP 9.2 las capas de

información referente a coberturas y uso del suelo de la cuenca de estudio.

Los mapas de cobertura se obtuvieron al procesar una ortofoto preliminar que

fue tomada en Mayo de 2009. Se extrajo el área cubierta por techos, suelo

desnudo, vegetación y superficies en concreto.

La información del suelo se tomó de una investigación preliminar realizada en

la ciudad de Sincelejo, titulada “Zonificación de los Suelos del Casco Urbano

38

del Municipio de Sincelejo” 29 . Dicha investigación genero mapas de

clasificación del suelo según el sistema unificado USC para distintas

profundidades. Estos mapas fueron reclasificados para generar un mapa de

clasificación de suelos según su grupo hidrológico.

En la fase 5, se generaron los resultados, se hicieron los cálculos y

operaciones necesarias para obtener los parámetros finales que conforman la

base de datos para generación de modelos hidrológicos de la cuenca de

estudio, se realizó el respectivo análisis, y se redactaron las conclusiones y

recomendaciones de la investigación.

29

HERNÁNDEZ. Rodrigo y FLORES, Humberto. Zonificación de los Suelos del Casco Urbano del Municipio de Sincelejo. Universidad de Sucre, 2008

39

6.1. MATERIALES Y HERRAMIENTAS

6.1.1 MATERIALES

Planchas topográficas.

Mapa de clasificación de suelos según el sistema USC.

Ortofotografía del área de estudio.

6.1.2 HERRAMIENTAS.

Computador.

Escáner de gran formato.

Software ArcGIS Desktop v9.2. (licencia de la Universidad de Sucre)

Extensión Spatial Analyst (licencia de la Universidad de Sucre)

Extensión ArcHidroTOOLS para ArcGIS Desktop v9.2. (licencia gratuita)

Extensión HEC geoHMS para ArcGIS Desktop v9.2. (licencia gratuita)

HEC HMS v3.5. (licencia gratuita)

40

7. RESULTADOS

7.2 LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS

El punto de interés, o punto de salida de la cuenca, es el sitio a donde llegan todas

las aguas de escorrentía de la cuenca después que se inicia la precipitación. En

este trabajo se tomó como punto de interés el puente que se ubica sobre la

calle27 entre carreas 9E y 9F en el barrio Pioneros (Figura 7)

Figura 7. Localización del punto de interés

Fuente. Instituto geográfico Agustín Codazzi 2009. Modificado por los autores.

El área de estudio, que abarca la zona delimitada por el parteaguas hasta el punto

de interés, corresponde a los orígenes del arroyo El Pintao. Por lo anterior, se le

llamara como cuenca alta del arroyo El Pintao para referenciarla más adelante.

41

7.3 PARÁMETROS FISIOGRÁFICOS Y MORFOMÉTRICOS DE LA CUENCA

En el estudio realizado, la cuenca alta del arroyo El Pintao se subdividió en cinco

subcuencas más pequeñas, cada una asociada a un cauce tributario del arroyo El

Pintao. Lo anterior se hizo con el objeto de hacer un estudio más detallado y

porque es la metodología requerida por la mayoría del software diseñado para

hacer modelaciones hidrológicas.

Las subcuencas que se generaron son La Selva, Camilo 1, Camilo 2, Pinar, y

Pioneros (Figura 8).

Figura 8. Subcuencas del área de estudio

Fuente. Elaborado por los autores.

42

A continuación se presenta una tabla de los parámetros fisiográficos calculados

para cada subcuenca.

Tabla 4. Parámetros Fisiográficos y morfométricos para cada subcuenca

Parámetros fisiográficos Subcuencas

La Selva Camilo 1 Camilo 2 Pinar Pioneros

Área ( m2) 1293600 546425 19724 638725 206475

Perímetro (m) 9150 5310 1040 5030 2470

Ancho máximo (m) 872.14 420 247.55 587.6 679

Largo máximo (m) 2363.8 1680.9 135.4 1554.5 381.9

Longitud hidráulica (m) 2971.77 2008.99 337.56 1913.28 662.19

Pendiente media (%) 8.94 7.59 7.18 7.33 6.41

Elevación media 212.91 209.77 195.16 207.8 197.8

Elevación máxima 256 232 207.17 232 210

Elevación minina 189 189 189 189 185

Desnivel (m) 67 43 18.17 43 25

Cociente de compacidad 2.27 2.03 2.09 1.78 1.54

Factor de forma 0.232 0.194 1.076 0.265 1.416

Índice de alargamiento 3.41 4.79 1.37 3.26 0.98

Longitud cauce principal (m) 2290.29 1190.94 137.78 1075.26 429.31

Orden del cauce principal 2 1 2 1 3

Pendiente del cauce principal (%) 0.92 1.18 0 1.02 0.93

Clasificación del cauce Efímero Efímero Efímero Efímero Efímero

Longitud de las corrientes (m) 2543.03 1190.94 137.78 1075.26 429.31

Densidad de drenaje (Km/Km2) 1.97 2.18 6.99 1.69 2.08

Número de la curva CN* 84.92 89.69 89.3 89.49 93.41

Tc (min) SCS 1973 55.87 37.07 9.3 36.27 14.12

TLag (min) 33.522 22.242 5.58 21.762 8.472

* El número de la curva CN, no es un parámetro fisiográfico, pero se usa para calcular el tiempo de

concentración por el método del SCS


43

La Tabla 4 fue creada con la información procedente del modelo digital de

elevaciones (Ver anexo 5).

7.3.1 Área de la cuenca. El área de la cuenca de estudio, abarca una superficie

total de 2704949 m2

7.3.2 Corriente o cauce principal. El cauce principal tiene su origen en el barrio

Pablo VI, atraviesa los barrios La selva y Camilo torres, recibe las aguas del

arroyo pinar en inmediaciones de la calle 25 en el barrio la Bucaramanga, en

donde se transforma en una corriente de orden 2, luego recibe las aguas del

arroyo la selva y se transforma en una corriente de orden 3 que continua su

recorrido a través de los barrios 6 de Febrero y Pioneros. Finalmente atraviesa el

punto de interés y sigue su recorrido por la ciudad de Sincelejo.

Con el uso del software ArcGIS, se obtuvo una longitud del cauce principal de:

Y una pendiente del cauce principal de:

7.3.3 Forma de la cuenca. La forma de la cuenca está definida por varios índices

que fueron referenciados con anterioridad. A continuación se muestran los valores

de los índices que fueron calculados para la cuenca de estudio con el uso del

software ArcGIS.

44

Tabla 5. Coeficientes para clasificar la forma de la cuenca

Índice Valor

De compacidad 1.76

De forma 0.4

De alargamiento 2.38


7.3.4 Relieve de la cuenca. Una de las características que mejor se usa para

definir el relieve, es la curva hipsométrica. A continuación se muestra la tabla de

cálculo para la curva hipsométrica del área de estudio.

Tabla 6. Cuadro de cálculo para la curva hipsométrica

Cota intervalo

Cota media

Área entre curvas(m

2)

Área acumulada(m

2)

% Área total

% Acumulado de área

Columna 2 x columna 3

250-240 245 14665.8 14665.8 0.56% 0.56% 3593121

240-230 235 69996.5 84662.3 2.66% 3.22% 16449177.5

230-220 225 243524.9 328187.2 9.26% 12.47% 54793102.5

220-210 215 638607.6 966794.8 24.27% 36.75% 137300634

210-200 205 1122268.1 2089062.9 42.66% 79.40% 230064961

200-190 195 541919.8 2630982.7 20.60% 100.00% 105674361

TOTAL

2630982.7

547875357


La curva hipsométrica (Figura 9) fue obtenida partiendo de la tabla 6. Se graficó en

el eje de las accisas el porcentaje acumulado de área y en el eje de las

ordenadas, el valor de la cota inferior del intervalo. A continuación se muestra la

curva hipsométrica de la cuenca alta del arroyo El Pintao.

45

Figura 9. Curva hipsométrica la cuenca alta del arroyo El Pintao


A continuación se muestra una tabla que resume todos los parámetros

fisiográficos y morfométricos de la cuenca de estudio.

Tabla 7. Parámetros fisiográficos de la cuenca alta del arroyo El Pintao

Parámetro fisiográfico Valor

Área ( m2) 2705050

Perímetro (m) 10240

Ancho máximo (m) 1431

Largo máximo (m) 2594.8

Longitud hidráulica (m) 3400.05


190

200

210

220

230

240

250

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Co

ta (

m)

Area acumulada (%)

Curva Hipsométrica

46

Tabla 7. (Continuación)

Parámetro fisiográfico Valor

Pendiente media (%) 8.06

Elevación media 208.24

Elevación máxima 256

Elevación mínima 185

Desnivel (m) 71

Cociente de compacidad 1.762

Factor de forma 0.402

Índice de alargamiento 2.38

Longitud cauce principal (m) 1758

Orden del cauce principal 3

Pendiente del cauce principal (%) 1.024

Clasificación del cauce Efímero

Longitud de las corrientes (m) 5376.32

Densidad de drenaje (Km/Km2) 1.99

Número de la curva CN* 87.41

Tc (min) SCS 1973 59.88

TLag (min) 35.93


7.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

Los suelos la cuenca alta del arroyo El Pintao se clasificaron de acuerdo al grupo

hidrológico y se obtuvieron los resultados de la tabla 8. Para información visual

más clara, observar el anexo 3.

47

Tabla 8. Cantidad de área cubierta por cada tipo de suelo

Tipo de suelo Área cubierta (m2) Porcentaje de área

A 82159.1 3.04%

B 1392.48 0.05%

C 356943.81 13.20%

D 2264234.93 83.71%

Total 2704730.32


7.5 USO DE LOS SUELOS

De las visitas de campo y de la ortofotografia aerea se constató que en la cuenca

se pueden caracterizar cuatro usos de suelo, para cada uno se determinó el área

que abarca y se organizó en la tabla 9. Para información visual más clara,

observar el anexo 4.

Tabla 9. Cantidad de área para cada uso del suelo

Uso del suelo Área cubierta (m2) Porcentaje

Concreto 182588.9 6.75%

Suelo descubierto 485592.02 17.95%

Techos 631142.37 23.33%

Vegetación 1404894.22 51.94%

Total 2704217.51


48

7.6 BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS

La base de datos que fue elaborada en el software ArcGIS. Consta de varios

mapas en formato Vector y Raster (ver anexos), y un archivo con extensión .basin

que es leído por el software HEC HMS y que contiene toda la información de los

parámetros hidrológicos extraídos de los mapas.

7.6.1 Mapas creados en formato vector.

Mapas de localización

Mapa topográfico del área de estudio (Anexo 1).

Mapa de arroyos de la cuenca (Anexo 2).

Mapa de clasificación de suelos según su grupo hidrológico (Anexo 3).

Mapa de uso de los suelos (Anexo 4).

7.6.2 Mapas creados en formato Raster.

Modelo digital de elevaciones (Anexo 5).

Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM I (Anexo 6).

Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM II (Anexo 7).

Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM III (Anexo 8).

Mapa de valores de la retención potencial para la condición ACM II (Anexo 9).

49

Mapa de valores de la abstracción inicial para la condición ACM II (Anexo 10).

7.6.3 Propiedades del archivo El Pintao.basin. El archivo El Pintao.basin fue

generado en el software ArcGIS con la extensión HEC geoHMS. Dicho archivo fue

importado más tarde desde el software HEC HMS (Figura 19) el cual lee todos los

parámetros de la cuenca y los añade a su base de datos para crear un modelo de

cuenca, quedando pendiente el modelo meteorológico. A continuación se

observan varias graficas que muestran esos parámetros siendo leídos por el

software HEC HMS.

Figura 10. Interface gráfica de HEC HMS con el modelo de cuenca generado


50

Figura 11. Área de subcuencas vistos desde HEC HMS


Figura 12. Valores para cálculo de pérdidas por el CN, visto desde HEC HMS


51

Figura 13. Valores del tiempo de retardo vistos desde HEC HMS


Figura 14. Resumen de elementos del modelo de cuenca en HEC HMS

Fuente. Elaborado por los autores

52

8. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

8.1 SELECCIÓN DEL PUNTO DE INTERÉS

La cuenca alta del arroyo El Pintao, cubre un área total de 2705050 m2, El sitio

que se escogió para ser definido como punto de cierre de la cuenca o punto de

interés, es el puente ubicado sobre la calle 27 entre carreras 9E y 9F en el barrio

Pioneros (Figura 15). Este sitio se seleccionó porque las características de su

sección transversal y las estructuras contiguas a él, facilitaran las tareas de

medición de caudales, con lo que se aportaría otro dato importante a la base de

datos obtenida para hacer la calibración del modelo.

Figura 15. Puente sobre la calle 27 entre carreras 9E y 9F en el barrio Pioneros


53

El puente posee una sección de 5 m de ancho por 2 m de alto, las transiciones de

entrada y salida tienen la misma sección transversal y tienen vigas en concreto

(Figura 18) en la parte superior que van de un lado a otro y por donde puede

circular el operador de un correntómetro para medir los caudales.

Figura 16. Transición de entrada del puente


Figura 17. Transición de salida del puente

Fuente. Elaborado por el autor

54

Figura 18. Viga en concreto sobre la transición de salida


8.2 FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA ALTA DEL ARROYO EL PINTAO.

La cuenca alta del arroyo El Pintao da origen a 5 subcuencas, las cuales varían

mucho en tamaño y van desde los 19724 m2 hasta 1290600 m2 (Ver tabla 4 en los

resultados).

Algunas de las características más sobresalientes de las subcuencas estudiadas

son:

La ausencia de corrientes intermitentes y perennes en el 100% de ellas.

Diferentes altitudes medias que van desde los 195.16 m.s.n.m hasta los 212.91

m.s.n.m.

Predominio de cuencas alargadas.

55

Predominio de cuencas con órdenes de corriente inferiores a 3 y densidades

de drenaje moderadas.

Tabla 10. Propiedades fisiográficas básicas de las subcuencas del Pintao

Subcuenca Área m

2 Perímetro

m Tamaño relativo*

Elevación media m

Elevación mínima m

Elevación máxima m

Desnivel m

La selva 1293600 9150 Grande 212.91 189 256 67

Camilo 1 546425 5310 Mediana 209.77 189 232 43

Camilo 2 19724 1040 Muy

pequeña 195.16 189 207.17 18.17

Pinar 638725 5030 Mediana 207.8 189 232 43

Pioneros 206475 2470 Pequeña 197.8 185 210 25

Promedio 540989.8 4600 204.688 188.2 227.434 39.23

Máximo 1293600 9150 212.91 189 256 67

Mínimo 19724 1040 195.16 185 207.17 18.17

* Hace referencia al tamaño de las subcuencas con relación a su contenedora, la cuenca alta del arroyo El Pintao


8.2.1 Caracterización fisiográfica y morfométrica por subcuencas.

8.2.1.1 Subcuenca La selva. La cuenca la selva debe su nombre al barrio y

arroyo del mismo nombre y se ubica en la porción occidental de la cuenca alta del

arroyo El Pintao. Es una cuenca clasificada como unidad con un área de 1293600

m2 con un gran desnivel entre sus alturas mayores y menores y a su vez es la de

mayor tamaño. Es de tipo alargada posee una elevación media por encima del

promedio (Tabla 10, Figura 19). Posee una densidad de drenaje moderada y es la

subcuenca con mayor tiempo de concentración. Su pendiente es mediana pero

pose un cauce principal con pendiente fuerte. Su factor de forma es bajo por lo

cual no se esperan crecientes en ella.

56

Figura 19. Subcuenca La Selva y su fisiografía


8.2.1.2 Subcuenca Camilo 1. La cuenca camilo 1 debe su nombre al arroyo que

forma su cauce principal. Se ubica en la porción central de la cuenca alta del

arroyo El Pintao. Se clasifica como una unidad de tamaño relativo mediano con un

área de 546425 m2 y es la tercera en tamaño después de las subcuencas La

Selva Y Pinar. El desnivel que presenta está por encima del promedio, es de tipo

alargada y su elevación media está por encima del promedio (Tabla 10, Figura

20). Posee una densidad de drenaje moderada y un tiempo de concentración

rápido. Su pendiente es mediana, la pendiente de su cace principal es fuerte, pero

no es propensa a crecientes debido a que su factor de forma es bajo.

57

Figura 20. Subcuenca Camilo 1 y su fisiografía


8.2.1.3 Subcuenca camilo 2. La subcuenca Camilo 2 Se ubica corriente abajo de

la subcuenca Camilo 1. Es una unidad de cuenca con tamaño relativo muy

pequeño. Con solo 19724 m2 es la más pequeña de todas pero la de respuesta

hidrológica más veloz por su sorprendentemente rápido tiempo de concentración y

su alta densidad de drenaje. Presenta un desnivel muy bajo en relación con las

otras cuencas, su elevación media está por debajo del promedio (Tabla 10, Figura

21). Su pendiente es mediana y su cauce principal no presenta desniveles pero es

propensa a crecientes debido a su forma achatada y su factor de forma alto.

58

Figura 21 Subcuenca Camilo 2 y su fisiografía


8.2.1.4 Subcuenca Pinar. Está localizada al este de la cuenca alta del arroyo El

Pintao y debe su nombre al arroyo que la atraviesa como cauce principal. Es la

segunda en tamaño y con sus 638725 m2 se clasifica como subcuenca de tamaño

relativo medio. Presenta un desnivel por encima del promedio y una pendiente

catalogada como mediana. Su densidad de drenaje es baja y su tiempo de

concentración es rápido. Su elevación media está por encima del promedio (Tabla

10, Figura 22), su forma es alargada y su factor de forma bajo indica que es una

subcuenca no propensa a crecientes a pesar de tener una pendiente del cauce

principal fuerte.

59

Figura 22. Subcuenca Pinar y su fisiografía


8.2.1.5 Subcuenca Pioneros. La subcuenca Pioneros debe su nombre a los

barrios que están asentados en ella. Es una unidad de cuenca de tamaño relativo

pequeño con un área total de 206475 m2. Presenta un desnivel relativo bajo, es de

tipo achatada y su elevación media se encuentra por debajo del promedio (Tabla

20, Figura 23). Tiene una densidad de drenaje moderada y su tiempo de

concentración es rápido. Posee una pendiente suave pero su alto factor de forma,

su configuración achatada y la pendiente de su cauce principal fuerte la hacen una

cuenca propensa a las crecientes. Es la segunda subcuenca con respuesta

hidrológica más rápida después de la subcuenca Camilo 2.

60

Figura 23. Subcuenca Pioneros y su fisiografía


9.2.2 Cuenca alta del arroyo El Pintao. Llamada así por estar localizada en los

orígenes del arroyo del mismo nombre, es una cuenca que se clasifica como una

unida al poseer una área inferior a 5 Km2. Con un alto desnivel de unos 71 m, esta

cuenca posee una elevación media de unos 208.24 m.s.n.m. su forma es

rectangular oblonga y alargada, y con un factor de forma bajo es una cuenca poco

propensa a crecientes. Posee una pendiente que puede clasificarse como

mediana, un cauce principal con pendiente fuerte y una densidad de drenaje

moderada un tiempo de concentración moderado de casi una hora. El orden de su

cauce principal es 3 y tiene una curva hipsométrica característica de una cuenca

equilibrada que no presenta ni erosión excesiva ni sedimentación, es además una

61

cuenca exorreica puesto que el punto de salida de sus aguas o punto de interés se

encuentra en los límites de la misma.

Los parámetros fisiográficos de la cuenca alta del arroyo El Pintao indican que es

una unidad de cuenca con una respuesta hidrológica relativamente rápida ante los

eventos de precipitación que se presenten en ella, en especial en las subunidades

Camilo 2 y Pioneros, las cuales poseen tiempos de concentración muy rápidos e

inferiores a un cuarto de hora; se daría una respuesta hidrológica más lenta si las

precipitaciones ocurren en las subunidades Camilo 1 y Pinar y finalmente una

respuesta hidrológica lenta si los eventos lluviosos ocurren en la subunidad La

Selva.

Figura 24. Cuenca alta del arroyo El Pintao y su fisiografía


62

9.3 CLASIFICACIÓN HIDROLÓGICA DE LOS SUELOS

Dentro de la cuenca alta del arroyo El Pintao encontramos suelos que van desde

categoría A, es decir suelos con alta capacidad para infiltrar agua, hasta suelos

categoría D con alto potencial de escorrentía (Anexo 3). Sin embargo se observó

en los resultados que la mayoría de los suelos son tipo D (Tabla 8), con un

83.71% son los que más se encuentra distribuidos en el área de estudio y

comprenden arcillas con alto potencial de expansión y muy impermeables que

generan un gran volumen de escorrentía. De los suelos A y B que son lo que

menos escorrentía producen, solo se encontró un valor de 3.09% entre ambos

(tabla 8), lo cual es un porcentaje muy pequeño del área de la unidad de cuenca.

De lo anterior y observando que los suelos tipo D se encuentran muy bien

distribuidos en toda la cuenca, se espera que ante un evento de precipitación de

condiciones considerables, se genere también un gran volumen de escorrentía,

teniendo en cuenta la impermeabilidad que este tipo de suelos le proporciona a la

superficie del área de estudio.

9.4 USO DE LOS SUELOS

En los resultados se evidencia que la cuenca se caracterizó con cuatro tipos de

uso de suelo, lo cuales son:

Concreto

Suelo descubierto

Techos

Vegetación

63

En el estudio realizado se escogieron estos cuatro tipos de uso de la tierra para

realizar la caracterización de la cuenca al ser estos los de mayor representación

en la misma.

Dentro de las superficies de concreto entran todas las calles pavimentadas, los

patios y terrazas con plantilla, las cunetas, cubiertas en placas de concreto, las

canchas, parques y otros espacios abiertos que están totalmente cubiertos de

concreto; en los techos se involucran las cubiertas en eternit, zinc, y de otros tipos

con materiales que poseen características similares a los ya mencionados. Las

cubiertas en palma, con un área de tan solo 3754 m2, son tan escasas en la

cuenca alta del arroyo El Pintao que se tomó la decisión de excluirlas del estudio;

a pesar de que los techos y las superficies en concreto tienen un mismo valor del

número de la curva de escorrentía se tomó la decisión de trabajarlos por

separados para obtener información visual más clara en los mapas generados

para el uso de los suelos.

Entran a formar parte del grupo de suelo desnudo todas las vías que no están

pavimentadas, los patios y terrazas y las partes de ellos que no están cubiertos

con concreto, las canchas destapadas y otras extensiones de tierra que no tienen

ni cubrimiento en concreto pero que tampoco tienen vegetación. Finalmente en el

grupo de vegetación se incluyen todas las superficies cubiertas por arbustos,

pastos, árboles y cualquier otro tipo de material vegetal.

9.5 RELACIONES ENTRE GRUPO HIDROLÓGICO, USO DE LOS SUELOS Y

NÚMERO DE LA CURVA

Del anexo 4 se puede evidenciar que la gran mayoría de la superficie de la cuenca

está cubierta por vegetación, y que con más del 50% del área es el uso de suelo

que más se presenta, seguido por las superficies en concreto-techo que abarcan

un 30.08% entre ambas. Por último y con un valor del 17.95% de la superficie

64

A B C D

Vegetacion 43 65 76 82

Techos 98 98 98 98

Concreto 98 98 98 98

Suelo descubierto 76 85 89 91

Numero de la curva por grupo hidrologicoUso del suelo

total se ubican las zonas en suelo descubierto. Por lo descrito anteriormente se

espera entonces que la cuenca no presente un elevado valor ponderado del

número de la curva, pues como se puede observar, la mayoría del área está

cubierta por vegetación y en menor medida por suelo desnudo y concreto-techo.

Lo que si se evidencia es valores del número de la curva más altos en las

subcuencas Camilo 1 y 2, Pioneros y Pinar y un número de la curva más bajo en

la subcuenca La Selva.

Del anexo 12 se evidencia que la subcuenca más impermeable es Pioneros con

un valor del número de la curva de 93.4, seguida por Camilo 1 y Camilo 2 con

valores de 89.69 y 89.63 respectivamente, seguidas de Pinar con 88.49;

finalmente se tiene como subcuenca menos impermeable a La Selva con un valor

del número de la curva de 84.92, lo anterior debido a que esta última posee una

gran cantidad de área cubierta por vegetación.

En el anexo 7 se evidencia la variación de los valores del número de la curva para

la cuenca alta del arroyo El Pintao, existiendo valores que van desde 43 para las

zonas con suelos tipo A y con uso de suelo vegetación, hasta valores de 98

correspondientes a zonas cubiertas en concreto-techo y suelos tipo C y D. a

continuación se muestra la tabla usada para caracterizar cada zona de la cuenca

de estudio, con base a su grupo hidrológico de suelo, uso de la tierra y valores del

número de la curva.

Tabla 11. Tabla de valores de número de la curva para los usos de suelos


65

De los valores del número de la curva para cada subcuenca y sus respectivas

áreas, es posible calcular el valor del número de la curva ponderado de la cuenca

alta del arroyo El Pintao. A continuación se muestra la tabla que resume los

valores del número de la curva de cada subcuenca y el de la cuenca base.

Tabla 12. Cuadro de cálculo del número de la curva ponderado para la cuenca alta

del arroyo El Pintao

Subcuenca Área (m2) CN % Área % Área x CN

La selva 1293600 84.92 47.82% 40.61

Camilo 1 546425 89.694 20.20% 18.12

Pinar 638725 88.491 23.61% 20.90

Camilo 2 19724 89.303 0.73% 0.65

Pioneros 206475 93.41 7.63% 7.13

Total 2704949

87.41


Como se observa en la tabla 12, el valor del numero la curva para la cuenca alta

del arroyo El Pintao dio como se esperaba. Se obtuvo un valor de 87.41 que

corresponde a un valor de una cuenca no tan impermeable pero que si puede

generas volúmenes de escorrentía considerables bajo eventos de precipitación

fuertes.

Es necesario dejar claro que los resultados de valores del número de la curva y el

uso de los suelos, corresponden a la condición en la que se encontraba la cuenca

en la fecha de toma de la fotografía aérea, es decir para el mes de Mayo del año

2009.

66

9.6. BASE DE DATOS PARA MODELACIONES HIDROLÓGICAS

Como pudo observarse los mapas obtenidos para conformar la base de datos

proporcionan información valiosa para el análisis, caracterización y modelamiento

de la cuenca.

El mapa topográfico del área de estudio resulta ser el más importante de todos al

ser este el punto de partida para generar toda la información base para el modelo

fisiográfico de la cuenca. A partir de la información de las curvas de nivel que pose

dicho mapa, se genera un modelo digital de elevaciones que luego se convierte en

la superficie de trabajo del software ArcGIS, en donde se obtiene de manera

automática las direcciones de flujo en la cuenca, las corrientes de drenaje, las

subcuencas, los caminos más largos que el agua debe recorrer desde la cresta

más alta y alejada del parteaguas hasta el punto de interés, las pendientes del

terreno que al mismo tiempo permiten el cálculo de las pendientes de las

subcuencas y de las corrientes, entre otros factores que permiten caracterizar la

cuenca según su relieve y forma, es decir, permite realizar el análisis fisiográfico y

morfométrico de la cuenca de estudio.

El mapa de arroyos es información básica obtenida a partir del modelo digital de

elevaciones. La información que muestra es básicamente la disposición de las

corrientes de drenaje dentro de cada subcuenca, permite medir las longitudes de

los cauces principales la cual más tarde se usa para calcular la densidad de

drenaje de la cuenca, por lo que también tiene importancia en la caracterización

fisiográfica de la cuenca.

La importancia de los mapas de suelo radica en que él es el medio que en última

instancia permitirá la infiltración en mayor o menor medida, influyendo de forma

directa en la generación de precipitación de excesos que luego se transformara en

escorrentía. Su análisis es importante porque permite determinar las zonas de la

67

cuenca que pueden generar más caudal en el punto de interés y al mismo tiempo

definir los valores de parámetros como el número de la curva, con el cual se

calculara en última instancia la precipitación de excesos sobre la cuenca

hidrográfica.

Los mapas de valores del número de la curva, abstracción inicial y retención

potencial constituyen los parámetros que se requieren en el modelo para evaluar

la respuesta de la cuenca ante un evento precipitación cualquiera. Su importancia

dentro de la base de datos se debe a lo expuesto anteriormente, puesto que con

ellos se calcula la precipitación de excesos que genera una lluvia cualquiera

dentro de la cuenca, la cual más tarde se convierte en escorrentía que se

concentra en los cauces o arroyos y que finalmente resulta en el caudal utilizado

en el diseño de obras hidráulicas dentro de la cuenca.

Finalmente el archivo El Pintao.basin es el fruto de todo el procesamiento de la

información y el que permite hacer la modelación de la cuenca bajo el software

HEC HMS. Posee todas las propiedades que influyen directamente en la

generación de caudal de escorrentía y permite evaluar el comportamiento

hidrológico de la toda la cuenca ante la ocurrencia de un evento hidrológico

cualquiera.

68

10. CONCLUSIONES

La realización de este trabajo permite concluir lo siguiente:

La metodología usada constituye un proceso que permite generar un sistema

de información integral útil para otros trabajos relacionados con el tema de

modelaciones hidrológicas, como por ejemplo las modelaciones hidráulicas

dentro de la cuenca del arroyo El Pintao.

Para el estudio de una modelación hidrológica se hace necesario tener la

información referente a tipos y usos del suelo debido a su influencia directa

dentro de los procesos descritos dentro de una cuenca hidrográfica.

Al trabajar con SIG, es posible manejar las variables de los procesos

hidrológicos que se presentan en la cuenca alta del arroyo El Pintao, de tal

modo que el investigador puede evaluar multiplicidad de escenarios y eventos

que podrían ocurrir dentro de ella.

El SIG de la cuenca alta del arroyo El Pintao y los software de hidrología se

convierten en una herramienta indispensable al momento de resolver

situaciones que demanden rapidez. ya que el procesamiento de la información

y la obtención de los resultados es más eficiente que los métodos manuales.

Los sistemas de información geográfica constituyen una herramienta poderosa

para el desarrollo de este tipo de trabajos debido a su potencial para elaborar

información visual, realizar grandes cálculos, relacionar datos alfanuméricos

con datos gráficos y modificar la información que ya existe o que sea generada

por los mismos.

69

El software ArcGIS complementado don las extensiones Spatial Analyst,

ArcHidroTOOLS y HEC geoHMS, constituyen un potente equipo de trabajo

para crear, modificar, visualizar y presentar la información requerida para la

realización de modelaciones hidrológicas.

Se llevó a cabo la creación de una plataforma de información que contiene las

diferentes características de la cuenca alta del arroyo El Pintao en la ciudad de

Sincelejo, para que sea usada en estudios de modelación hidrológica que

pretendan hacerse en ella.

El cálculo de los paramentos fisiográficos, permite realizar una descripción del

comportamiento hidrológico de la cuenca y de las subunidades contenidas en

ella. Se obtuvieron básicamente dos grupos de cuencas según su forma, las

cuales son:

Cuencas alargadas; en donde se encuentran La Selva, Camilo 1 y Pinar, las

cuales no son propensas a crecientes debido a su forma y relieve y por ende

no tienen una respuesta hidrológica muy rápida.

Cuencas achatadas; grupo conformado por las subcuencas Camilo 2 y

Pioneros, las cuales pueden presentar crecientes y tienen una respuesta

hidrológica rápida debido a su configuración fisiométrica y a su rápido tiempo

de concentración.

El procesamiento de la ortofotografía con el uso de sistemas de información

geográfica permitió determinar los valores del número de la curva de forma

eficiente. La obtención del mapa de zonificación del número de la curva

permitió visualizar la distribución espacial de la posible respuesta hidrológica

de la cuenca alta del arroyo El Pintao.

70

La ventaja que posee utilizar la metodología del número de la curva es que es

más rápida y económica para hacer actualizaciones de la información, puesto

que solo se necesita cambiar los datos del mapa de uso de los suelos para

generar un nuevo mapa del número de la curva, lo anterior teniendo en cuenta

que cada día hay más disponibilidad de información digital.

71

RECOMENDACIONES

Con base en el trabajo realizado se hacen las siguientes recomendaciones:

En este trabajo no se contempló el análisis de la precipitaciones que se han

presentado en la cuenca y que corresponde al modelo meteorológico de la

misma. Por lo anterior se recomienda llevar a cabo un estudio para adicionar

dicha información a la base de datos que se obtuvo y de este modo mejorar el

modelo hidrológico de la cuenca alta del arroyo El Pintao.

Una vez realizado el modelo meteorológico se recomienda hacer la medición

de caudales en el punto de interés para diferentes eventos de precipitación que

tengan lugar dentro de la cuenca, con lo que se puede hacer una prueba de

optimización del modelo y su respectiva calibración.

Después de haber calibrado el modelo se recomienda hacer una simulación del

proceso de transformación lluvia – caudal de escorrentía, con el objeto de

hacer una evaluación del funcionamiento de las obras hidráulicas que existen

en los arroyos del área de estudio en aras de prevenir posibles daños,

inundaciones y malos funcionamientos de la red de drenaje de la cuenca alta

del arroyo El Pintao.

Se recomienda seguir haciendo uso de los sistemas de información geográfica

en este tipo de trabajos, puesto que han demostrado su potencial a la hora de

manejar la multiplicidad y variación de los parámetros que caracterizan la

cuenca alta del arroyo El Pintao.

Se recomienda hacer la actualización de la información de uso de los suelos

de la cuenca alta del arroyo El Pintao en el momento que se considere

necesario. O en su defecto se recomienda llevar a cabo un estudio que permita

72

analizar la variación de esta información en el tiempo, es decir, evaluar el uso

que se le ha dado al suelo a largo de las últimas décadas con el objeto de

hacer una proyección futura de esta, y por ende su influencia en el valor del

número de la curva, con lo que pueden evaluarse los caudales esperados en

las estructuras hidráulicas existentes para un tiempo de retorno establecido

previamente.

73

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76

ANEXOS

77

Anexo 1. Mapa topográfico del área de estudio

Fuente. Modificado por los autores

78

Anexo 2. Mapa de arroyos de la cuenca


79

Anexo 3. Mapa de clasificación de suelos según su grupo hidrológico


80

Anexo 4. Mapa de uso de los suelos


81

Anexo 5. Modelo digital de elevaciones


82

Anexo 6. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM I


83

Anexo 7. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM II


84

Anexo 8. Mapa de valores del número de la curva para la condición ACM III


85

Anexo 9. Mapa de valores de la retención potencial para la condición ACM II


86

Anexo 10. Mapa de valores de la abstracción inicial para la condición ACM II


87

Anexo 11. Vista 3D de la cuenca alta del arroyo El Pintao


88

Anexo 12. Resumen de parámetros fisiográficos de las subcuencas del área de estudio


89

Anexo 13. Tabla de valores del número de la curva para áreas urbanas y

condición antecedente de humedad normal ACM II

Tipo de cobertura y condición hidrológica % Promedio

áreas impermeables

Numero de curvas para grupos de

suelos hidrológicos

A B C D

Áreas urbanas totalmente desarrolladas( Vegetación ya establecida)

Espacios abiertos (prados, parques, campos de golf, cementerios, etc.)

condición pobre(menos del 50% cubierto de pasto)

68 79 86 89

condición regular(del 50% al 75% cubierto de pasto)

49 69 79 84

condición buena(más del 75% cubierto de pasto)

39 61 74 80

Áreas impermeables:

Parqueaderos pavimentados, techos, autopistas, etc.

(excluyendo derecho de vía)

98 98 98 98

calles y caminos:

pavimentados

98 98 98 98

pavimentadas; zanjas abiertas(incluyendo derecho de vía)

83 89 92 93

grava(incluyendo derecho de vía)

76 85 89 91

tierra(incluyendo derecho de vía)

72 82 87 89

Áreas desiertas urbanas occidentales:

paisajes desérticos naturales(solamente áreas permeables)

63 77 85 88

paisajes desérticos artificiales(barrera impermeable de maleza, arbusto

de desierto con 1 a 2 pulg de diámetro; cubierta de arena o grava)

96 96 96 96

Áreas urbanas

Comercial y de negocios 85 89 92 94 95

industrial 72 81 88 91 93

Áreas residenciales por promedio del tamaño del lote:

1/8 acre o menos 65 77 85 90 92

1/4 acre 38 61 75 83 87

1/3 acre 30 57 72 81 86

1/2 acre 25 54 70 80 85

1 acre 20 51 68 79 84

2 acre 12 46 65 77 82

Áreas urbanas desarrolladas

Áreas recientemente conformadas(solamente áreas permeables sin vegetación) 77 86 91 94

Fuente. MONSALVE SÁENZ, 1999.

CREACIÓN DE UNA PLATAFORMA PARA LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DE UN TRAMO DEL ARROYO EL...

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