Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y RN
Ingeniería Forestal
Hidrología en la Ingeniería Forestal
Hidrología en la Ingeniería Forestal
Carlos Francisco García Olmos PhD Carlos Francisco García Olmos PhD
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
HIDROLOGIA EN LA INGENIERÍA FORESTAL
Hidrología en la Ingeniería Forestal
Este texto busca ser un referente de la ingeniería
forestal en esta área específica del conocimiento.
Da una visión integral del papel tan importante
que tiene el bosque en el ciclo hidrológico,
donde se considerarán las relaciones
Objetivo general
Abordar el conocimiento de ciclo de agua en la
naturaleza, con énfasis en el papel del bosque.
Teniendo en cuenta:
su existencia, distribución, cuantificación, propiedades y su influencia sobre el medio
Objetivos Específicos
Conocimiento de los procesos del ciclo hidrológico en
el contexto forestal.
Medición e interpretación de los procesos
hidrológicos, en relación con el bosque.
Aplicación de métodos y procedimientos para el
análisis e interpretación de los datos hidrométricos.
Caracterización y análisis de la red hidrográfica y de
Desarrollo Hidrológico Forestal
Enfasis particular en el bosque, con relación al ciclo
hidrológico.
Inicialmente se ha interpretado en forma
especulativa el papel del bosque y en general de la cobertura vegetal en la protección del suelo y del agua.
En los primeros tiempos de la humanidad los
Paradigma clásico pre-científico
La hipótesis de que el bosque produce más
lluvia:
Se considera propuesta por Cristóbal Colón
Sobre paradigmas anteriores,
McCulloch y Robinson, 1993:
“Es inevitable que, en ausencia de una
verdadera base científica para la
Nace la Ingeniería Forestal
En Alemania hacia 1811, como una escuela, por
mejorar la productividad de los montes, uno de sus mayores objetivos.
Pero en 1901 se funda el Servicio
Hidrológico Forestal Español:
Comienza a hacer Restauración Hidrológica
Forestal en forma sistemática y planificada.
Crisis del Paradigma clásico I
Belgrand 1850 a 1852, estudió las
escorrentías de tres cuencas que tenían
Crisis del Paradigma clásico II
De 1858 a 1859, Jeandel, Cantégril y
Bellaud, hicieron la comparación de dos cuencas, cada una protegida con una cobertura distinta, y con base en un modelo hidrológico sencillo:
Mostraron que el bosque demoraba la
Crisis del Paradigma clásico III
Experimento pionero, Engler en 1919:
Hizo la primera comparación entre dos
cuencas en Suiza, considerada
metodológicamente correcta.
Crisis del Paradigma clásico IV
Bosch & Hewlett 1982, y Zang et al., 2001:
Experimentaron con coníferas, caducifolias y arbustos:
Se presenta mayor evapotranspiración en los arbustos, reduciendo así en mayor
Crisis del Paradigma clásico V
La forestación de una cuenca sobre la que
caen 1000 mm anuales de precipitación
Crisis del Paradigma clásico VI
En Dinamarca, a escala de rodal se observó menor recarga bajo cubierta de robles
comparada con brezales (arbustos de altura media).
En Australia, luego de hacer deforestación
generalizada se produjo el ascenso general de
Según la FAO, 2008, en discusión:
Se atribuye a los bosques un papel positivo en
la protección y regulación de flujos hídricos.
Se dice que las coberturas vegetales son:
Reguladoras de inundaciones, contrarrestan
Según experimentación:
Sobre la atenuación de grandes avenidas por
el bosque, los resultados experimentales y los modelos muestran que:
El bosque reduce las crecidas frecuentes de baja magnitud. (Beschta et al, 2000).
Pervivencia del Paradigma clásico
pre-científico
Pereira (1989), afirma que la idea de que
los bosques atraen las lluvias ha persistido.
Este mito está en los libros de texto y se ha
Segun la UNCED (1992):
Son el impacto por la pérdida o degradación de los
bosques:
La erosión del suelo, la pérdida de la biodiversidad,
el daño a los habitats de la vida silvestre.
Degradación de las cuencas hidrográficas, la
disminución de la calidad de vida y tener menores opciones para el desarrollo.
Plan Forestal Español, 2002-2032
Promueve la protección del territorio de la
erosión mediante la restauración de la
cobertura vegetal protectora y la fijación de carbono en la biomasa vegetal.
Fin: aportar en la reducción del cambio
Paradigmas clásicos, Pre-científico y Experimental
Con respecto a las consecuencias hidrológicas de los
cambios en la cubierta vegetal:
Variables Hidrológicas Pre-Científico Experimental
Avenidas Las disminuye Solo disminuye las avenidas pequeñas.
Tiempo de retardo Lo disminuye Lo disminuye
Paradigmas clásicos, Pre-científico y
Experimental
Recarga de acuíferos La aumenta La aumenta
Flujo base Lo aumenta. Lo aumenta.
Erosión y transporte de sedimentos
Paradigmas clásicos, Pre-científico y
Experimental
Calidad del agua La mejora La mejora
Precipitación: La aumenta Sólo la aumenta a nivel continental.
Información según Gallart, F. y Llorens, P. (2010).Hidrología forestal, mitos y evidencias. Institut de Ciències de la Terra JaumeAlmera, (CSIC) Barcelona.
Hidrologia Forestal en Colombia I
SCMH, hasta 1976.
CAR, 80´s y 90´s, Proyecto Checua.
CRAMSA, 80´s y 90´s, Bioingeniería.
Hidrologia Forestal en Colombia II
IDEAM desde 1993.
U. Nacional de Colombia (Medellín):
“Influencia de los bosques sobre el clima y los
componentes del ciclo hidrológico, y la
influencia de la vegetación sobre el suelo”,
Hidrologia Forestal en Colombia III
U. Nacional, Medellín, Proyecto HidroFORES
(Hidrología de Bosques Plantados):
Busca conocer la respuesta de las cuencas
andinas cuando las tierras son usadas en bosques plantados.
Hidrologia Forestal en Colombia IV
Universidad del Tolima, 2012:
“Efecto de algunas coberturas vegetales
sobre el régimen de caudales, con énfasis en el caudal mínimo, a escala de
microcuenca y cuenca hidrográfica, en la región andina colombiana”.
Investigación Hidrológica Forestal de la Universidad Distrital I
Caracterización de la cuenca del río San
Cristóbal, Venegas, (1958); Corredor, (1967).
De los caudales y las coberturas vegetales
Castillo y López, (1983) estimaron las
importancia de los bosques existentes sobre el balance hídrico y la disponibilidad de
Investigación Hidrológica Forestal de la
Universidad Distrital II
Balance hídrico de los bosques de la
cuenca: ciprés (Cupressus lusitanica),
eucalipto (Eucalyptus globulus) y bosque natural, (De Las Salas y García O, 1995-2000).
Regulación hídrica de los bosques y las
Investigación Hidrológica Forestal de la
Universidad Distrital III
Simulación de hidrogramas en las
microcuencas del río San Cristóbal,
Rey C.A., Medina, J.C y García C.F., 2011.
Modelización de la capacidad de infiltración y conductividad hidráulica, bajo los bosques de la cuenca río San Cristóbal,
No. Regiones hidrográficas Rangos de precipitación (mm) Aguas Superficiales
(m3/seg)
Aguas Superficiales
(%)
Rendimientos medios
(litros/seg/km2)
1 Caribe 250-1500 3350 5 44.4
2 Andina 1000-4000 7370 11 27.1
3 Pacifica 2000-9000 12060 18 104.6 4 Catatumbo 1000-1500 670 1 47.0 5 Oriental:
5a Orinoquia 2000-5500 21440 32 46.1 5b Amazonia 2000-5500 22110 33 66.6
No. Provincias Hidrogeológicas Áreas (km2) Rango Caudales (litros/seg) 1 Andina-Vertiente Atlàntica 297.802 5-120 2 Costera-Vertiente Atlàntica 126.925 1-70 3 Costera-Vertiente Pacífica 82.688 nd
4 Amazonas 265.780 nd
5 Orinoquía 241.678 nd
Enfoque sistémico de la cuenca
hidrográfica
Precipitaciones Cuenca: Caudales
Cuenca río San Cristóbal
La Osa
(6.98 Km2)
La Upata
(2.86 Km2)
Paloblanco
(10.68 Km2)
Bogotá DC
Datos Generales 74º 01´ 41´´ N
04º 30´ 42” W
2900-3600 m.s.n.m. P: 1225 mm
Balance Hídrico de Colombia
De acuerdo al Ideam et al. (2004) y el
diagnóstico que se presenta en la Política
Nacional del Recurso Hídrico (MAVDT, 2010):
Precipitación media anual = 3.000mm., Evapotranspiración real = 1.180 mm.,
Ejemplo de curva de duración
Hallar la curva de duración del río
Combeima, en la estación limnimétrica y limnigráfica LM-LG San Vicente, localizada en la parte alta de la cuenca, municipio de Ibagué, según los caudales medios
Información
Los datos son en Q (m3/s):
2.843 2.687 2.707 3.347
3.742 3.782 3.997 3.481
Tabla de Frecuencias
Intervalo clase.
Valor Repres.
Frecuencia Fr. Rel. (%) Fr. Ac.(%)
3.81-4.00 3.90 1 8.33 8.33
3.61-3.80 3.70 4 33.33 41.67
3.41-3.60 3.50 1 8.33 50.00
3.21-3.40 3.30 2 16.67 66.67
3.01-3.20 3.10 1 8.33 75.00
2.81-3.00 2.90 1 8.33 83.33
Curva de Duración del río Combeima
Volumen anual de aguas
Precipitación I
Condiciones para que ocurra la lluvia.
Mecanismos de Ascenso de las Masas de Aire
Cálido y Húmedo.
Medición de la Precipitación
Análisis Estadístico
Curvas de Frecuencias relativas y acumuladas,
aplicadas.
Precipitación II
Introducción a la teoría de las
Probabilidades de las precipitaciones.
Distribuciones de probabilidad
aplicadas.
Estudio de Intensidad, Duración, Frecuencia.
Lluvia de diseño
Caudal
Métodos para determinar caudales.
Establecimiento de una estación de aforos
Operación de una estación de aforos
AFORO Y CALCULO DE CAUDAL CON FLOTADORES
RIO CUENCA
ESTACION
FECHA HORA INICIAL FINAL
NIVEL INICIAL FINAL MEDIO
TIPO DE AFORO METODO
LONGITUD
FLOT No. DIST (m) PROF. (m) t (seg) VS (m/seg) VMV (m/seg) VM (m/seg) PM (m) AP (m) SP (m2) Q (m3/seg)
AFORO Y CALCULO DE CAUDAL CON MOLINETE
RIO CUENCA
ESTACION
FECHA HR INICIAL FINAL
NIVEL INICIAL ____________FINAL MEDIO
TIPO DE AFORO METODO
DISTANCIAS DESDE EL PR
(m) Orilla_____
DISTANCIAS DESDE EL PR
(m)
Orilla_____
Q (m3/seg)
Caudal
El Hidrograma y la cuenca hidrográfica.
Características relacionadas con el territorio.
Métodos de separación de los componentes
del hidrograma.
Hidrograma compuesto
t (horas)
0 0 2 4 6 8 10 12
1 2
Hidrograma
A B C D E Curva de concentración CrestaCurva de recesión
Curva de agotamiento
t (h)
Instrumentación
Pluviómetros
Pluviografo
Aforos
Estación Limnigráfica
Modelación Hidrológica con el HEC-HMS
Infiltración I
Capacidad de Infiltración.
Factores que afectan la capacidad de
infiltración.
Infiltración II
Análisis mediante hietograma e
hidrograma.
Capacidad de infiltración bajo tres tipos
de bosques, cuenca río San Cristóbal
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
0 50 100 150
Relaciones Precipitación-Caudal I
Obtención de caudales a partir de
precipitaciones observadas:
Correlación simple. Correlación múltiple.
Relaciones Precipitación-Caudal II
Balance hídrico. Método racional.
Relaciones Precipitación-Caudal IV
Obtención de caudales a partir de
caudales observados:
Análisis estadístico de caudales.
Relaciones Precipitación-Caudal V
Correlación de caudales:
Correlación de limnígrafos o de
limnímetros.
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Ingeniería Forestal
Hidrología en la Ingeniería Forestal
Hidrología en la Ingeniería Forestal
Carlos Francisco García Olmos PhD Carlos Francisco García Olmos PhD
