Estudio hidrológico de la cuenca del río Chipalo

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(1)ESTUDIO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA DEL RIO CHÍPALO.. OSCAR ROMÁN BECERRA VARGAS DIANA MARCELA QUIROGA GARZON. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ D.C – 2014.

(2) ESTUDIO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA DEL RIO CHÍPALO.. OSCAR ROMÁN BECERRA VARGAS DIANA MARCELA QUIROGA GARZON. Trabajo de grado para obtener el título de especialista en Recursos Hídricos.. ASESOR: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO INGENIERO CIVIL, MSC.. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ D.C – 2014.

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(4) Nota de aceptación. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________. ______________________________________ Presidente del Jurado. ______________________________________ Jurado. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C., Diciembre de 2014.

(5) Dedicatoria. Gracias a Dios por darnos la vida, la capacidad, el entendimiento, la sabiduría, por permitir que cumplamos cada una de las metas que nos hemos fijado en la vida, por mantenernos firmes y perseverantes ante las dificultades y los malos momentos, gracias por ser el PILAR DE NUESTRAS VIDAS.. Gracias a nuestras familias que nos motivan a querer ser mejores cada día y nos llevan a estar en constante búsqueda de mejores oportunidades, porque son ellos quienes nos dan la energía y nos impulsan, gracias por ser el MOTOR DE NUESTRAS VIDAS..

(6) TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN*....................................................................................................................................*12! 1!. GENERALIDADES*DEL*TRABAJO*DE*GRADO*.....................................................................................*13! 1.1! LINEA!DE!INVESTIGACIÓN,!..............................................................................................................!13! 1.2! PLANTEAMIENTO!DEL!PROBLEMA!...........................................................................................................!13! 1.2.1! Antecedentes+del+problema+....................................................................................................+13! 1.2.2! Pregunta+de+investigación+......................................................................................................+14! 1.3! JUSTIFICACIÓN!....................................................................................................................................!14! 1.4! OBJETIVOS!.........................................................................................................................................!15! 1.4.1! Objetivo+general+.....................................................................................................................+15! 1.4.2! Objetivos+específicos+...............................................................................................................+15!. 2!. MARCOS*DE*REFERENCIA*...............................................................................................................*17! 2.1! MARCO!CONCEPTUAL!..........................................................................................................................!17! 2.1.1! Caracterización+Morfo+métrica+de+una+cuenca+.......................................................................+17! 2.1.2! Estimación+de+caudales+pico+...................................................................................................+18! 2.1.3! Método+Racional+.....................................................................................................................+18! 2.1.4! Hidrograma+unitario+...............................................................................................................+19! 2.1.5! Software+a+utilizar+...................................................................................................................+19! 2.1.5.1!. ARC!GIS!............................................................................................................................................!19!. 2.1.5.2!. HEC@HMS!.........................................................................................................................................!20!. 2.2! MARCO!GEOGRÁFICO!...........................................................................................................................!20! 2.2.1! Aspectos+Generales+.................................................................................................................+20! 2.2.2! Geología+..................................................................................................................................+22! 2.2.3! Clima+.......................................................................................................................................+22! 2.2.4! Hidrografía.+.............................................................................................................................+22! 2.2.5! Hidrología+...............................................................................................................................+24! 2.2.6! Hidrogeología+.........................................................................................................................+25! 2.3! MARCO!DEMOGRÁFICO!........................................................................................................................!25! 3!. METODOLOGÍA*..............................................................................................................................*27!. 4!. ANALISÍS*DE*RESULTADOS*..............................................................................................................*29!.

(7) 4.1! RECOLECCIÓN!DE!INFORMACIÓN!............................................................................................................!29! 4.1.1! Información+Cartográfica+........................................................................................................+29! 4.1.2! Información+Hidro+Meteorológica+..........................................................................................+31! 4.2! ANÁLISIS!DE!LA!INFORMACIÓN!...............................................................................................................!33! 4.2.1! Delimitación+de+la+cuenca+hidrográfica+..................................................................................+33! 4.2.2! Morfometría+...........................................................................................................................+35! 4.2.2.1!. Jerarquización!de!la!red!fluvial!........................................................................................................!35!. 4.2.2.2!. Leyes!de!Horton!y!Strahler!..............................................................................................................!36!. 4.2.2.3!. Índices!morfo!métricos!....................................................................................................................!41!. 4.2.2.4!. Tiempo!de!concentración!................................................................................................................!45!. 4.2.2.5!. Curva!hipsométrica!..........................................................................................................................!47!. 4.2.2.6!. Elevaciones!......................................................................................................................................!48!. 4.2.2.7!. Altitud!media:!..................................................................................................................................!49!. 4.2.2.8!. Pendiente!media!de!la!Cuenca!........................................................................................................!50!. 4.2.2.9!. Pendiente!del!cauce!principal!.........................................................................................................!50!. 4.2.2.10!. Características!morfo!métricas!de!la!cuenca!.................................................................................!53!. 4.2.3! Información+Hidro+meteorológica+...........................................................................................+54! 4.2.4! Calculo+de+curvas+I.D.F.+...........................................................................................................+56! 4.2.5! Cálculo+del+número+de+curva+...................................................................................................+59! 4.2.6! Ajuste+de+valor+de+CN+por+condiciones+de+humedad+antecedente+..........................................+63! 4.2.7! Tormenta+de+diseño+................................................................................................................+64! 4.2.8! Método+Racional+.....................................................................................................................+66! 4.2.9! Hidrograma+Unitario+triangular+SCS+.......................................................................................+67! 4.2.10! Hidrograma+Unitario++SCS+.....................................................................................................+69! 4.2.11! Tabla+de+compracion+por+los+tres+métodos+...........................................................................+72! 5!. CONCLUSIONES*Y*RECOMENDACIONES*..........................................................................................*73!. *. BIBLIOGRAFIA*................................................................................................................................*75!. ANEXOS*................................................................................................................................................*79!.

(8) LISTA DE FIGURAS FIGURA!1!LOCALIZACIÓN!GENERAL!(HEYLEY!)!(WIKIPEDIA)!......................................................................................................!21! FIGURA!2!LOCALIZACIÓN!PERÍMETRO!URBANO!DE!IBAGUÉ!(HEYLEY!)!..........................................................................................!21! FIGURA!3!MAPA!TOPOGRÁFICO!DE!LA!CUENCA!......................................................................................................................!29! FIGURA!4!USOS!DE!SUELOS!................................................................................................................................................!30! FIGURA!5!TIPOS!DE!SUELO!.................................................................................................................................................!31! FIGURA!6!LOCALIZACIÓN!ESTACIONES!CERCANAS!A!LA!CUENCA!DE!ESTUDIO!.................................................................................!32! FIGURA!7!POLÍGONOS!DE!THIESSEN!.....................................................................................................................................!33! FIGURA!8!DELIMITACIÓN!DE!LA!CUENCA!...............................................................................................................................!34! FIGURA!9!PUENTE!EL!SILBADOR!PUNTO!DE!CONTROL!ESCOGIDO!PARA!EL!CIERRE!DENTRO!DE!LA!CUENCA!DEL!RIO!CHÍPALO!....................!34! FIGURA!10!.!ORDEN!DE!DRENAJES!DE!LA!CUENCA!DEL!RIO!CHÍPALO!SEGÚN!EL!CRITERIO!DE!STRAHLER!...............................................!36! FIGURA!11!COEFICIENTE!DE!BIFURCACIÓN!............................................................................................................................!38! FIGURA!12!CURVA!HIPSOMÉTRICA!Y!PARTES!DE!LA!CUENCA!ESTUDIO!..........................................................................................!49! FIGURA!13!TIPO!DE!CURVA!HIPSOMÉTRICA!(LLAMAS,!1993)!....................................................................................................!49! FIGURA!14!PENDIENTE!DEL!CAUCE!PRINCIPAL!........................................................................................................................!52! FIGURA!15!CURVAS!IDF!CUENCA!DE!ESTUDIO!........................................................................................................................!59! FIGURA!16!MAPA!DE!USOS!Y!TIPO!DE!SUELO!.........................................................................................................................!62! FIGURA!17!HIETOGRAMA!DE!PRECIPITACIÓN!.........................................................................................................................!65! FIGURE!18!HIETOGRAMA!PRECIPITACIÓN!EFECTIVA!................................................................................................................!66! FIGURA!19!HIDROGRAMA!UNITARIO!TRIANGULAR!..................................................................................................................!67! FIGURA!20!H.U!TRIANGULAR!CUENCA!DE!ESTUDIO!.................................................................................................................!68! FIGURA!21!HIDROGRAMA!UNITARIO!RESULTANTE!..................................................................................................................!69! FIGURA!22!MODELO!HIDROLÓGICO!EN!HEC@HMS!................................................................................................................!70! FIGURA!23!HIETOGRAMA!RESULTANTE!MODELACIÓN!HEC@HMS!..............................................................................................!71!.

(9) LISTA DE TABLAS TABLA!1!PRECIPITACIÓN!PROMEDIO!ANUAL!(HEYLEY!)!.............................................................................................................!24! TABLA!2!ESTACIONES!CERCANAS!A!LA!CUENCA!DE!ESTUDIO!.......................................................................................................!32! TABLA!3!COORDENADAS!PUNTO!DE!CIERRE!...........................................................................................................................!35! TABLA!4!RESUMEN!DE!LA!RED!DE!DRENAJE,!ORDEN,!NÚMERO!DE!CURSOS!Y!LONGITUD!DE!SEGMENTOS!EN!KM!....................................!36! TABLA!5!CÁLCULO!COEFICIENTE!DE!BIFURCACIÓN!...................................................................................................................!37! TABLA!6!FUENTE:!DELGADILLO!Y!PÁEZ!2008!........................................................................................................................!39! TABLA!7!ANÁLISIS!DE!LOS!ÍNDICES!MORFO!MÉTRICOS!.............................................................................................................!45! TABLA!8!PDH!.................................................................................................................................................................!45! TABLA!9!DATOS!CONSTRUCCIÓN!CURVA!HIPSOMÉTRICA!..........................................................................................................!48! TABLA!10!RESUMEN!DE!LOS!PARÁMETROS!E!ÍNDICES!MORFO!MÉTRICOS!DE!LA!CUENCA!DEL!RÍO!CHÍPALO!...........................................!53! TABLA!11!PESOS!POR!POLÍGONOS!THIESSEN!.........................................................................................................................!54! TABLA!12!VALORES!MÁXIMOS!ANUALES!EN!24!HORAS!............................................................................................................!55! TABLA!13!ANÁLISIS!DE!PRECIPITACIÓN!.................................................................................................................................!56! TABLA!14!VALORES!DE!COEFICIENTES!A,!B,!C!Y!D!PARA!EL!CÁLCULO!DE!LAS!CURVAS!IDF!PARA!COLOMBIA!..........................................!57! TABLA!15!VALORES!IDF!PARA!LA!CUENCA!DE!ESTUDIO!............................................................................................................!58! TABLA!16!DISTRIBUCIÓN!DE!LAS!COBERTURAS!IDENTIFICADAS!EN!LA!CUENCA!DEL!RIO!CHÍPALO!.......................................................!60! TABLA!17!TIPO!DE!SUELO!DE!LA!CUENCA!DEL!RIO!DEL!RÍO!CHÍPALO!............................................................................................!60! TABLA!18!CLASIFICACIÓN!DE!SUELOS!PARA!EL!MÉTODO!DE!LA!SCS!(GERMÁN,!2001)!...................................................................!60! TABLA!19!VALORES!DE!CN!(NAVARRO!HEVIA)!......................................................................................................................!61! TABLA!20!CÁLCULO!DEL!NUMERO!CURVA!TOTAL!PARA!LA!CUENCA!DEL!RÍO!CHÍPALO!....................................................................!63! TABLA!21!RESULTADOS!DE!LA!MODELACIÓN!HEC@HMS!..........................................................................................................!72! TABLA!22!TABLA!DE!COMPARACIÓN!DE!CAUDALES!PICO!...........................................................................................................!72! TABLA!23!INFORMACIÓN!IDEAM!ESTACIÓN!CRUZ!ROJA!.........................................................................................................!79! TABLA!24!INFORMACIÓN!IDEAM!ESTACIÓN!INTERLAKEN!–!CRET!..............................................................................................!80! TABLA!25!INFORMACIÓN!IDEAM!ESTACIÓN!LA!ESMERALDA!....................................................................................................!81!.

(10) LISTA DE ECUACIONES ECUACIÓN!1!FORMULA!DEL!MÉTODO!RACIONAL!....................................................................................................................!18! ECUACIÓN!2!COEFICIENTE!DE!BIFURCACIÓN!..........................................................................................................................!37! ECUACIÓN!3!DENSIDAD!DE!DRENAJE!....................................................................................................................................!38! ECUACIÓN!4!COEFICIENTE!DE!TORRENCIALIDAD!......................................................................................................................!39! ECUACIÓN!5!COEFICIENTE!DE!ESTABILIDAD!............................................................................................................................!40! ECUACIÓN!6!ALEJAMIENTO!MEDIO!......................................................................................................................................!41! ECUACIÓN!7!FACTOR!DE!FORMA!.........................................................................................................................................!42! ECUACIÓN!8!ÁREA!DEL!CIRCULO!..........................................................................................................................................!42! ECUACIÓN!9!DEDUCCIÓN!DE!LA!FÓRMULA!DE!COEFICIENTE!DE!COMPACIDAD!...............................................................................!43! ECUACIÓN!10!COEFICIENTE!DE!COMPACIDAD!........................................................................................................................!43! ECUACIÓN!11!ÍNDICE!DE!ALARGAMIENTO!.............................................................................................................................!43! ECUACIÓN!12!ÍNDICE!DE!HOMOGENEIDAD!............................................................................................................................!44! ECUACIÓN!13!TC!KIPRICH!..................................................................................................................................................!46! ECUACIÓN!14!TC!TEMEZ!...................................................................................................................................................!47! ECUACIÓN!15!TC!PASINNI!..................................................................................................................................................!47! ECUACIÓN!16!ALTITUD!MEDIA!...........................................................................................................................................!49! ECUACIÓN!17!PENDIENTE!MEDIA!DEL!CAUCE!PRINCIPAL!...........................................................................................................!51! ECUACIÓN!18!FORMULA!DÍAZ@GRANADOS!IDF!.....................................................................................................................!56! ECUACIÓN!19!CORRECCIÓN!CURVA!NUMERO!S.C.S.!..............................................................................................................!64! ECUACIÓN!20!CALCULO!DE!ABSTRACCIONES!S.C.S.!................................................................................................................!65! ECUACIÓN!21!INFILTRACIÓN!POTENCIAL!...............................................................................................................................!65! ECUACIÓN!22!MÉTODO!RACIONAL!......................................................................................................................................!66! ECUACIÓN!23!TIEMPO!AL!PICO!...........................................................................................................................................!67! ECUACIÓN!24!TIEMPO!BASE!..............................................................................................................................................!67! ECUACIÓN!25!CAUDAL!PICO!...............................................................................................................................................!67!.

(11) RESUMEN. Este trabajo muestra la caracterización Morfométrica de la parte alta de la cuenca del rio Chípalo, utilizando el sistema de información geográfica (SIG). Además se realiza un análisis de la información hidrológica con el fin de determinar el caudal máximo con periodo de retorno 50 años para el punto de control escogido, el cual se verifica mediante la utilización del programa HEC RAS, con el fin de plantear posibles medidas para dar solución a los problemas que se han presentado en este sector en materia ambiental.. Palabras clave: Cuenca, Chipalo, Morfometría, Sistemas de Información Geográfica, Caudal de diseño, HEC-RAS. ABSTRACT. This work shows the Morphometric characterization of the upper river basin Chipalo, using the geographic information system (GIS). Further analysis of hydrological information in order to determine the design flow up to 50 years return period for the chosen control point, which is verified by using the HEC RAS program in order to propose possible measures to solve the problems is performed that have occurred in this sector in environmental matters.. Keywords: Cuenca, Chipalo, Morphometry, Geographic Information Systems, Design flow, HEC-RAS.. 11.

(12) INTRODUCCIÓN. El presente trabajo pretende caracterizar y zonificar una parte de la cuenca del Rio Chípalo ubicada en el departamento del Tolima en el municipio de Ibagué, por ser un sector en el que atreves de los años ha presentado problemas ambientales por aumentos súbitos de caudal e invasión a las rondas de protección del Rio Chípalo evidenciándose la falta de planificación y ordenamiento del territorio , constituyéndose en el componente de base sobre el cual se empieza a edificar toda la planificación e implementación de la sub cuenca escogida.. Este estudio puede convertirse en base para la ordenación de esta parte de la cuenca del rio Chípalo, la cual puede ser tenida en cuenta dentro del Plan de ordenamiento Territorial del municipio de Ibagué para contribuir al planteamiento de soluciones a los problemas y necesidades que se presentan , en materia de conservación y protección del medio ambiente.. Dentro del contenido del trabajo se encuentra el análisis de los parámetros morfométricos, ubicación e hidrológia. Información básica que permitirá definir y cuantificar el conjunto de indicadores que servirán de línea base para el seguimiento, monitoreo y evaluación de resultados e impactos de los planes, programas o proyectos de manejo y gestión que se realicen dentro de la cuenca delimitada por parte de las autoridades municipales y ambientales.. 12.

(13) 1. 1.1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO. LINEA DE INVESTIGACIÓN, Saneamiento de comunidades.. 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 Antecedentes del problema. Dentro de la cuenca del Río Chipalo el único estudio hidrológico que se ha realizado corresponde al Estudio Estimación de las áreas de Protección Ambiental en la zona urbana del vergel - municipio de Ibagué, cuenca del Río Chípalo, realizado por la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. En este estudio hidrológico se estimaron los caudales máximos para diferentes periodos de retorno, en la zona urbana del Vergel Municipio de Ibagué, específicamente en micro cuencas de las quebradas Ambalá, La Balsa y Las Panelas, las cuales hacen parte de la cuenca del Río Chípalo, y un estudio hidráulico, por medio del cual se determinaron las manchas de inundación ocasionadas por los eventos extremos y dando parámetros para determinar los “buffer” o retiros mínimos de protección que se deben tener con respecto a las márgenes de los cauces que atraviesan la zona; así mismo aporta herramientas a quienes toman las decisiones que ayudan a dirimir algunos conflictos existentes en la zona urbana del Vergel, relacionados con dichas áreas de protección. (CorTolima). Por otro lado La Corporación Autónoma Regional del Tolima “CORTOLIMA” mediante diferentes contratos de prestación de servicios y OJOS VERDES, uno de los proyectos más importantes de Corporación, busca no sólo recuperar las fuentes hídricas, sino que propiciar que las alcaldías reubiquen a las familias que viven en las zonas aledañas a los cauces y que están en riesgo. Las visitas técnicas realizadas a la cuenca del Rio Chípalo en la zona urbana, en su gran mayoría han sido solicitadas por la comunidad que se encuentra en zonas vulnerables. En el. 13.

(14) desarrollo de las visitas técnicas se evidenciaron los problemas a los que se ven expuestos los habitantes de las zonas aledañas al cauce del Río Chípalo, por la invasión a las zonas de protección de las fuentes hídricas, además de la contaminación dentro del cauce y los altos y demarcados índices de deforestación, más la pérdida de la cobertura vegetal nativa, la cual es necesaria para permitir la conservación del suelo y la retención de material de arrastre en el momento de las precipitaciones. La información producto de las visitas ha sido consignada en los diferentes informes técnicos que reposan en la Corporación , dentro de los que se resaltan conclusiones y recomendaciones, direccionadas a la importancia de adelantar acciones relacionadas con la reubicación de la totalidad de las viviendas afectadas por acción del invierno, producto de deslizamientos y por estar localizadas en suelos saprolíticos de alta permeabilidad, poco recomendados para adelantar asentamientos urbanos y a encauzar a las autoridades de turno del municipio para que se dé una acción definitiva de reubicación y el respaldo de una legislación que trabe o anule definitivamente los lotes de engorde que a la postre generan invasiones y población desplazada por la violencia. (CorTolima). 1.2.2 Pregunta de investigación. ¿Cuál es el caudal máximo de la cuenca del rio Chipalo en el punto de control llamado puente del silbador, teniendo en cuenta la información meteorológica de la zona?. 1.3. JUSTIFICACIÓN Los estudios hidrológicos e hidráulicos son las herramientas que tanto los entes. territoriales como las Autoridades Ambientales requieren crear políticas de planeamiento y ordenamiento territorial, en cuanto a la restricción en el asentamiento de las comunidades dentro de las zonas de protección de las fuentes hídricas, las cuales han sido invadidas haciéndolas susceptibles a inundaciones, generando numerosos daños y pérdidas tanto materiales como humanas en las épocas de invierno y precipitaciones máximas.. 14.

(15) Para este trabajo se escogió la cuenca del Río Chípalo por ser esta fuente hídrica una de las zonas dentro del municipio de Ibagué que más problemas presenta en materia ambiental; contaminación, invasión de la zona de protección, desestabilización de suelos. Lo anterior se ha determinado a través de la innumerables visitas que la Corporación Autónoma Regional del Tolima “CORTOLIMA” ha realizado con su equipo técnico, evidenciando que existe una gran parte de la población que se ha asentado en las zonas aledañas al cauce, y la necesidad que existe de reubicar las viviendas y de adelantar actividades de recuperación, además de implementar políticas que restrinjan la proyección urbanística dentro de esta zonas y así definir las rondas de protección y conservación de la Cuenca del Río Chípalo.. La importancia de establecer las zonas de protección del Río Chípalo radica en que esta fuente podría llegar a aumentar la oferta hídrica para el municipio de Ibagué que actualmente depende un alto porcentaje del Río Combeima para el abastecimiento de su acueducto, disminuyéndose así la presión sobre esta fuente y aumentando por ende su caudal ambiental. Por lo anterior es importante para iniciar el proceso de ordenación de la cuenca y definir estrategias, programas que permitan su recuperación (reubicación de viviendas y descontaminación) y conservación (programas de reforestación, protección de nacederos).. 1.4. OBJETIVOS 1.4.1 Objetivo general. -. Realizar el estudio Hidrológico de la cuenca del Rio chípalo, con el fin de conocer. los caudales máximos en el punto de control denominado puente el silbador. 1.4.2 Objetivos específicos. -. Recolectar y analizar la información disponible de la zona de estudio necesaria. para la modelación hidrológica.. 15.

(16) -. Estimar los caudales máximos para la cuenca del Río Chípalo utilizando,. diferentes metodologías.. -. Proponer las áreas de protección ambiental del río chípalo.. 16.

(17) 2. 2.1. MARCOS DE REFERENCIA. MARCO CONCEPTUAL 2.1.1 Caracterización Morfo métrica de una cuenca. Una cuenca es un área definida topográficamente, drenada por un curso de agua o un sistema conectado de cursos de agua, tal que todo el caudal efluente es descargado a través de una salida simple.. Las cuencas hidrográficas están delimitadas por las características topográficas de la zona, la cual debe cumplir la siguiente condición, que toda gota de lluvia que cae sobre esta área debe ser drenada hacia un punto de salida.. La morfo metría es el estudio cuantitativo de las características físicas de una cuenca, en la que se estudia el tamaño, la forma, longitud del cauce principal, elevación, pendiente del cauce y de la cuenca, densidad de drenaje, orden del drenaje, orientación de cuenca entre otras.. El análisis y evaluación de estos parámetros permite conocer el funcionamiento del sistema hidrológico de la región en estudio.. Los parámetros morfo métricos pueden ser obtenidos mediante herramientas computacionales como ARC GIS, AUTO CAD entre otros o se pueden obtener por análisis básico de planos topográficos.. 17.

(18) 2.1.2 Estimación de caudales pico. Es el cálculo del máximo caudal dado en una unidad de tiempo en un punto de estudio determinado, este caudal depende de las condiciones hidrológicas de región y de las características físicas de la cuenca., producido por la escorrentía superficial.. Para este trabajo se realizó el cálculo del caudal pico a partir de las curvas IDF construidas por el método de propuesto en el manual de INVIAS, el caudal se calcula por el método racional y por el método de hidrograma unitario.. 2.1.3 Método Racional. Se utiliza para calcular el caudal máximo producido por la escorrentía en una cuenca determinada.. Formula del método racional: Ecuación 1. !. !3 !! =!∗!∗! ∗ ! !"2 ! ℎ. Ecuación 1 Formula del método Racional Q: Caudal pico [m3/s] C: Coeficiente de escorrentía [adimensional] A: Área de la cuenca [Km2] K: Factor de conversión k= 0.278 dado el área en [Km2] K: 0.00278 dado área en [ha]. 18.

(19) Este método es generalmente aplicado a cuencas con áreas menores de 2.5 km2, sin embargo dado que muchos factores influencian el proceso de infiltración – escorrentía, se recomienda chequear por otros métodos para cuencas de más de 10 km2 (Germán, 2001). 2.1.4 Hidrograma unitario. Se define como el hidrograma de escurrimiento directo que se produce por una lluvia efectiva o en exceso, de duración d y repartida uniformemente en la cuenca. (Aparicio Mijares, 2013). Se llama hidrograma unitario a la función de respuesta del pulso unitario para un sistema hidrológico lineal. Propuesto por primera vez por (SHERMAN, 1932) el hidrograma unitario (conocido originalmente como grafica unitaria) de una cuenca, se define como el hidrograma de escorrentía directa (DRH, por si siglas en ingles) resultante de 1pulgada (usualmente tomada como 1 cm para unidades del SI) de exceso de lluvia generado uniformemente sobre el área de drenaje a una tasa constante a lo largo de una duración efectiva. 2.1.5 Software a utilizar. 2.1.5.1. ARC GIS. Es el nombre de un conjunto de productos de software en el campo de los Sistemas de Información Geográfica o SIG. Producido y comercializado por ESRI, bajo el nombre genérico ArcGIS se agrupan varias aplicaciones para la captura, edición, análisis, tratamiento, diseño, publicación e impresión de información geográfica. Estas aplicaciones se engloban en familias temáticas como ArcGIS Server, para la publicación y gestión web, o ArcGIS Móvil para la captura y gestión de información en campo. (Wikipedia). 19.

(20) Es un modelo de datos geográficos (organizar datos geoespaciales) que representa información espacial asociada a bases de datos, este es un software de caja negra entendiendo que es lo que hace pero no como lo hace.. Este software se utilizara para el manejo de la información espacial, cálculo de parámetros morfo métricos de la cuenca en estudio.. 2.1.5.2. HEC-HMS. El Sistema de Modelación Hidrológica (HEC-HMS) está diseñado para simular los procesos hidrológicos completos de sistemas de cuencas dendríticas. El software incluye muchos procedimientos de análisis hidrológico tradicionales tales como la infiltración evento, hidrogramas unitarios, y el enrutamiento hidrológico. HEC-HMS también incluye los procedimientos necesarios para la simulación continua incluyendo la evapotranspiración, la fusión de la nieve, y la contabilidad de la humedad del suelo (US Armi Corps of Enginiers). 2.2. MARCO GEOGRÁFICO 2.2.1 Aspectos Generales. El municipio de Ibagué se encuentra ubicado dentro de las coordenadas geográficas 4° 15’ y 4° 40’ latitud norte, y los 74° 00’ y 75° 30’ longitud oeste del meridiano de Greenwich, en la parte central de la región andina de Colombia (figura 1). Geográficamente se localiza en las estribaciones de la cordillera Central, sobre una meseta que se extiende hasta el valle del río Magdalena (Figura2). Su tamaño de 149,800 hectáreas es relativamente grande entre los municipios de la región andina. Se halla situado en la parte alta del valle del Río Magdalena. Geográficamente, según la catalogación IGAC, se encuentra en la depresión del río Magdalena.. 20.

(21) Figura 1 Localización General (Heyley ) (Wikipedia). Figura 2 Localización perímetro urbano de Ibagué (Heyley ). 21.

(22) 2.2.2 Geología. La ciudad de Ibagué está localizada sobre depósitos sedimentarios de origen volcánico, fluvio-volcánico y aluvial, es cruzada por el río Combeima que nace en el volcán activo nevado del Tolima, es atravesada por la Falla de Ibagué, también activa, y sus costados norte, occidente y sur limitan con cerros de laderas inclinadas conformadas por roca en diverso estado de descomposición, situaciones que reflejan una condición natural de amenaza. (Heyley ). Dentro del perímetro urbano hay zonas con procesos morfodinámicos activos de diversa magnitud, relacionados fundamentalmente con el entorno físico, tales como inestabilidad de laderas, flujos torrenciales e inundaciones. (Heyley ). 2.2.3 Clima. La cuenca se localiza en un ambiente tropical húmedo, régimen térmico variable de templado a cálido, con temperatura media anual de 23ºC en los barrios bajos como El Topacio, ubicado a 1000 metros de altitud, y de 21ºC en los más altos como La Pola, localizado a unos 1335 m.s.n.m. Con base en registros de las estaciones hidro meteorológicas, aeropuerto Perales (IDEAM) y Chapetón (Federación de Cafeteros), el valor característico de temperatura media anual se pueden incrementar un máximo de 10 a 12°C y disminuir a una mínima de 8°C a 10°C en promedio (Barreto, Carrillo , Moreno, & Ojeda , 2001). La humedad relativa media es del 72%, con una máxima del 83% y una mínima del 44% (Camara de Comercio , 2003). 2.2.4 Hidrografía.. La red fluvial tiene como corriente principal el río Combeima el cual drena el flanco oriental de la cordillera Central y nace en el volcán nevado del Tolima. Es una corriente 22.

(23) torrencial con 55 km de longitud, 270 Km2 de área de drenaje y la principal captación de agua para el acueducto de Ibagué y la más importante fuente de abastecimiento para atender las necesidades de riego de la meseta de Ibagué. (Heyley ). La parte noroccidental de Ibagué es drenada por el río Chípalo, a donde desembocan las siguientes quebradas torrenciales que descienden de la zona montañosa: Alaska, Alaskita, Chipalito, El Pañuelo, Los Alpes, 20 de Julio, Ancón, Cristales, Calambeo, San Antonio, Ambalá, Las Panelas, La Saposa y La Tuza. (Heyley ). La parte nororiental del perímetro urbano de Ibagué es drenada por el río Alvarado, a donde confluyen corrientes que vienen de la parte montañosa, entre las que se destacan las quebradas San Roque, Paujil, Santa Rosa y Chembe. (Heyley ). En la parte sur de la ciudad se destaca la quebrada El Tejar, principal afluente del río Combeima, y sus tributarios La Volcana, El Salero, Los Granates, Aguas Negras, Agua Fría y La Arenosa. (Heyley ). La quebrada Zanjón Hato de La Virgen es una corriente rectilínea, controlada por La Falla de Ibagué, que desemboca a la quebrada Chípalo en el barrio el Topacio y su caudal está alimentado por aguas residuales. (Heyley ). Las quebradas afluentes del río Chípalo y del río Alvarado tienen alto gradiente hidráulico y longitud relativamente corta. (Heyley ). Pertenecen a Ibagué: La cuenca del río Combeima, la cuenca del río Cócora, la cuenca del río Chípalo, afluente del río Alvarado, la cuencas del río Opia, afluente del río Piedras El cañón del río Coello en su margen norte, el cañón del río la China en su margen sur y los nacimientos del río Recio en su margen sur. (Heyley ). 23.

(24) 2.2.5 Hidrología. En el perímetro urbano de Ibagué se presentan lluvias medias anuales entre 1500 y 2000 mm y en el sector montañoso entre 2000 y 2500 (Vergara., 1992) en ambos casos en régimen interanual de precipitación bimodal.. Con base en hietogramas multianuales de las estaciones hidrometeorológicas de Perales y Chapetón ver Tabla 1, se obtiene la siguiente relación:. a) En la estación Perales, representativa del régimen pluviométrico de la ciudad, se presenta un máximo de lluvias en los meses de abril y mayo, correspondiente a un 25% de las precipitaciones anuales promedio, mientras que septiembre, octubre y noviembre señalan las máximas secundarias con aproximadamente 35% del total.. b) En Chapetón, estación representativa del sector montañoso aledaño a Ibagué, las máximas primarias son en marzo, abril, mayo y junio, con un 45% de total de lluvias, y septiembre, octubre y noviembre con un 35% (Vesga, 1978). ESTACIÓN. COORDENADAS. ALTITUD. INSTALACIÓN. PRECIPITACIÓN. Chapetón. 75°17’N 4°27’W. 1.300 m. En 1954. 1.980 mm. 928 m. En 1970. 1.725 mm. Perales. 75°9’N. 4°26’W. Tabla 1 Precipitación promedio anual (Heyley ) Estudios realizados para el río Combeima (Himat, 1990), revelan que para períodos de retorno de 2, 20 y 100 años se deben esperar caudales máximos de 50, 130 y 180 m3/s, respectivamente. Sin embargo, (Vergara., 1992) estiman caudales del orden de 200 a 250 m3/s para una creciente ocurrida en 1959. (Heyley ). 24.

(25) 2.2.6 Hidrogeología. La Meseta o Abanico de Ibagué, que es la unidad geomorfológica donde se localiza la mayor parte de la ciudad, es un acuífero donde se almacena agua infiltrada de las lluvias. El agua subterránea se mueve lentamente, con desplazamiento hacia el oriente hasta chocar con la barrera de rocas de Gualanday. (Heyley ). Las perforaciones efectuadas en los sectores de la meseta con mayor elevación, como por ejemplo en el perímetro urbano, muestran niveles de agua subterránea a más de 90 m de profundidad, hacia el centro de la meseta el nivel freático se encuentra a unos 60 m y en las partes más alejadas del ápice, es decir la zona distal como en Doima, que es topográficamente más baja, los niveles estáticos se elevan considerablemente y aparecen a profundidad de 10 m en promedio. (Heyley ). Los pozos de la parte alta producen caudales del orden de 30 l/s, mientras que en Doima su productividad se aproxima a 90 l/s (Perez Salazar, 2007) En el sector urbano de la ciudad, especialmente entre La Pola y Cádiz, se encuentran sitios con niveles freáticos colgados a profundidades variables entre 1.5 m y 7.0 m. (Heyley ). 2.3. MARCO DEMOGRÁFICO En la cuenca del Río Chípalo, encontramos seis veredas en la zona rural y cerca de 88. barrios que hacen parte de las comunas 1, 2, 3, 4, 5 y 6 de la zona urbana de Ibagué, a continuación se presentan los barrios que conforman cada una de las comunas que se localizan dentro de la cuenca objeto de estudio: Comuna 1: Pola parte alta, La Pola, Pueblo Nuevo, Interlaken, Centro, Darío Echandia. Comuna 2: 20 de Julio, 7 de Agosto, Alaska, ancón, Belén, Belencito, Centenario, Cerro Pan de Azúcar, Clarita Botero, La Aurora, La Paz, La Sofía, La Trinidad, Malabar, Paraíso, San Diego, Santa Bárbara, santa Cruz, VI Brigada, Villa de Calambeo, Villa Adriana.; Comuna 3: Antonio Nariño, Belarcazar, Calambeo, Carmenza Rocha, El Carmen, Fenalco, Gaitán parte alta, Inem, La Esperanza, La Granja, Las Acacias, San Simón 25.

(26) parte Alta, San Simón parte baja, Villa Ilusión, Villa Pinzón, Villa Valentina, Viveros; Comuna 4: Restrepo, Villa Teresa, Alfonso López, Condominio Caracolí, Los cambulos, San Carlos, Villa Marlen II, Jakaranda, Calarcá, Toscana Pijao, Gaitán, Urbanización Castilla, Onzaga, san Luis, El Triunfo, José María Córdoba, Sorrento, José María Córdoba parte baja, San Antonio;Comuna 5: El Edén, Jordán VII etapa, Jordán VIII etapa, La Campiña, Las Orquídeas, Arkamonica.;Comuna 6: Urbanización Fuentes Los Rosales 1 y 2, Ambala, Torre Fuente de Los Rosales, Urbanización Ibagué 2000, Fuente de Los Rosales, Conjunto cerrado Ambala, Los Ángeles, Villa Gloria, Urbanización Ambala, Los Ciruelos, Urbanización Los Alpes, Caminos de Juan Pablo II, El Mirador, El Triunfo, Las Delicias (Alcaldia de Ibagué, 2000). Teniendo en cuenta la información suministrada por el DANE, el índice de densidad poblacional para la zona urbana del Municipio de Ibagué, es de 71 habitantes por hectárea. (Alcaldia de Ibagué, 2000). La zona rural del municipio de Ibagué que hace parte de la cuenca del Río Chípalo, corresponde a las siguientes veredas: Alaska, Ancón Tesorito parte baja, Ancón Tesorito sector, Los Pinos, Calambeo, San Antonio, Ambala Sector El triunfo. Estas veredas hacen parte del Corregimiento No. 10 Calambeo. (Alcaldia de Ibagué, 2000). El índice poblacional para el área rural del municipio de Ibagué es de aproximadamente 56 habitantes por Kilómetro cuadrado, lo equivalente a una densidad de 0,6 habitantes por hectárea. (Alcaldia de Ibagué, 2000). Con la información anterior se puede estimar que la población que se ubica dentro del área de estudio corresponde a 60.000 habitantes, de los cuales 59.376 se localizan dentro de la zona urbana de Ibagué (Alcaldia de Ibagué, 2000). 26.

(27) 3. METODOLOGÍA. La metodología utilizada para la realización de este estudio fue la siguiente:. •. Recopilación de información cartográfica del sector en estudio, mapas físicos y. digitales de topografía, uso de suelos tipo de suelos y localización de las estaciones de información hidro meteorológicas adscritas al IDEAM.. •. Construcción de la línea de parte aguas, a partir de la información topográfica de. la zona de estudio, mediante la utilización de la herramienta ARC GIS. ver Figura 9.. •. Análisis de información cartográfica, hidrológica, topográfica y cálculo los. diferentes parámetros morfo métricos de la cuenca de estudio.. •. Solicitud de información al IDEAM (Bogotá) de series históricas y datos. disponibles en la zona de estudio incluyendo las estaciones automáticas.. •. Determinación de las zonas de influencia de cada estación por la metodología de. los Polígonos de Thiessen mediante la utilización de la herramienta ARGIS. Ver Figura 7.. •. Análisis de la información de las estaciones suministrada por el IDEAM, tomando. sólo la información de las que presentan los datos completos.. •. Construcción de las curvas IDF a partir de la información seleccionada, utilizando. la metodología simplificada propuesta por el manual de Invias, para la construcción de las curvas IDF en zonas donde no se cuenta con información de pluvíografos. Ver Figura 15. 27.

(28) •. Construcción del Hietograma de precipitación, por el método de bloques alternos. con la información obtenida de las curvas IDF a partir del cálculo de las abstracciones que se calculó por el método SCS, ver Figura 17,. •. Cálculo del numero curva propuesto por US Soil Conservation Service a partir de. la información encontrada en los mapas de uso y tipo de suelos.. •. Cálculo del caudal. pico para el punto de estudio por la metodología del. hidrograma unitario triangular, y el método racional.. •. Verificación de cálculos realizados mediante la modelación con el software HEC. HMS por el método del hidrograma unitario SCS.. •. Elaboración de conclusiones teniendo en cuenta los resultados obtenidos.. 28.

(29) 4. 4.1. ANALISÍS DE RESULTADOS. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 4.1.1 Información Cartográfica. Se recopiló información de mapas físicos y digitales, la cual incluye mapa topográfico con sus respectivas las curvas de nivel, los cuales indican la localización del parte aguas de la cuenca de la zona de estudio, ver Figura 3. Figura 3 Mapa topográfico de la cuenca Dentro de la información cartográfica consultada se encuentra el mapa de uso de suelos, el cual permite determinar el tipo de cobertura y su influencia en la relación precipitación escurrimiento, ver Figura 4. 29.

(30) Figura 4 Usos de suelos El mapa de tipo de suelos indica desde el punto de vista de estructura del suelo como es su comportamiento frente la tasa de infiltración y/o su permeabilidad, ver Figura 5, se muestran los dos tipos de suelos que se encontraron dentro de la cuenca de acuerdo con la pendiente y grado de erosión: el MQDf1 que presenta pendientes entre 50- 75%, erosión ligera (Subclase VII, por su capacidad de uso), y el PWDbp: fase de pendientes 3-7%, pedregosa. 30.

(31) Figura 5 Tipos de suelo 4.1.2 Información Hidro Meteorológica. Se realizó la determinación de las zonas de influencia de cada estación a la cuenca objeto de estudio, tal como se muestra en la Tabla 2 y Figura 6, de estas estaciones se realizó consulta al IDEAM sobre la disponibilidad de datos para valores máximos mensuales de precipitación en 24 horas. Con las estaciones disponibles se realizó la localización en el mapa y se conoció la proximidad a la cuenca en estudio tal como se muestra Figura 6, posteriormente se realizó análisis por la metodología de polígonos de Thiessen para seleccionar las estaciones más próximas a la cuenca en estudio, ver Figura 7. Se realiza la construcción de polígonos de Thiessen tal como se muestra en la Figura 7 método que permitió establecer que las estaciones que influyen en la cuenca de estudio son las presentadas en Anexos Tabla 23, Tabla 24 y Tabla 25.. 31.

(32) Figura 6 Localización estaciones cercanas a la cuenca de estudio CODIGO. NOMBRE. TIPO. CLASE. CATE. DPTO. MUNICIPIO. CORRIENTE. LATITUD. LONGITUD. INF. DATOS. 21245010. PERALES,HATO,OPIA,. CON. MET. CO. TOLIMA. IBAGUE. OPIA. 4.423139. :75.087472. P:T. 1988:2013. 21245040. APTO,PERALES,. CON. MET. SS. TOLIMA. IBAGUE. OPIA. 4.430111. :75.148417. P:T. 1992:2011. 21210230. CRUZ,ROJA,. CON. MET. PM. TOLIMA. IBAGUE. COMBEIMA. 4.4345. :75.21875. P. 1992:2012. 21210240. INTERLAKEN,. CON. MET. PM. TOLIMA. IBAGUE. COMBEIMA. 4.436389. :75.233889. 21210120. LA,ESMERALDA,. CON. MET. PG. TOLIMA. IBAGUE. Q.,CAY. 4.490917. :75.239417. 21210110. EL,PLACER,. CON. MET. PG. TOLIMA. IBAGUE. COMBEIMA. 4.520944. :75.277889. 21220040. PIEDRAS,. CON. MET. PM. TOLIMA. PIEDRAS. OPIA. 4.537333. :74.880556. P. 1992:2012. 21240030. SAN,JUAN,DE,CHINA,. CON. MET. PM. TOLIMA. IBAGUE. LA,CHINA. 4.542444. :75.075389. P. 1992:2012. 21240080. ALVARADO. CON. MET. PM. TOLIMA. ALVARADO. ALVARADO. 4.567889. :74.951306. P. 1992:2012. 21210220. EL,PALMAR,. CON. MET. PG. TOLIMA. IBAGUE. COMBEIMA. 4.580111. :75.325667. 21210260. EL,SILENCIO,,,. CON. MET. PG. TOLIMA. IBAGUE. COMBEIMA. 4.633333. :75.383333. 21240070. ANZOATEGUI,. CON. MET. PM. TOLIMA. ANZOATEGUI. LA,CHINA. 4.6375. :75.09. 21250460. VENADILLO,. CON. MET. PM. TOLIMA. VENADILLO. VENADILLO. 4.663806. :74.91775. 21255110. STA,ISABEL,. CON. MET. CO. TOLIMA. STA,ISABEL. RECIO. 4.70175. :75.131889. P:T. 1988:2013. 21245140. STA,ISABEL,. CON. MET. ME. TOLIMA. STA,ISABEL. TOTARE. 4.711944. :75.094444. P:T. 1988:2013. 21240110. LA,BODEGA,. CON. MET. PM. TOLIMA. SANTA,ISABEL. RECIO. 4.735833. :75.138889. 26135140. LA,LAGUNA,. CON. MET. CO. RISARALDA. PEREIRA. OTUN. 4.779222. :75.400583. 21250050. ALTO,DEL,OSO,. CON. MET. PM. TOLIMA. MURILLO. RECIO. 4.85. :75.25. Tabla 2 Estaciones cercanas a la cuenca de estudio. 32.

(33) Figura 7 Polígonos de Thiessen 4.2. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN 4.2.1 Delimitación de la cuenca hidrográfica. Consiste en definir la línea de divortium aquarum, ver Figura 8 que es una línea curva cerrada que parte y llega al punto de captación o salida mediante la unión de todos los puntos altos e interceptando en forma perpendicular a todas las curvas de altitudes del plano o carta topográfica, por cuya razón a dicha línea divisoria también se le conoce con el nombre de línea neutra de flujo. La longitud de la línea divisoria es el perímetro de la cuenca y la superficie que encierra dicha curva es el área proyectada de la cuenca sobre un plano horizontal. (Faustino, 2006). 33.

(34) Figura 8 Delimitación de la cuenca La cuenca hidrográfica objeto de estudio corresponde a la del Río Chípalo y se delimitó usando como base imagen Raster, utilizando el programa ARGIS 10.1, para la cual se tomó como punto de cierre el Puente el Silbador que se encuentra ubicado dentro del casco urbano de Ibagué, ver Figura 9 , sector en el cual se han presentado problemas en materia ambiental, debido a la intervención de las zonas de protección aguas arriba.. El punto de cierre de la cuenca estudio del Río Chípalo se encuentra ubicado en las siguientes coordenadas ver Tabla 3.. Figura 9 Puente el silbador punto de control escogido para el cierre dentro de la cuenca del Rio Chípalo 34.

(35) LONGITUD 04º 26’ 50.6”. LATITUD 75º 11’ 41.7”. ALTURA M.S.N.M 1.083. Tabla 3 Coordenadas punto de cierre 4.2.2 Morfometría. La morfometría en cuencas es el estudio cuantitativo de las características físicas de una cuenca hidrográfica, y se utiliza para analizar la red de drenaje, las pendientes y la forma de una cuenca a partir del cálculo de valores numéricos.. 4.2.2.1. Jerarquización de la red fluvial. Para analizar cuantitativamente una cuenca, en primer lugar hay que jerarquizar la red de drenaje, de modo que a cada cauce se le asigne un orden según su importancia relativa en la red.. A partir de la jerarquización propuesta por (HORTON, 1945;56) y (SCHUMM)), que definen que «todo cauce sin afluentes es de orden 1, en la confluencia de dos cauces de orden U se origina un segmento de cauce de orden u + 1", se obtuvo que la cuenca del Rio Chípalo es del tercer (3) orden.. Luego de jerarquizada la red de drenaje de la cuenca alta del rio Chípalo se obtuvo la siguiente información: ver Tabla 4 y Figura 10.. 35.

(36) ORDEN&(&U). NUMERO&DE&CURSOS&(UN). LONGITUD&SEGMENTOS&(&LU). 1. 11. 14,955. 2. 4. 5,915. 3. 1. 4,321. Tabla 4 Resumen de la red de drenaje, orden, número de cursos y longitud de segmentos en Km. Figura 10 . Orden de drenajes de la cuenca del Rio Chípalo según el criterio de Strahler 4.2.2.2. Leyes de Horton y Strahler. Coeficiente de bifurcación. A la relación existente entre el número de segmentos de cauce de un orden dado y el número de segmentos de cauce del orden inmediatamente superior se le denomina relación de bifurcación o confluencia (Rb), es decir: Ecuación 2 36.

(37) !" =. !" !! (!" + 1). Ecuación 2 Coeficiente de Bifurcación Las relaciones de bifurcación varían entre 3.0 y 5.0 para cuencas en las cuales las estructuras geológicas no distorsionan el modelo de drenaje. El valor mínimo teóricamente posible de 2.0 difícilmente se alcanza en condiciones naturales y en general el valor promedio es del orden de 3.50.. La relación de bifurcación para la cuenca del rio Chípalo que tiene 11 cauces de orden 1, 4 cauces del orden 2 y un cauce del orden 3, el Rb es de 2.58, ver Tabla 5 y Figura 11, siendo este su grado de ramificación lo que también indica que la cuenca presenta un escaso relieve Además se encontró que la mayor probabilidad de disponibilidad del recurso hídrico se encuentra en las corrientes de segundo orden.. ORDEN. No'DE'CURSOS. Rb. 1. 11. 2.75. 2. 4. 4. 3. 1. 1. TOTAL. 16. 7.75. PROMEDIO. 2.58. Tabla 5 Cálculo coeficiente de bifurcación. 37.

(38) Figura 11 Coeficiente de bifurcación Densidad de drenaje. La Densidad de drenaje puede definirse como la relación entre la longitud total de los cauces de una cuenca y el área de ésta, Ecuación 3. !" = !. ∑!" 25.19! !!!!!!!!!!!!!!!!" = ! = 1.34 ! 18.84! Ecuación 3 Densidad de drenaje. Donde: Dd: densidad de drenaje [Km/Km2], ΣLu: longitud total de cauces [Km] S: área total de la cuenca [Km2].. Este parámetro representa la longitud de cauces por unidad de superficie. Su valor está controlado por las características litológicas (muy especialmente la permeabilidad, hasta el punto de aportar una impresión cualitativa sobre ésta) y estructurales de los materiales, por el tipo y. 38.

(39) densidad de vegetación y por factores climáticos. Las mayores densidades de drenaje se encuentran en rocas blandas de baja permeabilidad y en regiones con escasa cobertura vegetal, sobre todo allí donde la precipitación se distribuye en aguaceros intensos y espaciados.. DENSIDAD'DE'DRENAJE'(Km/km2). CATEGORIA. <"1. Baja. 1"a"2. Moderada. 2"a"5. Alta. >"3. Muy"Alta. Tabla 6 Fuente: Delgadillo y Páez 2008 Es decir que existen 1.336 cauces por km² dentro de la Cuenca del rio Chípalo y se encuentra dentro de la categoría Moderada según Tabla 6.. Coeficiente de Torrencialidad. Mide el grado de Torrencialidad de la cuenca, mediante la relación del número de cauces de orden uno con respecto al área total de la misma, Ecuación 4. A mayor magnitud, mayor grado de Torrencialidad presenta una cuenca.. !" =. !1 11 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" = = 0.58 !" 18.84!. Ecuación 4 Coeficiente de torrencialidad Donde: n1: Corrientes de orden 1. 39.

(40) AC: Área de la cuenca [Km²]. El valor del índice de Torrencialidad de 0.58 indica que la cuenca del rio Chípalo es una cuenca con bajo índice de Torrencialidad por ser < 2.6. Lo que traduce en que tiene un bajo potencial erosivo. Los valores bajos, menores a cinco, corresponden a zonas donde los suelos son muy resistentes a la erosión o suelos con elevada permeabilidad, y la cobertura vegetal es buena.. Coeficiente de Estabilidad. La constante de estabilidad de un río, es el inverso de la densidad de drenaje, esta constante representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mantener condiciones hidrológicas estables en una unidad de longitud de canal. Puede considerarse, por tanto, como una medida de la erodabilidad de la cuenca Ecuación 5 como se presenta a continuación:. !=. !" 18.84 !!!!!!!!!!!!!!!!!! = = 0.75 !" 25.19. Ecuación 5 Coeficiente de estabilidad Donde: C: constante de estabilidad del cauce Ac: es el área total de la cuenca [Km²] ΣLu: es la longitud total de cauces [Km] Los rangos de valores van: Muy alta: mayores a 0.2 Alta: entre 0.2 y 0.07 Media: entre 0.07 y 0.007 Baja: menores a 0.007. 40.

(41) Para la cuenca del rio Chipalo se obtuvo un valor de 0.75 del coeficiente de estabilidad, siendo este un valor alto, que indica que la cuenca posee una relativamente buena cobertura vegetal, suelos permeables, y baja susceptibilidad a la erosión.. Alejamiento medio. El alejamiento medio es un coeficiente adimensional que representa la relación entre el curso de agua más largo y la superficie de la cuenca, Ecuación 6. Viene definido por la siguiente expresión:. @=. ! √!". !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!@ =. 8.35 √18.84. = 1.92. Ecuación 6 Alejamiento medio Donde: @: Alejamiento medio. L: la longitud del curso de agua más largo [km] Ac: la superficie de la cuenca [km²]. El valor de este parámetro nos indica que esa es la distancia media de un punto cualquiera en la cuenca respecto a su cauce principal.. 4.2.2.3. Índices morfo métricos. Factor de forma. Factor de forma de Horton (Hf) El factor de forma expresa la relación existente entre el área de la cuenca, y un cuadrado de la longitud máxima o longitud axial de la misma, Ecuación 7. La ecuación que se utiliza para el cálculo de este parámetro es la siguiente: 41.

(42) !" =. !" 18.84 !!!!!!!!!!!!!!!!!!" = = 0.43!!! !"#!² 6.60!² Ecuación 7 Factor de forma. Donde: Ff: Factor de forma de Horton Ac: Área cuenca [Km2] La: longitud axial [Km]. El Factor de forma de Horton de la cuenca del Rio Chipalo es de (0.43), el cual indica que tiene tendencias a ser moderadamente redonda y que no tiene tendencia a concentrar el escurrimiento de una lluvia intensa. Coeficiente de compacidad. El coeficiente de compacidad se define como el cociente del perímetro de la cuenca y la circunferencia de un círculo con área igual al tamaño de la cuenca, Ecuación 8 Ecuación 9 Ecuación 10. La ecuación que se utiliza para el cálculo de este parámetro es la siguiente: ! ! = !! ∗ !!²!!!!!!!!!!!!!!!!!! = √ ! Ecuación 8 Área del circulo Donde: A: área de un circulo, igual al área de la cuenca r: radio de un círculo, de igual área de la cuenca. 42.

(43) !=. !!!"#$!% ! = !!! = !!!! !!!"#!$%& 2 ∗ !! ∗ !!. ! 2∗!∗. ! !. !!! =. √! ! ∗ 2 ∗ ! √!. Ecuación 9 Deducción de la fórmula de coeficiente de compacidad !" = 0.28 ∗. ! √!". !!!!!!!!!!!!!!!!!!!" = 0.28 ∗. 28.31 18.84. = 1.83. Ecuación 10 Coeficiente de compacidad Donde: Kc: Coeficiente de compacidad de Gravelius P: Perímetro [Km] Ac: Área cuenca [Km2]. El Coeficiente de compacidad de Gravelius de la Cuenca del Río Chipalo, es de 1,83 indicando que posee una forma rectangular oblonga, lo que se traduce en que tiene una baja tendencia a concentrar volúmenes de agua y de producir crecientes con mayores picos (caudales).. Índice de alargamiento. Este índice propuesto por Horton, relaciona la longitud máxima encontrada en la cuenca, medida en el sentido del río principal y el ancho máximo de ella medido perpendicularmente; se lo calcula de acuerdo a la Ecuación 11.. !" =. !"#$ 6.94 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" = = 1.61 !"!#! 4.32!. Ecuación 11 Índice de alargamiento 43.

(44) Donde: Lmax: Longitud máxima cuenca [Km] Amax: Ancho máximo cuenca [Km]. Cuando (La) toma valores mucho mayores a la unidad, se trata seguramente de cuencas alargadas, mientras que para valores cercanos a 1, se trata de una cuenca cuya red de drenaje presenta la forma de abanico y puede tenerse un río principal corto.. En la cuenca estudio del rio chípalo el valor del índice de alargamiento es igual a 1,61 lo que indica que es una cuenta moderadamente alargada.. Índice de homogeneidad. Es el resultado de dividir el área de la cuenca con la de un rectángulo que tiene por eje mayor la longitud máxima de la cuenca y por lado menor el ancho máximo de la misma Ecuación 12, se calcula:. !ℎ =. !1 18.84 !!!!!!!!!!!!!!ℎ = = 0.62 !2 6.94 ∗ 4.32!. Ecuación 12 Índice de homogeneidad Ih: S1/S2 S1: Ac S2: Lmax*amax. Se puede deducir que la forma de la cuenca del Río Chípalo asemeja más a un rectángulo en el cual el lado mayor corresponde a la longitud de la cuenca y es paralelo a la longitud del cauce principal en dirección a la línea Nor oriente – Sur Occidente; y el lado menor corresponde al ancho de la cuenca y es paralelo a la línea Nor occidente – Sur Oriente, ver Tabla 7 y Tabla 8. 44.

(45) En resumen al realizar el análisis de los índices morfo métricos de la cuenca del Rio Chípalo, se pudo determinar que la cuenca objeto de estudio presenta una forma oval redonda y una probabilidad de disponibilidad del recurso hídrico de baja a media.. Ff. SUBCUENCA 0,52. Oval Redonda. 4. M-A PDH. 1. B PDH. 2. B-M PDH. Kc 1,83. Alargada. La. Rio Chípalo 1,61. Oval Oblonga. Ih 0,62. Poco Homogénea Depositaria. Tabla 7 Análisis de los índices Morfo métricos FORMA 2. Oval Oblonga. B-M PDH. Tabla 8 PDH 4.2.2.4. Tiempo de concentración. El tiempo de concentración de una cuenca, se define como el tiempo mínimo necesario para que todos los puntos de una cuenca estén aportando agua de escorrentía de forma simultánea al punto de salida, punto de desagüe o punto de cierre. Está determinado por el tiempo que tarda en llegar a la salida de la cuenca el agua que procede del punto hidrológicamente más alejado, y representa el momento a partir del cual el caudal de escorrentía es constante.. El tiempo de concentración de la cuenca es muy importante porque en los modelos lluviaescorrentía, la duración de la lluvia se asume igual al tiempo de concentración de la cuenca, puesto que es para esta duración cuando la totalidad de la cuenca está aportando al proceso de escorrentía, por lo cual se espera que se presenten los caudales máximos. Las diversas 45.

(46) metodologías existentes para determinar el tiempo de concentración de una cuenca a partir de sus parámetros morfométricos, fueron determinadas a partir de ajustes empíricos de registros hidrológicos. Existen una serie de fórmulas que permiten el cálculo de este tiempo desarrolladas por diversos autores.. Algunas de las fórmulas que se emplean para el cálculo de este tiempo son las siguientes:. Kirpich:. !!" = 0.06626 ∗ (. !!!!! !.!"# )! !. Donde: Tc: Tiempo de concentración [min] L: Longitud máxima a la salida [m] S: Pendiente media del lecho [%]. Ecuación 13 tc Kiprich Temez:. !!" = 0.126 ∗ (. ! ! !.!". Donde: Tc: Tiempo de concentración [h] L: Longitud curso principal [km] S: Pendiente media del curso principal [%] 46. !!. )!!.!".

(47) Ecuación 14 tc Temez Pasinni:. @ ∗ !"! !" = !!.!. ! !. !. 1.92! !!18.84! ∗ 8.35! !!!!!!!!!!!!!!@ = !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" = 15.24!!.! √!. !/!. = 2.67. Ecuación 15 tc Pasinni Donde: T: tiempo de concentración [horas] P: pendiente media del cauce principal [%], S: área de la cuenca [km²], L: longitud del cauce principal [km], @: alejamiento medio. En este trabajo se ha utilizado la Ecuación 15 por ser una ecuación eficiente y fácil de emplear. El tiempo de concentración por el método de Pasinni es igual a 2.67 horas. 4.2.2.5. Curva hipsométrica. Representa gráficamente las elevaciones del terreno en función de las superficies correspondientes. La curva hipsométrica se construye determinando el área entre curvas de nivel y representando en una gráfica el área acumulada por encima o por debajo de una cierta elevación, en función de tal cota ver Tabla 9 y Figura 12.. De acuerdo a la tendencia de la curva hipsométrica se determina qué tipo de rio es.. 47.

(48) TABLA'DE'CONSTRUCCION'DE'CURVA'HIPSOMETRICA RANGO ALTIMETRICO 2358 2351 2347 2302 2300 2252 2250 2201 2200 2152 2150 2101 2100 2051 2050 2001 2000 1951 1950 1901 1900 1851 1850 1801 1800 1751 1750 1701 1700 1651 1650 1601 1600 1551 1550 1501 1500 1451 1450 1401 1400 1351 1350 1301 1300 1251 1250 1201 1200 1151 1150 1101 1100 1068. ai. %. e. 0.0028546 0.0437713 0.1008642 0.1217983 0.1198952 0.1646180 0.1826974 0.2293233 0.2302749 0.2635791 0.3282844 0.3406545 0.3454123 0.3749103 0.3501700 0.4044083 0.4006021 0.4662590 0.6118460 0.7621908 0.9934172 1.7432378 2.4559480 2.9631235 2.7985055 1.7803481 0.2635791. 0.000 0.002 0.005 0.006 0.006 0.009 0.010 0.012 0.012 0.014 0.017 0.018 0.018 0.020 0.019 0.021 0.021 0.025 0.032 0.040 0.053 0.093 0.130 0.157 0.149 0.094 0.014. 2355 2325 2276 2226 2176 2126 2076 2026 1976 1926 1876 1826 1776 1726 1676 1626 1576 1526 1476 1426 1376 1326 1276 1226 1176 1126 1084. 18.842573. 1.000. ALTITUD'MEDIA 1386.204047. ai%*% e 6.721266296 101.7462797 229.5669085 271.0620575 260.891894 349.8955258 379.1884667 464.4943695 454.9079847 507.5214848 615.6974039 621.8648468 613.2795054 646.9077442 586.7098874 657.365712 631.1486479 711.2781045 902.778773 1086.502914 1366.445341 2310.661638 3132.561674 3631.307849 3289.643215 2003.781815 285.7197038. MEDIANA'DE'ALTITUD. a%Acumu. a%Acumu%%. 0.0028546 0.0466259 0.1474901 0.2692884 0.3891835 0.5538015 0.7364989 0.9658222 1.1960971 1.4596762 1.7879606 2.1286151 2.4740274 2.8489377 3.1991077 3.6035160 4.0041182 4.4703772 5.0822232 5.8444139 6.8378311 8.5810689 11.0370169 14.0001404 16.7986459 18.5789940 18.8425730. 0.02% 0.25% 0.78% 1.43% 2.07% 2.94% 3.91% 5.13% 6.35% 7.75% 9.49% 11.30% 13.13% 15.12% 16.98% 19.12% 21.25% 23.72% 26.97% 31.02% 36.29% 45.54% 58.57% 74.30% 89.15% 98.60% 100.00%. 18.8426. 100.00%. 1283.894229. Tabla 9 Datos construcción curva Hipsométrica 4.2.2.6. Elevaciones. A partir de la curva Hipsométrica se obtuvo la elevación mediana de la cuenca alta del río Chípalo dando como resultado 1283.894 m.s.n.m. donde se encuentra el 50 % del área acumulada catalogándose esta como una curva que representa a un río en etapa de equilibrio y madurez como se aparece en Figura 13. 48.

(49) Figura 12 Curva hipsométrica y partes de la cuenca estudio. Figura 13 Tipo de curva hipsométrica (Llamas, 1993) 4.2.2.7. Altitud media: !=. ∑ !!! ∗ ! 26119.65 !!!!!!!!!!!!!!!!!! = = 1386.39 !" 18.84 Ecuación 16 Altitud media. 49.

(50) Dónde: E: Elevación media de la cuenca [m.s.n.m] ai: área i entre curvas de nivel [Km2] e: cota media del área i, delimitada por 2 curvas de nivel [m.s.n.m.] Ac: área de la cuenca [Km2]. La cota 1386,2040 es la altitud donde divide la cuenca en dos áreas iguales, según análisis de la curva hipsométrica, es importante el cálculo de este parámetro el cual permite el conocer la temperatura y así su efecto en la perdida de precipitación por evaporación.. Como la altitud media es mayor que la mediana, la distribución de áreas con respecto a la altitud se considera asimétricamente positiva, (Silva, 1999), la superficie de la cuenca con altitudes superiores a la media es menor que la superficie con altitudes inferiores a dicho valor medio. (www.saber.ula.ve). Partes de la cuenca Ca: cuenca alta se localiza entre las cotas 2.358 m.s.n.m. y la cota1386, 204 m.s.n.m. Cm: cuenca media se encuentra en la cota 1386,204 m.s.n.m. Cb: cuenca baja se encuentra entre la cota 1386,204 m.s.n.m. y la cota 1.838.75 m.s.n.m. 4.2.2.8. Pendiente media de la Cuenca. Mediante el software ARC GIS se calcula el mapa de pendientes y la pendiente media de la cuenca el cual da un valor de 28.85 %. 4.2.2.9. Pendiente del cauce principal. Pendiente media (Pm). 50.

(51) Es la relación entre la altura total del cauce principal (cota máxima menos cota mínima) y la longitud del mismo Ecuación 17.. !" =. !"#$ − !"#$ 2350 − 1077 ∗ 100!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" = ∗ 100 = 15,24!% ! 8350 Ecuación 17 Pendiente media del cauce principal. Donde: Pm: Pendiente media [m/m] Hmax: Cota Máxima [m] Hmin: Cota Mínima [m] L: Longitud del Cause [m]. El resultado obtenido anteriormente es la pendiente media de la cuenca estudio, la cual se encuentra en la parte alta de toda la cuenca del Chípalo, razón por la cual se presenta una pendiente del 15,24 %, lo que representa una alta velocidad de las aguas que circulan por esta área induciendo a la erosión, la socavación de los taludes aledaños y el consecuente transporte de grandes cantidades de sedimentos.. 51.

(52) Figura 14 Pendiente del cauce principal. 52.