RESTAURACION AGOHIDROLOGICA

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Maestría en Manejo Integral de Cuencas Hidrográficas. Tesis de Post-grado. Efecto de la restauración agro-hidrológica sobre el escurrimiento superficial en la Sierra de Pillahuinco. Autor: Rodríguez Vagaría, Alfonso Martín Expediente Nº 200-2871/07 Directora: Dra Gaspari, Fernanda J. Codirector: Dr. Kruse, Eduardo E. La Plata, 03 de Septiembre de 2010

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  • Maestra en Manejo Integral de Cuencas Hidrogrficas.

    Tesis de Post-grado.

    Efecto de la restauracin agro-hidrolgica

    sobre el escurrimiento superficial en la Sierra

    de Pillahuinco.

    Autor: Rodrguez Vagara, Alfonso Martn

    Expediente N 200-2871/07

    Directora: Dra Gaspari, Fernanda J.

    Codirector: Dr. Kruse, Eduardo E.

    La Plata, 03 de Septiembre de 2010

  • ii

    INDICE

    RESUMEN I

    INTRODUCCIN 1

    ANTECEDENTES DE LA CUENCA DEL ARROYO PILLAHUINCO GRANDE 4

    HIPTESIS DE TRABAJO 7

    OBJETIVO GENERAL 7

    OBJETIVOS ESPECFICOS 7

    MATERIALES Y MTODO 8

    1. Delimitacin del rea de estudio 8

    2. Caracterizacin del rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande 10

    2.1. Caracterizacin morfomtrica 10

    2.1.1. Parmetros de forma

    2.1.2. Parmetros de relieve

    2.1.3. Parmetros relativos a la red hidrogrfica

    2.2. Caracterizacin climtica. 15

    2.2.1. Precipitacin.

    2.2.2. Temperatura.

    2.2.3. Balance hidrolgico medio mensual

    2.2.4. Clasificacin climtica.

    2.2.5. Anlisis de Precipitaciones.

    2.2.6. Ajuste de precipitaciones mximas diarias a la ley de Gumbel.

    2.2.7. Test de bondad de ajuste

    2.2.8. Determinacin del Perodo de retorno

    2.2.9. Seleccin de tormentas

    2.3. Vegetacin y usos del suelo 23

    2.4. Suelos 24

    3. Cartografa temtica digital de la condicin actual 24

    3.1. Cartografa de primer orden 24

    3.1.1. Drenaje

    3.1.2. Cuenca y subcuencas

    3.1.3. Vegetacin y usos del suelo.

    3.1.4. Suelos

    3.2. Cartografa de segundo orden 26

    3.2.1. Rangos de pendiente

    3.2.2. Orientacin de laderas

    3.2.3. Grupos hidrolgicos

    3.3. Cartografa de tercer orden 25

    3.3.1. Nmero de curva

    4. Descripcin del mtodo de transformacin de lluvia-escorrenta. 26

    5. Modelos hidrolgicos. Elaboracin de parmetros requeridos. 27

    5.1. Lthia. Zonificacin de la escorrenta superficial. 28

    5.1.1. Codificacin del mapa de suelos.

    5.1.2. Codificacin del mapa de vegetacin y usos del suelo.

    5.1.3. Adaptacin de los valores de NC.

    5.2. Hec Hms. Generacin de hidrogramas. 29

  • iii

    5.2.1 Modelo de Cuenca.

    5.2.2. Modelo Meteorolgico.

    5.2.3. Especificaciones de Control.

    6. Medidas de restauracin agro-hidrolgica 34

    7. Anlisis comparativo de la respuesta del escurrimiento superficial de la

    condicin actual y restaurada 34

    RESULTADOS 35

    1. Delimitacin del rea de estudio 35

    2. Caracterizacin del rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande 39

    2.1. Caracterizacin morfomtrica 39

    2.1.1. Parmetros de forma

    2.1.2. Parmetros de relieve

    2.1.3. Parmetros relativos a la red hidrogrfica

    2.2. Caracterizacin climtica. 47

    2.3. Vegetacin y usos del suelo2.2.1. Precipitacin. 57

    2.2.2. Temperatura.

    2.2.3. Balance hidrolgico medio mensual

    2.2.4. Clasificacin climtica.

    2.2.5. Anlisis de Precipitaciones.

    2.2.6. Ajuste de precipitaciones mximas diarias a la ley de Gumbel.

    2.2.7. Test de bondad de ajuste

    2.2.8. Determinacin del Perodo de retorno

    2.2.9. Seleccin de tormentas

    2.4. Suelos 60

    3. Cartografa temtica digital de la condicin actual 62

    3.1. Cartografa de primer orden 62

    3.1.1. Drenaje

    3.1.2. Cuenca y subcuencas

    3.1.3. Vegetacin y usos del suelo.

    3.1.4. Suelos

    3.2. Cartografa de segundo orden 66

    3.2.1. Rangos de pendiente

    3.2.2. Orientacin de laderas

    3.2.3. Grupos hidrolgicos

    3.3. Cartografa de tercer orden 71

    3.3.1. Nmero de curva

    4. Modelos hidrolgicos. Elaboracin de parmetros requeridos. 72

    4.1. Lthia. Zonificacin de la escorrenta superficial. 72

    4.1.1. Codificacin del mapa de suelos.

    4.1.2. Codificacin del mapa de vegetacin y usos del suelo.

    4.1.3. Adaptacin de los valores de NC.

    4.2. Hec Hms. Generacin de hidrogramas. 74

    4.2.1 Modelo de Cuenca.

    4.2.2. Modelo Meteorolgico.

    4.2.3. Especificaciones de Control.

    4.3. Zonificacin de la escorrenta superficial. 81

    4.4. Generacin de hidrogramas. 84

    5. Medidas de restauracin agro-hidrolgica 86

    5.1. Caracterizacin de las propuestas. 86

  • iv

    5.2. Cartografa 88

    5.2.1. Mapa de vegetacin y usos del suelo propuesto.

    5.2.2. Mapa de Nmero de curva propuesto.

    5.3. Elaboracin de parmetros requeridos por los modelos. 94

    5.3.1. Modelo Lthia. 94

    5.3.2. Modelo Hec Hms. 95

    5.4. Zonificacin de la escorrenta superficial. 95

    5.5. Generacin de hidrogramas. 98

    6. Anlisis comparativo de la respuesta del escurrimiento superficial de la

    condicin actual y restaurada. 102

    CONCLUSIONES 108

    DEDICATORIA 110

    AGRADECIMIENTOS 110

    BIBLIOGRAFA 111

    ANEXO 1: TABLAS 114

  • I

    RESUMEN

    La cuenca hidrogrfica segn FAO/RLAC (1998), es una unidad territorial formada

    por un ro con sus afluentes y por un rea colectora de las aguas. En la cuenca estn

    contenidos los recursos naturales bsicos para las mltiples actividades humanas, como

    agua, suelo, vegetacin y fauna. Todos mantienen una continua y particular interaccin

    entre ellos y con los aprovechamientos y desarrollos productivos del hombre. El manejo

    inadecuado de los recursos naturales origina problemas que afectan seriamente la

    capacidad productiva de los sistemas agropecuarios y finalmente repercuten a mediano y

    largo plazo en la calidad de vida de los habitantes. Desde un punto de vista hidrogrfico,

    el rea de estudio, corresponde a la cabecera de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande

    perteneciente al partido de Coronel Pringles, provincia de Buenos Aires. Esta rea, posee

    gran influencia sobre los caudales que circulan por el cauce, ya que las caractersticas

    particulares de sus suelos, vegetacin y topografa, ligados al uso del territorio

    determinan que gran parte de la precipitacin pluvial se transforme en escorrenta. Los

    recursos que dispone el hombre para paliar la degradacin ambiental, se encuentran en la

    ingeniera agro-hidrolgica y medioambiental a travs de los proyectos de restauracin

    agro-hidrolgica de las cuencas. Con la aplicacin de medidas de control del agua

    superficial en el rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande, se estara

    aumentando el recurso hdrico disponible para los cultivos en pocas deficitarias, los

    caudales punta disminuiran y con ello el riesgo de inundacin en la ciudad. La hiptesis

    del trabajo plantea que las prcticas de restauracin agro-hidrolgicas propuestas

    constituyen un mtodo integral en el control del escurrimiento superficial. Para ello se

    propuso el objetivo general de determinar el efecto de la restauracin agro-hidrolgica

    sobre el escurrimiento superficial en el rea serrana de la Cuenca del Arroyo Pillahuinco

    Grande. Teniendo como objetivos particulares: caracterizar ambientalmente el rea

    serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande, elaborar una base de datos

    cartogrfica temtica digital para su potencial disponibilidad pblica, modelizar la

    respuesta hidrolgica del rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande ante

    diferentes eventos de precipitacin para la condicin actual, proponer medidas de

    restauracin agro-hidrolgica coherentes con el tipo de produccin actual tendientes a

    disminuir la escorrenta superficial, ajustar las medidas propuestas ante diferentes

    eventos de precipitacin para la condicin restaurada y comparar la respuesta del

    escurrimiento superficial segn la condicin actual y restaurada del rea ante diferentes

  • II

    eventos de precipitacin. Para abordar los objetivos se utilizaron diversas metodologas,

    basadas en el uso de informacin antecedente, toma de datos a campo y el

    procesamiento de los mismos a travs de Sistemas de Informacin geogrfica (SIG) y

    los modelos hidrolgicos Lthia Gis NPS y Hec Hms, ambos basados en el mtodo de

    transformacin precipitacin-escorrenta del Nmero de Curva elaborada por el Soil

    Conservation Service de los Estados Unidos. Los modelos permitieron establecer el

    funcionamiento hidrolgico de la cuenca y sus subcuencas, obteniendo la zonificacin

    espacial de la lmina de escorrenta, los hidrogramas caudales pico y volumen total de

    escorrenta para la condicin actual y para las medidas propuestas, ante diferentes

    eventos de precipitacin. La utilizacin de SIG permiti establecer medidas de

    restauracin agro-hidrolgica haciendo una evaluacin multicriterio de las condiciones

    presentes en la cuenca. La comparacin de los hidrogramas para la condicin actual y

    restaurada ante los eventos de precipitacin demuestra una marcada influencia de la

    morfometra sobre los volmenes escurridos y los caudales picos. Una mayor

    disminucin de los valores de lmina escurrida podra lograrse convirtiendo el pastizal

    serrano en bosques protectores, lo que trae aparejado, por un lado, una reduccin del

    rea con produccin ganadera a niveles que pueden no poseer sustentabilidad econmica

    y por otro, la disminucin de la biodiversidad natural del ambiente.

  • 1

    INTRODUCCIN

    El manejo inadecuado de los recursos naturales origina problemas que afectan

    seriamente la capacidad productiva de los sistemas agropecuarios y finalmente

    repercuten a mediano y largo plazo en la calidad de vida de los habitantes.

    La experiencia de gran cantidad de personas en todo el mundo, que desde hace aos

    ha trabajado en encontrar soluciones a estos inconvenientes, ha demostrado que el

    enfoque ms preciso para comprender y resolver dichas dificultades es tomando como

    unidad de gestin el sistema cuenca (Garca Njera, 1962; Mintegui Aguirre y Lpez

    Unz, 1990).

    La cuenca hidrogrfica es una unidad territorial formada por un ro con sus afluentes

    y por un rea colectora de las aguas. En la cuenca estn contenidos los recursos naturales

    bsicos para las mltiples actividades humanas, como agua, suelo, vegetacin y fauna.

    Todos mantienen una continua y particular interaccin entre ellos y con los

    aprovechamientos y desarrollos productivos del hombre (FAO/RLAC, 1998).

    El hombre, con sus acciones en el marco de una cuenca, puede provocar

    perturbaciones como erosin hdrica, prdida de suelo y de su fertilidad y capacidad de

    produccin, desertificacin, contaminacin, alteracin del rgimen hidrolgico

    (agudizacin de sequas e inundaciones), cambios en la microflora y fauna de los suelos

    y aguas, variacin en el nivel fretico y reduccin de la capacidad de regulacin y

    almacenamiento de agua.

    Desde un punto de vista hidrogrfico, el rea de estudio, corresponde a la cabecera

    de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande perteneciente al partido de Coronel Pringles,

    provincia de Buenos Aires. Esta rea, posee gran influencia sobre los caudales que

    circulan por el cauce, ya que sus caractersticas particulares de suelos, vegetacin y

    topografa ligados al uso del territorio determinan que gran parte de la precipitacin

    pluvial se transforme en escorrenta. Como resultado de ello, se producen grandes

    volmenes de escorrenta, asociados a bajos tiempo de concentracin que originan

    caudales pico de gran magnitud. La consecuencia directa se traduce principalmente, en

    el corto plazo, a travs de inundaciones en la parte media y baja de la cuenca. En el largo

    plazo, por la disminucin del potencial productivo tanto de la cabecera, por erosin

    hdrica superficial, como de las partes bajas donde se generan desbordes del cauce y se

    depositan los sedimentos.

    Durante las ltimas dcadas el Partido de Coronel Pringles ha sufrido inundaciones

    por excesos hdricos provocando diferentes perjuicios segn el rea afectada. Como

    consecuencia de ello se han realizado obras de saneamiento en el cauce con el fin de

    conducir y evacuar rpidamente el agua de escorrenta.

    Esta modalidad de saneamiento y/o canalizacin es una prctica habitual en toda la

    regin pampeana, comprende el dragado de canales, ros y arroyos y la construccin de

    canales que desvan los cursos de agua, de canales que drenan el agua de reas anegables

    y una red de canales secundarios y prediales construidos por propietarios con el fin de

    evacuar el agua de terrenos inundables hacia la red de drenaje artificial o natural

    existente.

  • 2

    En relacin a este tipo de prcticas, F. Ameghino en 1884, escribe en su libro Las

    secas y las inundaciones en la provincia de Buenos Aires:

    Aunque el entusiasmo es contagioso, no se me ha

    comunicado; he permanecido fro y pensativo, reflexionando

    sobre las ventajas y desventajas que reportaran los canales

    de desage y me he confirmado mas en mi opinin que si ellos

    no son el complemento de obras ms eficaces y de mayor

    consideracin, reportarn probablemente ms perjuicios que

    beneficios.

    Los recursos que dispone el hombre para paliar la degradacin ambiental se

    encuentran en la ingeniera agro-hidrolgica y medioambiental a travs de los proyectos

    de restauracin agro-hidrolgica de las cuencas. El trmino agro-hidrolgico puede

    interpretarse como un vocablo aglutinador de todas las acciones a realizar, ya que

    abordar tanto las actuaciones de carcter forestal como las prcticas agrcolas habituales

    en las superficies vertientes de la cuenca, as como las medidas adecuadas en los cauces

    de evacuacin de los flujos de avenida y las obras auxiliares (Mintegui Aguirre y Lpez

    Unz, 1990).

    La restauracin agro-hidrolgica trata de englobar en un plan unificado de accin, la

    problemtica comn a suelos, agua y vegetacin de las cuencas conduciendo a un

    autntico proceso de ordenacin.

    Los objetivos generales de la ordenacin agro-hidrolgica de una cuenca

    hidrogrfica y de su posterior restauracin hidrolgico-forestal se centran en el uso

    racional de los recursos que dispone, fundamentalmente el suelo y el agua. De todos

    modos, es frecuente desglosarlos en los siguientes (Mintegui Aguirre y Robredo

    Snchez, 1994):

    La retencin del suelo mediante el control de la erosin, tratando al mismo tiempo de aprovechar este recurso.

    La regulacin de las avenidas y del transporte de materiales provocado por las mismas, as como la sedimentacin de estos ltimos en las reas

    dominadas.

    La provisin hdrica.

    Estos objetivos se dividen para su estudio en dos grandes grupos: por un lado, los

    relacionados con los problemas generados por los eventos torrenciales en la cuenca; por

    otro, los referentes a la utilizacin agronmica de la misma y el aprovechamiento

    racional de los recursos hdricos y las potencialidades vegetativas en las diferentes zonas

    de la cuenca (Mintegui Aguirre y Robredo Snchez, 1994).

    Las actuaciones en la cuenca hidrogrfica pueden sintetizarse en dos lneas,

    totalmente compatibles y en cierta medida, complementarias. Estas son, la utilizacin

    racional de las reas de cultivo, que cubren las zonas de menores pendientes y suelos

    ms frtiles, y el establecimiento de una cubierta vegetal protectora adecuada en el resto

    del territorio. Esta puede adquirir distintas formas tales como praderas, landas, reas de

    matorral o monte bajo y finalmente zonas de bosque, bien sean de repoblacin o

    naturales (Mintegui Aguirre y Lpez Unz, 1990).

  • 3

    En Argentina, se destaca la necesidad de desarrollar procedimientos de evaluacin

    de proyectos de manejo de cuencas hidrogrficas, a partir de enfoques de mayor

    integridad que contemplen los diversos recursos involucrados y los aspectos tcnicos,

    sociales, de impacto ambiental, gerenciales y econmico-financieros, que puedan ser

    desarrollados a pequea escala. En trminos generales, el avance en la definicin e

    implementacin de acciones de manejo de cuencas se ve demorado por la insuficiencia

    de fondos operativos y de inversin. Gran parte de los proyectos de cuencas se

    encuentran a nivel de diagnstico y prefactibilidad, lo que define que pocos son

    ejecutados y consecuentemente realizadas las evaluaciones tcnicas, ambientales y

    econmicas, as como los anlisis del grado de adopcin de prcticas que proponen

    (Casaza, 2003).

    Las prcticas de restauracin agro-hidrolgica poseen una fuerte vinculacin con la

    conservacin y recuperacin de suelos. Bajo este mbito, cualquier proyecto

    desarrollado en la Provincia de Buenos Aires, se enmarca en el Decreto Ley 9867/82

    (Gobierno de la Provincia de Buenos Aires, 1982) el cual dispone:

    ARTICULO 1:Declrase de inters general la accin privada y pblica

    tendiente a la conservacin y recuperacin de la capacidad productiva de los

    suelos.

    ARTICULO 2: El Estado nacional y las provincias que se adhieran al rgimen

    de la presente ley fomentarn la accin privada destinada a la consecucin de

    los fines mencionados en el art. 1.

    ARTICULO 3: A los efectos indicados en los artculos. 1 y 2, las respectivas

    autoridades de aplicacin podrn declarar distrito de conservacin de suelos

    toda zona donde sea necesario o conveniente emprender programas de

    conservacin o recuperacin de suelos y siempre que se cuente con tcnicas de

    comprobada adaptacin y eficiencia para la regin o regiones similares. Dicha

    declaracin podr igualmente ser dispuesta a pedido de productores de la

    zona.

    ARTICULO 4: En los distritos de conservacin de suelos se propiciar la

    constitucin de consorcios de conservacin, integrados voluntariamente por

    productores agrarios cuyas explotaciones se encuentren dentro del distrito,

    quienes podrn acogerse a los beneficios previstos en esta ley y sus

    disposiciones reglamentarias.

    Con la aplicacin de medidas de control del agua superficial en el rea serrana de la

    cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande, se estara aumentando el recurso hdrico

    disponible para los cultivos en pocas deficitarias, los caudales punta disminuiran y con

    ello el riesgo de inundacin en la ciudad.

    La regin se caracteriza por presentar un relieve con variados rangos de pendiente,

    que genera condiciones puntuales sobre las cuales se debe evaluar la mejor solucin para

    controlar la escorrenta superficial sin afectar de manera significativa el tipo de

    produccin y los hbitos del productor.

    La restauracin agro-hidrolgica en el rea serrana busca atenuar los efectos

    negativos provocados por las caractersticas particulares del rea, haciendo un uso

    racional de los recursos disponibles en la cuenca.

  • 4

    ANTECEDENTES DE LA CUENCA DEL ARROYO PILLAHUINCO

    GRANDE

    La cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande, se encuentra ubicada en el sistema

    serrano de Ventania, en el sudoeste de la Provincia de Buenos Aires, Partido de Coronel

    Pringles (Figura 1), abarcando una superficie de 109.350 has.

    Figura 1: Mapa de ubicacin del rea de estudio. Provincia de Buenos Aires.

    La zona en estudio, fitogeogrficamente, se encuentra en la Regin Neotropical,

    Dominio Chaqueo, Provincia Pampeana, Distrito Pampeano Austral, segn La

    fitogeografa de la Republica Argentina, Cabrera (1994).

    La fisonoma vegetal dominante en la regin es el pastizal. Las especies

    predominantes son: Stipa, Piptochaetium, Festuca y Briza, en algunos lugares arbustos y

    algunos rboles dispersos. Los arbustos son principalmente: Eupatorium buniifolium y

    Discaria lonjispina, sobre suelos someros o pedregosos y slo escasos manchones

    pequeos de la xerfita Geoffroea decorticans en suelos arenosos finos (Frangi y

    Bottino, 1994).

    La geomorfologa caracterizada por el clima, el relieve, la estructura y composicin

    del material geolgico originario y la vegetacin son los factores que, en sus variaciones

    regionales, determinan la resultante de esta fuerza dinmica que origina la edafognesis

    de los suelos de la regin.

    rea de Estudio.

    Cuenca serrana del

    Arroyo Pillahuinco

    Grande.

    300 Km.

    N

  • 5

    La identificacin de los suelos, su distribucin areal y las variaciones locales

    observadas han hecho vincularlos con el medio en el cual se encuentran. Es por ello que

    al hablar de la geomorfologa ha realizado una descripcin por sectores, segn sus tipos

    de paisaje y caractersticas de los elementos que las componen. Siendo el suelo parte

    integrante y funcional del paisaje en que se encuentra, se demuestra como las

    variaciones geomorfolgicas influyen en la constitucin de los suelos. Por lo cual se

    ajust la clasificacin edafolgica a los ambientes geomorfolgicos que la circunscriben

    y su denominacin edafolgica. (Spinelli Zinni, 1970). Se divide la regin en 4

    ambientes geoedafolgicos: Grupo I. Ambiente serrano, presenta un suelo Argiudol

    tpico (Brunizem somero, con B2t y con discontinuidad litolgica). Grupo II. Ambiente

    intraserrano, con Argiudol tpico (Brunizem moderadamente profundo con

    discontinuidad litolgica y B2t levemente textural). Grupo III. Ambiente periserrano con

    Argiudol tpico (Brunizem con B2 levemente textural) y Grupo IV, Ambiente de llanura

    (llanura septentrional, llanura de derrames y llanura sudoriental). Presenta suelos

    Hapludol ntico (Brunizen regoslico), Argiudol tpico (Brunizem moderadamente

    profundo con B2 levemente textural), Argiudol tpico (Brunizem moderadamente

    profundo con B2 fuertemente textural y con discontinuidad litolgica), Argiudol tpico

    (Brunizem rankeriformel) y Argiudol tpico (Brunizem con B2 levemente textural con

    discontinuidad litolgica) (Spinelli Zinni, 1970) (Figura 2).

    Figura 2: Mapa de Ambientes geomorfolgicos.

    Histricamente el crecimiento del Partido de Coronel Pringles estuvo relacionado

    con la produccin agrcola-ganadera, siendo los cultivos principales: trigo, soja, cebada,

    girasol, sorgo y maz; en cuanto a la ganadera, la regin se caracteriza por invernada o

    cra (Gaspari y Rodrguez Vagara, 2006).

    La aptitud para la explotacin agrcola-ganadera sustentable en la cuenca se

    encuentra ligada a la tecnologa existente en la regin y a las prcticas conservacionistas

    que se implementen para el control de la erosin superficial. De sta manera se evitarn

    procesos erosivos tendientes a disminuir el potencial productivo de la cuenca.

    La zonificacin ambiental permite atenuar los procesos erosivos de la cuenca

    evitando el uso indebido de los recursos naturales. Se identificaron tres zonas con

    diferentes caractersticas ambientales y usos posibles: 1) Ganadera sobre pastizal

  • 6

    natural, zona cercana a las divisorias de aguas, y debido a las condiciones topogrficas

    (pendientes superiores al 10 %) y edficas (suelos con afloramiento de roca), la

    agricultura es impracticable. Por lo tanto se recomienda zona apta para la ganadera. 2)

    Agricultura con medidas conservacionistas: La zona ocupa toda la cuenca media y el

    sector sur de la cuenca baja, los suelos son profundos y frtiles con algn afloramiento

    rocoso. Se sugiere que se realicen prcticas conservacionistas como el cultivo en curvas

    de nivel y/o, en fajas. 3) Ganadera y agricultura sobre suelos inundables: En esta zona

    se presentan suelos con escasa fertilidad, poca pendiente y con problemas de salinidad,

    generada por las sucesivas de inundaciones a que estn expuestos. Las actividades que se

    recomiendan son la ganadera o la agricultura, tratando de no realizar laboreos excesivos

    que dejen suelo desnudo que puedan ser arrastrados y favorecer el proceso erosivo

    (Gaspari y Rodrguez Vagara, 2006)

    La problemtica ambiental actual en la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande,

    segn Gaspari et al (2007), se establece a partir de los siguientes criterios:

    1) La accin directa de todo tipo de erosin hdrica de origen torrencial

    (escurrimiento encausado, en manto superficial y subsuperficial) en alta cuenca y/o sus

    cabeceras.

    2) El impacto medioambiental negativo de las inundaciones en la cuenca media y

    baja, cuyos sectores afectados son:

    a) En forma directa o corto plazo:

    a1) Sector social urbano, periurbano y rural con perjuicios sobre bienes muebles e

    inmuebles;

    a2) Sector productivo urbano, periurbano y rural con perdida de capital productivo

    inmueble (infraestructura como galpones, pozos, bebidas, alambrados, tanques) y

    perdida de capital productivo mueble (maquinarias como tractores, aperos, bombas,

    motores, electrificadores, fumigadores y animales, forraje, cosechas)

    b) En forma indirecta o largo plazo:

    Perdida del capital productivo suelo y agua:

    b1) reduccin por perdida del horizonte productivo superficial agrcola del suelo

    (Ap);

    b2) modificacin del perfil subsuperficial y profundo (sntomas de exceso hdrico en

    el perfil) por parmetros fsicos (textura, granulometra, estructura, porosidad);

    parmetros qumicos (aerobiosis, concreciones, pigmentaciones y otras manifestaciones

    y procesos qumicos caractersticos del caso); parmetros biolgicos y fisiolgicos

    (como ser sanidad del suelo);

    b3) afectacin directa sobre la calidad y cantidad de agua disponible.

  • 7

    HIPTESIS DE TRABAJO

    Las prcticas de restauracin agro-hidrolgicas propuestas constituyen un mtodo

    integral en el control del escurrimiento superficial.

    OBJETIVO GENERAL

    Determinar el efecto de la restauracin agro-hidrolgica sobre el escurrimiento

    superficial en el rea serrana de la Cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande.

    OBJETIVOS ESPECFICOS

    Caracterizar ambientalmente el rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande.

    Elaborar una base de datos cartogrfica temtica digital para su potencial disponibilidad pblica.

    Modelizar la respuesta hidrolgica del rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande ante diferentes eventos de precipitacin para la condicin actual.

    Proponer medidas de restauracin agro-hidrolgica coherentes con el tipo de produccin actual tendientes a disminuir la escorrenta superficial.

    Ajustar las medidas propuestas ante diferentes eventos de precipitacin para la condicin restaurada.

    Comparar la respuesta del escurrimiento superficial segn la condicin actual y restaurada del rea ante diferentes eventos de precipitacin.

  • 8

    MATERIALES Y MTODO

    El efecto de la restauracin agro-hidrolgica sobre el escurrimiento superficial debe

    ser abordado sobre la base del concepto de cuenca hidrogrfica y ser analizado como

    objeto de estudio.

    1. Delimitacin del rea de estudio.

    El estudio de los movimientos del agua superficial debe ser abordado tomando

    como unidad a la cuenca hidrogrfica y sus subunidades, las subcuencas. El primer paso

    fue definir la cuenca hidrogrfica y sus respectivas subcuencas en el rea serrana del

    Arroyo Pillahuinco Grande mediante el uso de Sistemas de Informacin geogrfica

    (S.I.G).

    Durante las ltimas dcadas el avance de los S.I.G dieron como resultado una serie

    de herramientas vinculadas a la rama de hidrologa, entre ellas se encuentran los

    modelos delimitacin automtica de lmites de cuencas hidrogrficas a partir de la

    representacin topogrfica digital del terreno denominado Modelo de Elevacin Digital

    (MED).

    La delimitacin de la cuenca se realiz a travs de la extensin Swat 2000 bajo

    entorno ArcView, esta extensin posee una herramienta denominada Watershed

    delineation que crea una interfase para la delimitacin automtica del permetro de una

    cuenca y sus subcuencas para un rea de inters.

    El proceso requiere como dato de entrada un MED del rea de inters, a partir del

    cual realiza automticamente la delimitacin. Si se dispone de la red de ros en formato

    vectorial, puede ser provista para mejorar el proceso de segmentacin hidrolgica y

    definir los bordes de las subcuencas. Este proceso se denomina quemado de ros (Di

    Luzio, 2002).

    El primer proceso que realiza la interfase consiste en remover las zonas sin drenaje

    del MED, para ello asigna valores nuevos a dichos pxeles de forma tal que la

    escorrenta pueda desplazarse hacia el pxel vecino (Figura 3).

    Figura 3: Remocin de reas sin drenaje

    rea sin drenaje rea sin drenaje removida

    DEM

    Despus Antes

  • 9

    En un segundo proceso se realiza el quemado de ros, el cual consiste en disminuir

    la elevacin de los pxeles forzando de esta manera la circulacin de la escorrenta a

    travs de la red de drenaje (Figura 4).

    Figura 4: Quemado de ros.

    Por ltimo la delimitacin de la cuenca y las subcuencas es generada a partir de

    puntos de cierre, los cuales pueden ser definidos manualmente.

    El proceso genera como resultado final archivos vectoriales de la cuenca,

    subcuencas y red de drenaje y un documento de texto en formato tabular con reportes

    topogrficos para la caracterizacin morfomtrica de la cuenca y subcuencas.

    El MED utilizado para la delimitacin de la cuenca y subcuencas fue el

    SRTM_24_20_4_2 en formato ascii, con link disponible bajo entorno Google Earth .

    Este fichero fue convertido al formato requerido por Swat 2000 y recortado al rea de

    estudio. La red de drenaje utilizada para generar el quemado de ros fue creada por

    digitalizacin en pantalla a partir de una composicin de las bandas 1, 2 y 3

    correspondientes a la escena 226/86 de Enero de 2007, obtenidas por el satlite Landsat

    5, apoyado con imgenes disponibles en Google Earth . Se obtuvo de esta manera un

    archivo vectorial, el cual fue convertido al formato requerido por Swat 2000.

    En febrero del 2000 la NASA, la Agencia Nacional de Inteligencia Geo-Espacial

    (NGA), y las Agencias Espaciales de Alemania y de Italia lanzaron la Misin Shuttle

    Radar Topography Mission (SRTM) Esta misin produjo el MED de ms alta resolucin

    de la superficie terrestre. Este MED fue producido a una resolucin de 1 arco-segundo

    (aproximadamente 30 m en el Ecuador) para casi todo el globo terrqueo, entre las

    latitudes 60 grados norte y 56 grados sur (Farr, 2007) con un error de altitud vertical

    medio de 6,2 m (nivel de confianza de 90%) y un error de geoubicacin de 9 m para

    Suramrica (Rodrguez et al, 2006; Mathew Cushing, 2008).

    La distribucin de estos datos se rige por el Memorando de Entendimiento de

    NASA/NGA, y, en pocas palabras, expone que para aquellas reas que caigan fuera del

    territorio de los Estados Unidos los datos se pueden distribuir pblicamente a una

    resolucin reducida igual a, o mayor que 3 arco-segundos (aproximadamente 90 m en el

    ecuador).

    El SRTM utiliz una tcnica llamada interferometra para recoger los datos

    topogrficos En pocas palabras, la interferometra recoge dos imgenes de la misma

    Antes

    DEM

    Ro

    Despus

  • 10

    ubicacin en distintas posiciones de ventaja. Cuando se comparan las dos imgenes se

    aprecia una ligera diferencia en los valores de las mismas y a partir de esa diferencia se

    puede calcular la topografa de la superficie terrestre (NASA, 2005; Mathew Cushing,

    2008).

    Las imgenes recogidas de la interferometra no son fotografas tpicas de la

    superficie terrestre ya que estas imgenes fueron producidas por dos sistemas radar de

    apertura sinttica: banda-C (SIR-C) y banda-X (X-SAR) (Farr, 2007; Mathew Cushing,

    2008).

    Para el continente Sudamericano el conjunto de datos SRTM tiene un error

    horizontal promedio de 9,0 m y un error vertical absoluto (altura) promedio de 6,2 m

    (Rodrguez, 2006; Mathew Cushing, 2008). Amrica del Sur ha visto una mejora de 10

    veces (tanto en resolucin espacial como en exactitud vertical) con la aparicin del MED

    de 90 m comparado al ltimo MED continental, el GTOPO30 del USGS (Gesch, 1999;

    Mathew Cushing, 2008)

    2. Caracterizacin del rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande.

    2.1. Caracterizacin morfomtrica.

    El anlisis de las caractersticas morfolgicas y funcionales de una cuenca

    hidrogrfica se realiza a travs de la determinacin de parmetros de forma, de relieve y

    relativos a la red hidrogrfica. Estos parmetros son indicadores destinados a determinar

    la influencia de la forma de la cuenca en el movimiento y captacin del agua de lluvia.

    Los parmetros de una cuenca desempean un papel fundamental en el estudio y

    comportamiento en los componentes del ciclo hidrolgico, asimismo, algunos

    parmetros son requeridos como datos de entrada en la mayora de los modelos

    hidrolgicos para el anlisis de las caractersticas morfolgicas y funcionales (Gaspari et

    al, 2009). A continuacin se describen los parmetros calculados.

    2.1.1. Parmetros de forma.

    2.1.1.1. Permetro (P).

    Es la medicin de la lnea envolvente de la cuenca hidrogrfica, por la divisoria de

    aguas. Su unidad de medida es kilmetro.

    2.1.1.2. Longitud axial (La).

    Es la distancia existente entre la desembocadura y el punto ms lejano de la cuenca.

    Su unidad de medida es kilmetro.

  • 11

    2.1.1.3. rea (A).

    Es la superficie encerrada por la divisoria de aguas. Su unidad de medida es

    kilmetro cuadrado.

    2.1.1.4. Ancho promedio (Ap).

    Es la relacin entre la superficie de la cuenca con su longitud axial. Su unidad de

    medida es kilmetro.

    Ap = A La-1

    Frmula 1: Ancho promedio de una cuenca (Ap).

    Ap: Ancho promedio de una cuenca (km);

    A: rea (km2);

    La: Longitud axial (km).

    2.1.1.5. Factor de forma (IF).

    Este factor regula la concentracin del escurrimiento superficial. Resulta importante

    en lo referente a las crecientes de los cursos de agua. Una cuenca alargada, con un

    colector de mayor longitud que la totalidad de los tributarios, estar sujeta a crecientes

    de menor magnitud. Una cuenca de forma triangular, con dos vrtices en las cabeceras,

    afluentes de similar longitud y sincronismo en la llegada, provocar crecidas ms

    significativas. Es un factor adimensional, que adems expresa la tendencia de la cuenca

    hacia las crecidas. As, las cuencas con factor de forma bajos, son menos propensas a

    tener crecidas intensas, que una de igual tamao con un factor de forma mayor.

    Cuando IF es similar a 1, se esta ante una cuenca de forma redondeada, y en los

    casos en que IF es menor a 1, se caracteriza por ser una cuenca alargada.

    IF = Ap La-1

    Frmula 2: Factor de forma (IF).

    Siendo Ap: el ancho promedio de la cuenca (km) y La: la longitud axial o longitud del

    ro hasta su punto ms alto (km).

    2.1.1.6. Coeficiente de compacidad de Gravelius (Kc).

    El contorno define la forma y la superficie que abarca la cuenca vertiente. Es

    evidente que la forma tendr influencia sobre los escurrimientos y sobre la marcha del

    hidrograma resultante de una precipitacin dada. El tiempo de concentracin tambin

    depende de la forma (Lpez Cadenas de Llano y Mintegui Aguirre, 1987).

  • 12

    El coeficiente de compacidad de Gravelius, es un ndice adimensional que permite

    relacionar el permetro de la cuenca con el permetro de un crculo de rea equivalente al

    de la cuenca, y de esta manera representar esta caracterstica (Gaspari, 2002).

    Para tratar de explicar cuantitativamente la forma de la cuenca se ha propuesto su

    comparacin con una cuenca ideal de forma circular, con sus tributarios dispuestos

    radialmente y que desembocan en el punto central y est expresado por el coeficiente de

    compacidad.

    Si A es la superficie de la cuenca y P el permetro, Kc su coeficiente de compacidad

    se establece por medio de la siguiente Frmula:

    Frmula 3: Coeficiente de Gravellius (Kc).

    P: Permetro de la cuenca (km);

    A: rea de la cuenca (km2);

    : 3,1416.

    El coeficiente de compacidad est relacionado estrechamente con el tiempo de

    concentracin, que es el tiempo que tarda una gota de lluvia en moverse desde la parte

    ms lejana de la cuenca hasta la salida. En este momento ocurre la mxima

    concentracin de agua, puesto que estn llegando las gotas de lluvia de todos los puntos

    de la cuenca.

    Segn el valor que tome este coeficiente, la cuenca tendr diferente forma:

    Kc = 1,00 cuenca redonda;

    Kc = 1,25 cuenca oval redonda;

    Kc = 1,50 cuenca oblonga;

    Kc = 1,75 cuenca rectangular oblonga.

    Su valor ser mayor que la unidad y crecer con la irregularidad de la forma de la

    cuenca. A medida que su Kc tiende a 1, es decir cuando tiende a ser redonda, la

    peligrosidad de la cuenca a las crecidas es mayor, porque las distancias relativas de los

    puntos de la divisoria con respecto a uno central, no presenta diferencias mayores y el

    tiempo de concentracin se hace menor, por lo tanto mayor ser la posibilidad de que las

    ondas de crecidas sean continuas.

    P 0,28 P

    Kc = = 2 A A

  • 13

    2.1.2. Parmetros de relieve.

    2.1.2.1. Curva hipsomtrica.

    Es la distribucin del rea de acuerdo a su elevacin. La curva hipsomtrica permite

    obtener la relacin hipsomtrica (Rh), la cual es obtenida a partir del anlisis altitudinal

    correspondiente al lmite de la cuenca, el cual es reclasificado de acuerdo con el tamao

    del intervalo asignado previamente (de preferencia el valor debe de ser igual a la

    equidistancia). Para cada clase se obtiene su rea, lo cual permite realizar los clculos de

    la curva hipsomtrica, es decir generar la curva de frecuencia que representa distribucin

    areal segn cota altimtrica. Se expresa a travs de una curva de un doble eje de

    coordenadas donde la ordenada es la cota de altura (m.s.n.m.) y la abscisa es el rea por

    encima de una cota dada (% - km2).

    La generacin de la curva hipsomtrica en un rea fue sugerida por Langbein (1947),

    para proporcionar informacin sintetizada sobre la altitud de la cuenca, que representa

    grficamente la distribucin de la cuenca vertiente por tramos de altura.

    2.1.2.2. Curva hipsomtrica adimensional.

    Se utiliza para la comparacin de cuencas con distinto desnivel, cuyo grfico se

    expresa en dos ejes donde la ordenada es la Altura relativa (h/H) y la abscisa es rea

    relativa (a/A), donde h: Intervalo entre curvas de nivel (m), H: Desnivel total de la

    cuenca (m), A: Superficie total de la cuenca (ha) y a: rea entre curvas de nivel (ha).

    Normalmente su forma es sigmoidal, cncava hacia arriba en la parte superior y

    convexa en la parte baja; el grado de sinuosidad es muy variable, lo mismo que la

    pendiente en el punto de inflexin.

    El Grfico 1 muestra tres curvas hipsomtricas correspondientes a cuencas que

    tienen potenciales evolutivos distintos. La curva superior (curva A) refleja una cuenca

    con un gran potencial erosivo; la curva intermedia (curva B) es caracterstica de una

    cuenca en equilibrio; y la curva inferior (curva C) es tpica de una cuenca sedimentaria.

    Cuando las curvas hipsomtricas presentan variaciones, ya sea por apartarse de

    las tericas o por presentar ms de un punto de inflexin, ello puede relacionarse con

    controles tectnicos o litolgicos. El valor del rea relativa que yace bajo la curva

    (integral hipsomtrica) es indicativo del estado de desarrollo de la cuenca; valores

    superiores al 60 % indican desequilibrio manifiesto en el funcionamiento de la cuenca

    (juventud), valores rondando el 47 % representan equilibrio o madurez, e inferiores a

    30% implican fase de senectud (Strahler, 1952, 1957; Racca, 2007).

  • 14

    0.0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1.0

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Porcentaje de rea sobre la altura relativa

    Alt

    ura

    rela

    tiva

    A

    B

    C

    Grafico 1: curvas hipsomtricas correspondientes a cuencas que tienen potenciales

    evolutivos distintos.

    2.1.3. Parmetros relativos a la red hidrogrfica.

    2.1.3.1. Densidad de drenaje (Dd).

    La densidad de drenaje est definida para cada cuenca como la relacin entre la

    suma de las longitudes de todos los cursos de agua que drenan en la cuenca con respecto

    al rea de la misma (Lpez Cadenas de Llano y Mintegui Aguirre, 1987; Lpez Cadenas

    de Llano, 1998). Cabe recordar que se denomina red hidrogrfica al drenaje natural,

    permanente o temporal, por el que fluyen las aguas de los escurrimientos superficiales.

    Se considera que la densidad de drenaje caracteriza cuantitativamente la red

    hidrogrfica de la cuenca. Adems define el grado de relacin entre el tipo de red y la

    clase de material predominante, los cuales permiten el escurrimiento (Henaos, 1988;

    Lpez Cadenas de Llano, 1998; Gaspari, 2002).

    La densidad de drenaje fue establecida por Horton segn la Frmula 4.

    Ln Dd =

    A

    Frmula 4: Densidad de drenaje (Dd, en km km-2

    )

    Ln: Sumatoria de las longitudes de todos los cursos de agua que drenan por la cuenca

    (km);

    A: rea total de la cuenca (km2).

  • 15

    En un principio, y sin tener en cuenta otros factores del medio fsico de la cuenca,

    cuanto mayor sea la densidad del drenaje, ms rpida ser la respuesta de la cuenca

    frente a una tormenta, evacuando el agua en menos tiempo. Es decir: al ser la densidad

    de drenaje alta, una gota deber recorrer una longitud de ladera pequea, realizando la

    mayor parte del recorrido a lo largo de los cauces, donde la velocidad del escurrimiento

    es mayor; por lo tanto los hidrogramas en principio tendrn un tiempo de concentracin

    corto.

    2.1.3.2. Pendiente media del cauce (J).

    La pendiente media del cauce se deduce a partir del desnivel topogrfico sobre el

    cauce principal y la longitud del mismo (Lpez Cadenas de Llano y Mintegui Aguirre,

    1987; Lpez Cadenas de Llano, 1998; Gaspari, 2002). Se expresa en porcentaje, segn la

    Frmula 5.

    H mx - HmnJ = 100

    L

    Frmula 5: Pendiente media del cauce (J, en %).

    H mx.: Cota mxima sobre el curso de agua (m);

    H mn.: Cota mnima sobre el curso de agua (m);

    L: Longitud del ro ms largo (m).

    2.2. Caracterizacin climtica.

    2.2.1. Precipitacin.

    Para la caracterizacin de las precipitaciones en la cuenca se utilizaron los registros

    pluviomtricos diarios de la serie de datos desde 1911 hasta 2006 inclusive. Se obtuvo la

    precipitacin media anual y las precipitaciones medias mensuales.

    2.2.2. Temperatura.

    La regin en estudio presenta carencia en el registro de datos termomtricos, debido

    a ellos se utilizaron los datos de temperatura media mensual de la estacin

    meteorolgica ms cercana, correspondiente a la estacin Coronel Suarez Aero del

    Servicio meteorolgico Nacional.

    2.2.3. Balance hidrolgico medio mensual.

    El clculo del balance hidrolgico mensual requiere como variables de entrada la

    precipitacin media mensual (PP) y la evapotranspiracin potencial media mensual

    (ETP). Para el clculo de la Evapotranspiracin potencial se utiliz el mtodo de

  • 16

    Thornthwaite (1948). El clculo de la ETP expresada en mm/mes se determina a partir

    de la frmula 6 (Snchez San Romn, 2006)

    Formula 6: Evapotranspiracin potencial ETP (mm/mes)

    Donde:

    I = Duracin del da en horas

    N = Nmero de das en el mes

    Ta = Temperatura media mensual del aire expresada en C

    Donde

    e

    La duracin del da se calcul con la funcin DDIAF56 del mdulo Agroclima de

    INTA (Abbate, P.E. 2004) para Microsoft Excel, la cual posee como valores de entrada

    el da juliano y la latitud del rea de estudio.

    Las variables calculadas en el balance hidrolgico fueron:

    Evapotranspiracin real (ETR):

    El procedimiento de clculo de la ETR se realiz a partir de la relacin PP-ETP,

    utilizando una reserva mxima como valor de referencia de 100 mm (Thornthwaite,

    1948). El clculo de la ETR se efecta aplicando las Formula 7 u 8 segn condicin 1

    2 respectivamente.

    Condicin 1: PPj-ETPj 0

    Formula 7: ETRj = ETPj.

    Condicin 2: PPj-ETPj < 0

    Formula 8: ETRj = [ETPj /(Reserva mxima + ETPj)] (Almacenaje j-1 +PPj)

    12

    1

    I i

    7 3 -5 2 -2a = 6,75 10 I - 7,71 10 I + 1,79 10 I + 0,49

    1 1016

    12 30

    aN Ta

    ETPI

    1,514

    i = 5

    Ta

  • 17

    Almacenaje (A):

    Para el clculo del almacenaje se procedi a iniciar el ciclo del balance cuando la

    reserva del suelo se encuentra en capacidad mxima. La determinacin de la lmina

    almacenada en el perfil se realiza a travs de la Frmula 9 10 segn condicin 3 4

    respectivamente.

    Condicin 3: Almacenaje j-1 + PPj ETRj Reserva mxima.

    Formula 9: Almacenaje j = Reserva mxima.

    Condicin 4: Almacenaje j-1 + PPj ETRj < Reserva mxima.

    Frmula 10: Almacenaje j = Almacenaje j-1 + PPj ETRj

    Variacin del almacenaje ( A):

    Este valor se calcula a travs de la Frmula 11

    Frmula 11: Almacenaje = Almacenaje j Almacenaje j-1

    Dficit de saturacin (DS):

    El dficit de saturacin representa la lmina de agua necesaria para que el suelo se

    encuentre a reserva mxima. Su clculo se realiza a travs de la Frmula 12:

    Frmula 12: DS = Reserva mxima Almacenaje j

    Exceso (E):

    Los excesos se generan cuando el almacenamiento es mximo y la precipitacin es

    mayor a la evapotranspiracin. Su determinacin se realiza aplicando la Frmula 13 14

    segn condicin 5 6 respectivamente.

    Condicin 5: Almacenaje j = Reserva mxima.

    Formula 13: E = PPj - ETRj + Alm j.

    Condicin 6: Almacenaje j Reserva mxima.

    Formula 14: E = 0

  • 18

    Dficit (D):

    El dficit es la lmina de agua que falta para satisfacer la evapotranspiracin

    potencial.

    Su modo de clculo se efecta aplicando la Frmula 15 16 segn condicin 7 8

    respectivamente.

    Condicin 7: PPj - ETPj < 0.

    Formula 15: D = ETPj - PPj

    Condicin 8: PPj - ETPj 0.

    Formula 16: D = 0

    2.2.4. Clasificacin climtica.

    Se utiliz el modelo de clasificacin climtica de Thornthwaite (1948), el cual se

    basa en la evapotranspiracin potencial y el ndice hdrico, que cuantifican la eficiencia

    trmica y la eficiencia pluvial del medio analizado.

    Esta clasificacin se realiz a partir del balance hidrolgico, explicado en el punto

    2.2.3. La misma est simbolizada por cuatro dgitos o ndices climticos que en su

    conjunto expresan las caractersticas climticas del lugar. A continuacin se describen

    dichos ndices tomados de Urdaneta (2003).

    ndice hdrico (Im).

    El primer dgito de la clasificacin de Thornthwaite expresa el grado de humedad de

    un lugar. Una vez calculado el ndice segn la Frmula 17, se ingresa a la Tabla 1 del

    Anexo 1 con el valor y se determina el tipo de clima y smbolo que corresponde al

    medio caracterizado.

    Im = (100 E 60 D) / ETP

    Frmula 17: Indce hdrico.(Im).

    Donde:

    E = exceso de humedad en el ao

    D = deficiencia de humedad en el ao

    ETP = evapotranspiracin potencial anual.

  • 19

    ndice de Variacin estacional de la humedad (VEA).

    Se representa por una letra minscula que indica como es la variacin estacional de

    la humedad en el lugar que se est clasificando. Si dicho lugar presenta un clima hmedo

    (A, B C2) se emplea la Frmula 18 de ndice de aridez (Ia) puesto que interesa

    caracterizar la magnitud y distribucin de los perodos secos en el lugar estudiado. Por el

    contrario si el lugar tiene un clima seco (C1, D E), se utiliza la Frmula 19 que permite

    calcular el ndice de humedad (Ih) para saber cmo est distribuida la posible humedad

    que exista en el lugar y qu importancia tiene esa estacin hmeda.

    ndice de aridez (Ia) = 100 D/ ETP

    Frmula 18: ndice de Aridez. (Ia)

    ndice de humedad (Ih) = 100 E/ ETP

    Frmula 19: ndice de humedad.(Ih)

    Una vez calculado el ndice segn corresponda se ingresa a la Tabla 2 o Tabla 3 del

    Anexo 1 con el valor y se determina su smbolo.

    Tipos de clima segn el ndice de eficiencia trmica (IET).

    El tercer dgito esta constituido por una letra mayscula con apstrofe que indica la

    eficiencia trmica del lugar considerado. Este se determina entrando directamente con el

    valor de la ETP anual en mm a la Tabla 4 del Anexo 1.

    Tipos de clima segn la concentracin de la eficiencia trmica (Cet) en verano.

    El cuarto y ltimo dgito de la Clasificacin de Thornthwaite se expresa con una

    letra minscula con apstrofe e indica como es el rgimen trmico durante el verano en

    relacin al resto del ao, o lo que es similar, cual es el nivel de concentracin de las

    temperaturas altas durante esa poca del ao. Dicho ndice se determina sumando los

    valores de ETP de los tres meses de verano y relacionndolos luego con la sumatoria de

    la ETP anual (Frmula 20):

    Cet = (ETP meses de verano 100) / ETP anual

    Frmula 20: Tipos de clima segn la concentracin de la eficiencia trmica en verano

    (Cet).

    Una vez calculado el Cet se ingresa a la Tabla 5 del Anexo 1 y se obtiene el smbolo

    correspondiente.

  • 20

    2.2.5. Anlisis de Precipitaciones.

    El anlisis de las precipitaciones en la cuenca se realiz en base a los registros

    pluviomtricos diarios de la serie de datos desde 1911 hasta 2006 inclusive.

    Se ajustaron las tendencias de las precipitaciones anuales con el fin de determinar

    variaciones temporales tanto en cantidad de precipitacin como en nmero de las

    mismas.

    Se dividi la precipitacin anual en funcin de su distribucin mensual,

    considerando 2 perodos, uno hmedo, denominado clido, el cual incluye los meses del

    intervalo Septiembre Abril y otro, seco, denominado fro, que incluye los meses del

    intervalo Marzo Octubre. Se ajustaron las tendencias de las precipitaciones en los

    perodos con el fin de determinar variaciones temporales tanto en cantidad de

    precipitacin como en nmero de las mismas para relacionarlas con las tendencias a

    nivel anual.

    2.2.6. Ajuste de precipitaciones mximas diarias a la ley de Gumbel.

    Los procesos hidrolgicos evolucionan en el espacio y en el tiempo en una forma

    que es parcialmente predecible o determinstico y parcialmente aleatoria. Un proceso de

    este tipo se conoce con el nombre de proceso estocstico. En algunos casos, la

    variabilidad aleatoria del proceso es tan grande comparada con su variabilidad

    determinstica, que se justifica que el hidrlogo trate el proceso como puramente

    aleatorio. De esta manera, el valor de una observacin del proceso no est

    correlacionada con los valores de las observaciones adyacentes, y las propiedades

    estadsticas de todas las observaciones son iguales. Una variable aleatoria X puede ser

    descripta ajustada a una funcin de probabilidad conocindose sus frecuencias de

    ocurrencia. (Chow et al, 1994).

    Este tipo de tratamiento es apropiado para observaciones de eventos hidrolgicos

    extremos, como crecientes o sequas, y para informacin hidrolgica promediada a lo

    largo de tiempos grandes, como la precipitacin anual. (Chow et al, 1994).

    La distribucin de Gumbel ofrece resultados ptimos en el estudio de frecuencias de

    valores extremos de variables meteorolgicas. Los resultados obtenidos deben ser

    contrastados mediante un test de comprobacin cuya aplicacin pretende conseguir el

    mejor ajuste posible por aceptacin o rechazo de ciertos valores de la serie observada

    (Miliarium Aureum, 2004).

    Para la determinacin de las mximas precipitaciones, se parte de la siguiente

    hiptesis: las precipitaciones son variables aleatorias e indefinidas, sujetas a una

    distribucin estocstica determinada.

    Sea la precipitacin diaria una variable X, con probabilidad de ocurrencia P(x) se

    dice que esta posee una distribucin Gumbel si se ajusta a la Frmula 21:

  • 21

    Frmula 21: Distribucin Gumbel.

    Donde:

    e = base de los logaritmos neperianos.

    X = Precipitacin diaria (mm 24h-1)

    y u = Parmetros de la distribucin. Calculados segn las Frmulas 22 y 23 respectivamente.

    Frmula 22: Parmetro de la distribucin Gumbel.

    Frmula 23: Parmetro u de la distribucin Gumbel.

    Siendo

    = Media de los valores diarios mximos anuales de precipitacin (Xi).

    Calculado segn la Formula 24.

    Sx = Desvo de los valores diarios mximos anuales de precipitacin (Xi).

    Calculado segn la Frmula 25.

    = Media de los valores del tamao dependientes del tamao de la

    muestra (Yi). Calculado segn Frmula 26.

    Sn = Desvo de los valores del tamao dependientes del tamao de la

    muestra (Yi). Calculado segn Frmula 27.

    Yi = Valores de la variable Y segn el nmero de orden de la muestra (n)

    Calculado segn Frmula 28.

    Frmula 24: Media de los valores diarios mximos anuales de precipitacin (Xi).

    n = nmero de precipitaciones mximas.

    Frmula 25: Desvo de los valores diarios mximos anuales de precipitacin (Xi).

    n = nmero de precipitaciones mximas.

    ( )

    P( ) x uex e

    x

    n

    u X Y

    S

    S

    S =

    S

    n

    x

    2

    1

    ( )

    1

    n

    i

    ix

    X X

    Sn

    1

    n

    i

    i

    X

    Xn

    X

    Y

  • 22

    Frmula 26: = Media de los valores dependientes del tamao del tamao de la

    muestra (Yi). n = Tamao de la muestra.

    Frmula 27: Desvo de los valores dependientes del tamao del tamao de la

    muestra (Yi). n = Tamao de la muestra.

    Frmula 28: Valores de la variable Y segn el nmero de orden del tamao de

    la muestra. N = Tamao de la muestra. I = nmero de orden.

    2.2.7. Test de bondad de ajuste.

    La bondad de ajuste de una distribucin de probabilidad puede probarse

    comparando los valores tericos y muestrales de frecuencia relativa o de frecuencia

    acumulada (Chow, 1994)

    El test de Kolmogorov-Smirnov es el ms extendido cuando se desea comparar la

    distribucin de probabilidad de eventos extremos. Se basa en la idea de comparar la

    funcin de distribucin acumulada de los datos observados con la de una distribucin a

    probar, midiendo la mxima distancia entre ambas curvas (D). Para ello se ordenan de

    menor a mayor los valores de probabilidad acumulada muestral (Pm) y terica (Pt),

    luego se obtienen las diferencias para Xi.Xn. y se calcula el valor D segn la Frmula

    29:

    Frmula 29: Distancia mxima entre curvas de distribucin.(D)

    Luego, asumiendo un valor de significancia, se contrasta con los valores crticos

    obtenidos segn la tabla 6 del Anexo 1. Una vez determinado dicho valor se establece

    que si D < D tabla, se acepta que el ajuste es adecuado, con el nivel de confiabilidad

    asumido.

    1ln lni

    nY

    i

    1

    n

    i

    i

    Y

    Yn

    2

    1

    ( )n

    i n

    in

    Y Y

    Sn

    max ( ) ( )D Pm xi Pt xi

  • 23

    2.2.8. Determinacin del Perodo de retorno.

    Por definicin un evento extremo, asociado a una variable aleatoria X, se produce

    cuando en una observacin Xi, el valor de dicha variable es mayor o igual que un cierto

    valor Xt. El intervalo de recurrencia R es el tiempo transcurrido entre dos eventos

    consecutivos, es decir entre dos observaciones de la muestra con Xi mayor o igual Xt. El

    perodo de retorno (Tx) de un evento con Xi Xt es el intervalo de recurrencia promedio

    entre dos eventos, es decir el tiempo promedio entre observaciones con Xi Xt. (Lpez

    Cadenas de Llano, 1998)

    A partir de los valores de probabilidad de precipitacin puede calcularse el perodo

    de retorno para esa precipitacin a partir de la Frmula 30:

    Frmula 30: Perodo de retorno para una probabilidad de precipitacin. T(x)

    Si se desea calcular la lmina de precipitacin para un perodo de retorno

    determinado se aplica la frmula 31:

    Frmula 31: Lmina de precipitacin para un perodo de retorno.(x)

    2.2.9. Seleccin de tormentas.

    El Centro de Informacin Meteorolgica del Servicio Meteorolgico Nacional,

    Comando Regiones Areas de la Fuerza Area Argentina, permiti el acceso a la

    informacin pluviogrfica de la Estacin Meteorolgica en Coronel Pringles, Provincia

    de Buenos Aires, cuyo expediente de tramitacin fu el N 99.833. Se dispuso de fajas

    pluviogrficas de la Estacin Coronel Pringles Aero, correspondientes a 17 tormentas

    ocurridas durante el perodo 1956 al 2000.

    Se procedi a su lectura y posterior digitalizacin analtica con intervalos cada 30

    minutos. Una vez obtenidas las curvas de masa de lluvia, se determinaron los perodos

    de retorno, a travs de la metodologa citada con anterioridad. A partir de estos

    resultados se seleccionaron 3 tormentas para la aplicacin de los modelos hidrolgicos.

    2.3. Vegetacin y usos del suelo.

    Se relevaron datos de vegetacin y uso del suelo in situ con apoyo de imgenes

    satelitales y un sistema de posicionamiento global (GPS). Los datos fueron procesados y

    clasificados en categoras para la confeccin del mapa de vegetacin y usos de suelo.

    ( )

    ( )

    1

    1x

    x

    TP

    ( )

    ( )

    11ln ln

    x

    x

    Tx u

    T

  • 24

    La caracterizacin de vegetacin y uso del suelo se baso en descripciones

    bibliogrficas apoyada por toma de datos a campo y posterior interpretacin de imgenes

    satelitales Landsat 5 e imgenes de alta resolucin provistas por el servidor Google

    Earth.

    2.4. Suelos.

    Se utiliz la caracterizacin de suelos de la cuenca a escala 1: 50000, realizada por

    AICET-RCD, 2008.

    3. Cartografa temtica digital de la condicin actual.

    3.1. Cartografa de primer orden.

    La cartografa digital de primer orden primaria se gener a partir de la

    digitalizacin de cartografa analgica y/o tratamiento de imgenes satelitales con

    sistemas de informacin geogrfica. Los mapas obtenidos se detallan a continuacin:

    3.1.1. Drenaje. Obtenido segn lo descripto en el apartado 1.

    3.1.2. Cuenca y subcuencas. fueron obtenidos utilizando las tcnicas descriptas en el

    apartado 1.

    3.1.3. Vegetacin y usos del suelo. Para la obtencin del mapa de vegetacin y usos del

    suelo se utilizaron imgenes satelitales Landsat 5 escena 226/86 e imgenes de alta

    resolucin provistas por el servidor Google Earth. La imagen fue georreferenciada

    tomando como base la cartografa de red de drenaje y lmite de cuenca y subcuencas.

    Para ello se localizaron puntos de control, como ser las uniones de arroyos de la red de

    drenaje y los puntos ms relevantes del lmite de cuenca y subcuencas. Una vez

    georreferenciada la imagen, se procedi a la digitalizacin de polgonos de

    caractersticas uniformes, asignando por medio de la interpretacin y el apoyo de la toma

    de datos a campo, las categoras de vegetacin y uso del suelo.

    3.1.4. Suelos. El mapa de suelos de la cuenca fue elaborado a partir de cartografa

    analgica a escala 1: 50000, realizada por AICET-RCD, 2008. La cartografa analgica

    disponible constaba de cuatro aerofotografas con sus unidades de suelo diferenciadas a

    travs de polgonos. Las aerofotografas fueron convertidas en imgenes digitales y

    georreferenciadas tomando como base la cartografa de red de drenaje y lmite de cuenca

    y subcuencas. Para ello se localizaron puntos de control, como ser las uniones de arroyos

    de la red de drenaje y los puntos ms relevantes del lmite de cuenca y subcuencas. Una

    vez georreferenciadas las aerofotografas se procedi a la digitalizacin de polgonos

    obteniendo el mapa digital de suelos.

  • 25

    3.2. Cartografa de segundo orden.

    La cartografa de segundo orden fue elaborada a partir de la cartografa primaria,

    para su confeccin se procedi de la siguiente manera:

    3.2.1. Rangos de pendiente. El mapa de pendientes fue realizado en Idrisi Andes a

    travs del comando Slope. El mismo determina la pendiente del pxel a partir del MED,

    basado en la resolucin del pxel y los valores ms cercanos de los pxeles vecinos a su

    derecha, izquierda, arriba y abajo. El valor de la pendiente es calculada como un vector

    resultante de las pendientes en el sentido de los ejes x e y del pxel en cuestin,

    aplicando la frmula 35 (Eastman, 2006).

    Frmula 35: Valor de la pendiente para un pxel.

    Donde:

    Piz: Valor del pxel izquierdo del pxel en cuestin.

    Pde: Valor del pxel derecho del pxel en cuestin.

    Psu: Valor del pxel superior del pxel en cuestin.

    Pin: Valor del pxel inferior del pxel en cuestin.

    Res: Resolucin del pxel.

    El mapa de pendientes expresado como porcentaje surge de multiplicar el mapa obtenido

    anteriormente por 100.

    A partir de la reclasificacin de valores de pendiente se obtiene como resultado final el

    mapa de rangos de pendiente.

    3.2.2. Orientacin de laderas. El mapa de orientacin de laderas fue realizado en Idrisi

    Andes a travs del comando Aspect. El mismo determina la orientacin de la ladera

    expresada en decimales de grado respecto del Norte. Para la obtencin del mapa se

    procedi a reclasificar los valores a fin de expresarlos respecto de los puntos cardinales.

    3.2.3. Grupos hidrolgicos. El mapa de Grupos hidrolgicos deriva de la reclasificacin

    del mapa de suelos asignando un valor de grupo hidrolgico a cada unidad edfica. Las

    caractersticas de cada grupo son descriptas en el apartado 4.

    3.3. Cartografa de tercer orden.

    La cartografa de tercer orden fue elaborada a partir del procesamiento de cartografa de

    segundo orden. Para su confeccin se procedi de la siguiente manera:

    3.3.1. Nmero de curva. El mapa de nmero de curva se genera como resultado de la

    interseccin del mapa de Grupos hidrolgicos y de vegetacin y uso del suelo,

    posteriormente se realiza una reclasificacin de las nuevas categoras a partir de valores

    2 2

    ( / ) 2 2

    iz de su inP P P PPendiente m mRes Res

  • 26

    tabulares. El proceso se genera automticamente mediante el modelo Lthia descripto en

    el Apartado 5.1.

    4. Descripcin del mtodo de transformacin de lluvia-escorrenta.

    La metodologa del nmero de curva (NC) fue elaborada por el Soil Conservation

    Service (SCS) de los Estados Unidos, es un mtodo emprico para el clculo de la

    transformacin de lluvia-escorrenta, que surgi de la observacin del fenmeno

    hidrolgico en distintos tipos de suelo en varios estados y para distintas condiciones de

    humedad antecedente. (Chow et al, 1994; Lpez Cadenas de Llano, 1998; Mintegui

    Aguirre y Lpez Unzu, 1990).

    El mtodo se basa en que las combinaciones suelo-vegetacin de caractersticas

    semejantes, respondern de manera anloga bajo el efecto de una tormenta de intensidad

    variable. A mayor valor de Nmero de Curva, las condiciones de escurrimiento son ms

    crticas, es decir, los valores de infiltracin son menores (Gaspari et al, 2009).

    Para ello se estableci una clasificacin de los complejos hidrolgicos a los que

    asign una capacidad de infiltracin (Chow et al, 1994; Lpez Cadenas de Llano, 1998;

    Mintegui Aguirre y Lpez Unzu, 1990).

    Cada complejo se especifica por un tipo geomorfolgico y de suelo. Se definen

    cuatro agrupaciones:

    Grupo A: Suelo con el potencial de escurrimiento mnimo. Incluye a las arenas profundas con poco limo y arcilla, as como a los loess muy permeables.

    Grupo B: Suelos en su mayor parte arenosos, menos profundos que los del grupo A, y loess menos profundos y menos compactos que los del grupo anterior.

    Grupo C: Suelos poco profundos con abundante cantidad de arcilla y coloides.

    Grupo D: Potencial de escurrimiento mximo. Suelos con elevado contenido de arcillas, poco profundos, con subhorizontes casi impermeables cerca de la

    superficie.

    Conociendo el grupo hidrolgico al que corresponden los diferentes suelos de la

    cuenca y teniendo en cuenta el uso del suelo, es decir la vegetacin que sustentan,

    incluyendo el tratamiento cultural que reciben, se establecen los Nmeros de Curva en

    las diferentes zonas de la cuenca (Gaspari y Senisterra, 2006).

    La escorrenta (Q) se calcula a partir de la Frmula 36.

    Frmula 36: Lmina de escorrenta Q (mm) segn el mtodo del NC del SCS.

    Donde el valor de Io representa las prdidas por intercepcin, almacenamiento en

    superficie e infiltracin, conocida tambin como abstracciones, antes de que se inicie el

    2 2(P Io) (P 0,2 S)Q =

    P 4 Io P 0,8 S

  • 27

    escurrimiento (Q). La retencin mxima de P absorbida por la cuenca (retencin

    potencial mxima) se denomina S.

    A partir de los resultados obtenidos a campo para muchas cuencas experimentales

    pequeas, el S.C.S. desarroll una ecuacin emprica para determinar Io, segn la

    Frmula 37, a partir de la retencin potencial mxima (S).

    Frmula 37: Determinacin de las abstracciones iniciales (Io).

    El valor de S se obtiene aplicando la Frmula 38, obteniendo el valor del nmero de

    curva (NC) a partir de la Tabla 8 del Anexo 1 en funcin de la vegetacin y Uso del

    Suelo y Grupo hidrolgico.

    Frmula 38: Retencin potencial mxima (S) segn el mtodo del NC del SCS.

    La condicin de humedad antecedente del suelo incide directamente sobre la

    cantidad de agua que puede infiltrar en el suelo, por lo cual es importante considerar este

    estado de saturacin del suelo. El tipo de condicin de humedad antecedente se establece

    segn la Tabla 1.

    Tabla 1: Determinacin de la condicin hidrolgica antecedente en funcin de la

    lluvia y el estado de crecimiento

    Clases de condiciones de

    humedad antecedentes

    Lluvia total de los 5 das anteriores(milmetros)

    Estacin sin desarrollo

    vegetativo

    Estacin de crecimiento

    vegetativo

    I menos de 12,7mm menos de 35,6mm

    II 12,7 a 27,9 mm 35,6 a 53,3mm

    III Ms de 27,9 mm ms de 53,3mm

    .

    5. Modelos hidrolgicos. Elaboracin de parmetros requeridos.

    La modelizacin de la respuesta hidrolgica ante diferentes eventos de precipitacin

    para la condicin actual, se realiz mediante el modelo Long-Term Hydrologic Impact

    Assessment and Non Point Source Pollutant Model (Lthia) obteniendo la zonificacin de

    la escorrenta superficial y con el modelo Hydrologic Engineering Center Hydrologic

    Modeling System (Hec Hms) se generaron los hidrogramas, caudal de punta y escorrenta total para diferentes eventos de precipitacin para la cuenca y todas sus

    subcuencas.

    A continuacin se describen los parmetros requeridos para la ejecucin de cada

    uno de los modelos.

    Io 0,2 S

    100S 254 1

    NC

  • 28

    5.1. Lthia. Zonificacin de la escorrenta superficial.

    Lthia se ha desarrollado como una herramienta de anlisis simple que ofrece

    estimaciones de los cambios en el escurrimiento, la recarga y las fuentes de

    contaminacin no puntual resultantes del uso del suelo pasado o para los cambios

    propuestos. Expresa resultados a largo plazo el escurrimiento promedio anual segn el

    uso del suelo, basado en datos reales de clima, mediante el uso de una base de datos

    climticos multianual o una tormenta extrema (Engel et al, 2005).

    Los resultados son destinados a proporcionar informacin sobre los impactos

    hidrolgicos relativos al uso del suelo para diferentes escenarios Los resultados pueden

    ser utilizados para generar conciencia en la comunidad de los posibles problemas a largo

    plazo y para apoyar la planificacin fsica con el fin de reducir al mnimo la perturbacin

    en reas crticas. (Engel et al, 2005).

    La reciente preocupacin sobre cuestiones en el cambio de uso de la tierra, incluida

    la falta de consideracin sobre aspectos hidrolgicos por el cambio de uso del suelo

    puede resultar en inundaciones, degradacin del arroyo, la erosin y la prdida de

    suministro de agua subterrnea. Lthia es una herramienta ideal para colaborar en la

    evaluacin de los efectos potenciales del cambio en el uso del suelo, e identificar la

    mejor ubicacin de un uso particular a fin de contar con un mnimo impacto sobre el

    medio ambiente natural de la zona (Engel et al, 2005).

    Lthia Gis es un modelo de procesamiento cartogrfico geoespacial bajo entorno

    ArcView para el clculo a nivel pxel de la lmina de escorrenta. Su empleo requiere de

    cartografa de suelos y vegetacin y usos del suelo en formato vectorial codificadas de

    forma tal que luego del rasterizado, procesamiento y asignacin a travs de un archivo

    de valores (CN Table) se obtenga un mapa de nmero de curva a partir del cual se

    determina la lmina de escorrenta (Engel et al, 2005).

    5.1.1. Codificacin del mapa de suelos.

    El mapa de suelos debe ser modificado agregando un campo con el nombre

    Rcls_hsg a la tabla de propiedades y asignando un valor de tipo string

    correspondiente al Grupo hidrolgico de cada uno de los complejos de suelo. Luego del

    procesamiento se crear y asignar automticamente un campo numrico con el nombre

    Code (Tabla 2)

    Tabla 2: Tabla de codificacin de G.H. del mapa de suelos requerido por Lthia.

    Grupo

    Hidrolgico

    Valor asignado al

    campo Rcls_hsg

    Valor asignado al

    campo Code

    A A 1

    B B 2

    C C 3

    D D 4

  • 29

    5.1.2. Codificacin del mapa de vegetacin y usos del suelo.

    El mapa de vegetacin y usos del suelo debe ser modificado agregando un campo

    con el nombre Rcls_land a la tabla de propiedades y asignando un valor en funcin de

    las categoras requeridas por Lthia Gis. Luego del procesamiento se crear y asignar

    automticamente un campo numrico con el nombre Code (Tabla 3)

    Tabla 3: Tabla de codificacin del mapa de vegetacin y usos del suelo requerido por

    Lthia.

    Valor asignado al

    campo Rcls_hsg

    Valor asignado al

    campo Code

    Water 1000

    Commercial 2000

    Agricultural 3000

    HD Residential 4000

    LD Residential 5000

    Pasture 6000

    Forest 7000

    Industrial 8000

    5.1.3. Adaptacin de los valores de NC.

    Los valores de nmero de curva son asignados a partir de un archivo denominado

    CN_table. Este archivo puede ser adaptado de forma tal que un cdigo de la Tabla 3

    asigne valores de nmero de curva correspondientes a cualquier combinacin vegetacin

    y uso del suelo-grupo hidrolgico, cambiando las especificadas en el archivo original.

    5.2. Hec Hms. Generacin de hidrogramas.

    El centro de Ingeniera Hidrolgica del Cuerpo de Ingenieros del Ejercito de los

    EEUU, dise el programa de computacin Sistema de Modelamiento Hidrolgico

    (HEC-HMS), este provee una variedad de opciones para simular procesos de

    precipitacin escurrimiento y tambin transito de caudales entre otros (US Army,

    2000).

    HEC-HMS es un modelo agregado debido a que el alcance espacial se limita a un

    punto, cada unidad (subcuenca) es tratada como un promedio ponderado de la superficie

    real. Segn el tipo de respuesta es un modelo determinstico, teniendo como resultado un

    nico valor para una combinacin de variables determinada, tambin puede ser

    clasificado como un modelo de evento ya que calcula la variable respuesta para un

    suceso determinado en un momento dado.

    El HEC-HMS comprende una interfaz grfica para el usuario (GUI), componentes

    de anlisis hidrolgicos, capacidades para manejo y almacenamiento de datos, y

  • 30

    facilidades para expresar los resultados mediante grficas y reportes tabulados. La GUI

    provee los medios necesarios para especificar los componentes de la cuenca, para

    introducir los respectivos datos de estos componentes y para visualizar los resultados

    (US Army, 2000).

    La ejecucin de una simulacin en el HEC-HMS, requiere las siguientes

    especificaciones:

    - Modelo de Cuenca, contiene parmetros y datos conectados para elementos

    hidrolgicos. Los tipos de elementos son: Subcuencas, tramos de transito, uniones,

    embalses, fuentes, derivaciones y sumidero.

    - Modelo Meteorolgico, consiste en datos meteorolgicos e informacin requerida para

    procesarlos.

    - Especificaciones de Control, con el cual se especfica informacin de relacin tiempo

    para efectuar la simulacin.

    5.2.1 Modelo de Cuenca.

    Se requiere la seleccin y especificacin de los siguientes parmetros:

    5.2.1.1 Subcuenca.

    Es el elemento donde se genera la escorrenta a partir de una precipitacin

    determinada. Requiere los siguientes parmetros:

    Conexin. Se define el elemento hacia el cual fluye el hidrograma de

    salida de la cuenca

    rea. Superficie de la subcuenca expresada en Km2

    Mtodo de prdidas. Se seleccion el Mtodo del Nmero de curva,

    asignando el NC ponderado en funcin de la superficie para cada una de las

    subcuencas a travs de la Frmula 38:

    Frmula 38: Ponderacin areal del NC para un a subcuenca.

    Donde:

    NC ponderado: Nmero de curva para la subcuenca.

    Ai: rea de ocupacin del NCi en la subcuenca.

    NCi: Nmeros de curva presentes en la subcuenca.

    1

    1

    n

    i i

    iponderado n

    i

    i

    A NC

    NC

    A

  • 31

    Mtodo de transformacin. Se utiliz el mtodo de transformacin del

    SCS desarrollado a partir de los datos observados recogidos en pequeas

    cuencas agrcolas. El hidrograma general es escalado por el lapso de tiempo

    para producir el hidrograma unitario, donde el 37,5% del volumen de

    escorrenta se produce antes del flujo mximo y la base de tiempo del

    hidrograma es cinco veces el retraso. Estudios realizados por el SCS

    encontraron que en general el tiempo de retraso se puede aproximar al tomar

    el 60% del tiempo de concentracin (US Army, 2006). El tiempo de

    concentracin fue calculado a travs de la ecuacin de retardo desarrollada

    por el SCS en 1973 (Chow, et al 1994) mediante la formula 39.

    Frmula 39: Tiempo de concentracin (TC en minutos) segn la Ecuacin de retardo del

    SCS.

    Donde:

    L es la longitud de la mayor trayectoria del flujo expresada en pies.

    NC nmero de curva de la cuenca

    S es la pendiente promedio de la cuenca expresado en porcentaje.

    5.2.1.2. Tramos de trnsito. Corresponde al curso por donde circula el hidrograma.

    Requiere los siguientes parmetros:

    Conexin. Se define el elemento hacia el cual fluye el hidrograma de

    salida del tramo

    Mtodo de trnsito. Se utiliz el mtodo Muskignum-Cunge eight point.

    La ejecucin de este mtodo utiliza como parmetros de entrada para cada

    uno de los cauces el largo total del tramo expresada en metros, la pendiente

    expresada en metro/metro, una seccin transversal del cauce construida a

    partir de ocho puntos (x; y) y los nmeros de Manning del margen derecho,

    izquierdo y lecho (Figura 5).

    Figura 5: Formato para describir la geometra de canal con 8 puntos. Adaptado de

    Technical Reference Manual HEC HMS 3.1.0

    0.70.8

    0.5

    100 L 1000/NC -9

    1900 STc

  • 32

    La ubicacin de los perfiles transversales const de dos etapas, la primera se realiz

    en gabinete mediante uso de S.I.G, utilizando como base el mapa de drenaje y el de

    subcuencas. Se identificaron y posicionaron espacialmente los puntos necesarios donde

    se realizar los perfiles. Una vez obtenidas las coordenadas, con el uso de GPS se situaron

    en el terreno, a continuacin se procedi a medir la profundidad del lecho cada 1 metro

    (Fotografa 1) tomando como origen el comienzo de la planicie de inundacin.

    Fotografa 1: Procedimiento para la caracterizacin de perfiles transversales.

    El trnsito de avenidas por canales normalmente corresponde a flujos

    completamente turbulentos, en esta situacin la ecuacin de Manning es la mas

    apropiada y sencilla para el clculo de velocidades del flujo dentro de un canal abierto.

    Su expresin deriva de la ecuacin de Chezy (Frmula 32).

    Frmula 32: Velocidad del flujo en un canal abierto.(V)

    Donde

    R: Radio hidrulico (m).

    S: Pendiente del canal (m m-1). : Coeficiente de Manning (adimensional).

    Por ley de continuidad puede determinarse el caudal de avenida segn la Frmula

    33.

    Q = A V = A

    Frmula 33: Caudal (Q en m3/s) para un canal abierto.

    Siendo:

    A: rea (m2)

    V: Velocidad (m s-1

    )

    2/3 1/2R SV

    2/3 1/2R S

  • 33

    El procedimiento general para estimar los valores del coeficiente de Manning se

    realiza a travs de la seleccin de un valor de coeficiente base para un cauce recto,

    uniforme y suave, hecho de los materiales de inters y luego adicionar factores de

    correccin. El valor del coeficiente compuesto se calcula a travs de la Frmula 34

    (Chow, 1982).

    = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4) n5

    Frmula 34: Valor del coeficiente compuesto de Manning

    Donde:

    n0 = valor base para cauces rectos y uniformes.

    n1 = valor adicional por la irregularidad en la seccin recta.

    n2 = valor adicional por variaciones en el cauce.

    n3 = valor adicional por obstrucciones.

    n4 = valor adicional por vegetacin.

    n5 = factor multiplicador por sinuosidad.

    Los valores de n0 se determinaron a partir de la Tabla 7, los valores n1, n2, n3, n4 y n5

    a partir de la Tabla 8.

    5.2.1.3. Unin. Constituye el punto de encuentro de dos o ms elementos. Requiere el

    siguiente parmetro:

    Conexin. Se define el elemento hacia el cual fluye el hidrograma de salida de la unin

    5.2.1.4. Sumidero. Representa la salida o punto de cierre de la cuenca.

    5.2.2. Modelo Meteorolgico.

    Especificacin del hidrograma: El modelo meteorolgico fue elaborado a partir de

    fajas pluviogrficas, uno para cada tipo de tormenta. Cada uno de los modelos

    meteorolgicos se crea a partir de una curva de masa de lluvia con intervalos cada 30

    minutos especificando el da y hora de comienzo de la precitacin.

    5.2.3. Especificaciones de Control.

    En el se detallan el da y hora de inicio, a partir del cual se comenzarn a los

    clculos y da y hora de finalizacin de los mismos.

  • 34

    6. Medidas de restauracin agro-hidrolgica.

    Del anlisis de la respuesta hidrolgica en la condicin actual, la cartografa y la

    caracterizacin ambiental se asignaron medidas de restauracin agro-hidrolgicas

    coherentes con el tipo de produccin actual, tendientes a disminuir la escorrenta total

    superficial y caudales pico.

    La metodologa empleada para la asignacin de nuevos usos del suelo se bas en la

    combinacin de tres variables espaciales: grupo hidrolgico, rangos de pendiente y

    vegetacin y usos del suelo actual.

    Las medidas de restauracin propuestas, se representaron cartogrficamente (mapa

    de vegetacin y usos del suelo) a fin de delimitar su ubicacin geoespacial. El escenario

    propuesto modific las condiciones hidrolgicas, afectando los parmetros requeridos

    por los modelos. A fin de evaluar la respuesta hidrolgica de las medidas propuestas con

    Lthia y HEC HMS se confeccionaron los parmetros necesarios. De esta manera, los

    resultados obtenidos para la condicin restaurada pudieron ser comparados con la

    condicin actual.

    7. Anlisis comparativo de la respuesta del escurrimiento superficial de la

    condicin actual y restaurada.

    El efecto de la restauracin se compar con la situacin actual a travs del anlisis

    de lmina de escorrenta, hidrogramas, caudales pico y escorrenta total generados por

    los diferentes eventos de precipitacin.

  • 35

    RESULTADOS

    1. Delimitacin del rea de estudio.

    La delimitacin de la cuenca serrana del Arroyo Pillahuinco Grande se realiz sobre

    una base cartogrfica digital georreferenciada bajo el sistema de coordenadas Gauss-

    Kruger Argentina, correspondiente a la Faja 5. El cuadrante donde se ubica el rea de

    estudio tiene los siguientes lmites expresados en metros: Min. X: 5353704.0; Max. X:

    5383431.0; Min. Y: 5763580.5; Max. Y: 5794171.0. A partir de dicho cuadrante y tres

    bandas del satlite Landsat 5 se procedi a componer una imagen (Figura 6) con el fin de

    obtener por medio de digitalizacin en pantalla la red de drenaje de la cuenca (Figura 7).

    Figura 6: Composicin de las bandas 1, 2 y 3 correspondientes a la escena 226/86 de

    Enero de 2007, obtenidas por el satlite Landsat 5

  • 36

    Figura 7: Red de drenaje de la cuenca obtenida por digitalizacin en pantalla.

    Se proces el srtm_24_20_4_2 para obtener un MED del rea (Figura 8), una vez

    confeccionadas las dos capas temticas y los puntos de cierre de las subcuencas (Figura

    9), se delimit la cuenca (Figura 10) y sus subcuencas automticamente con el mdulo

    Watershed delineation, obteniendo un total de 15 subcuencas (Figura 11).

  • 37

    .Figura 8: MED obtenido por procesamiento del srtm_24_20_4_2

    Figura 9: MED, Red de drenaje y puntos de cierre de subcuencas necesarios para la

    delimitacin automtica de cuenca y subcuencas por medio de Watershed delineation.

  • 38

    Figura 10: Cuenca del rea serrana de Arroyo Pillahuinco Grande.

    Figura 11: Subcuencas de la cuenca del rea serrana de Arroyo Pillahuinco Grande.

  • 39

    2. Caracterizacin del rea serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande.

    2.1 Morfometra.

    2.1.1 Parmetros de forma.

    En la Tabla 4 se presentan los valores obtenidos de permetro, longitud axial,

    superficie, ancho promedio, factor de forma y coeficiente de compacidad

    correspondientes a los parmetros de forma para la cuenca y cada subcuenca. El Factor

    de forma indica en todos los casos que tanto la cuenca como las subcuencas poseen

    forma alargada, siendo rectangulares oblongas segn el coeficiente de compacidad de

    Gravelius.

    Tabla 4: Parmetros de forma para la cuenca y subcuencas

    2.1.2. Parmetros de relieve.

    2.1.2.1. Curva hipsomtrica.

    El Grfico 2 representa la proporcin del rea segn las cotas altimtricas para cada

    subcuenca (curva hipsomtrica). En ella puede observarse la variacin entre curvas,

    expresando las diferencias, tanto de altitudes, como de relieve presentes en la cuenca.

    Estas diferencias tienen como consecuencia un funcionamiento hidrolgico diferente

    para cada subcuenca.

    Subcuenca

    Parmetros de forma

    Permetro

    (m)

    Longitud

    Axial (Km.) rea (Ha)

    Ancho

    promedio

    (Km.)

    Factor de

    forma

    Coef. de

    compacidad

    1 55128.1 15.19 5805.00 3.82 0.25 2.04

    2 35572.3 9.26 2753.64 2.97 0.32 1.91

    3 26394.1 7.35 1423.17 1.94 0.26 1.97

    4 23574.9 6.41 1173.69 1.83 0.29 1.94

    5 43251.4 10.62 4141.98 3.90 0.37 1.90

    6 23395.1 6.01 1491.66 2.48 0.41 1.71

    7 19736.1 4.96 823.32 1.66 0.33 1.94

    8 14276.8 4.03 541.17 1.34 0.33 1.73

    9 29274.2 7.47 1809.18 2.42 0.32 1.94

    10 17576.3 3.30 581.49 1.76 0.54 2.06

    11 24414.9 7.40 1391.67 1.88 0.25 1.85

    12 5698.9 1.43 83.07 0.58 0.41 1.76

    13 26334.8 6.52 1638.99 2.51 0.39 1.84

    14 2039.6 0.45 14.94 0.33 0.74 1.49

    15 24055.4 4.97 1459.62 2.94 0.59 1.78

    Cuenca 109957.5 21.37 25132.59 11.76 0.55 1.96

  • 40

    Subcuenca 1

    275

    325

    375

    425

    475

    525

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 2

    300

    350

    400

    450

    500

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 3

    300

    350

    400

    450

    500

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 4

    300

    350

    400

    450

    500

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 5

    325

    375

    425

    475

    525

    575

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 6

    300

    350

    400

    450

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 7

    300

    350

    400

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 8

    290

    300

    310

    320

    330

    340

    350

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Grfico 2: Curvas hipsmetricas de las subcuencas.

  • 41

    Subcuenca 9

    275

    325

    375

    425

    475

    525

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 10

    285

    295

    305

    315

    325

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 11

    275

    325

    375

    425

    475

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 12

    285

    295

    305

    315

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    )

    Subcuenca 13

    275

    325

    375

    425

    475

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Proporcin de rea

    Co