UNIVERSIDAD DEL CENTRO DEL PERU ESCUELA DE POST GRADO
UNIDAD DE POSTGRADO
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
TESIS
MODELAMIENTO HIDROLOGICO DE LA SUB CUENCA DEL RIO ACHAMAYO
PRESENTADA POR:
Bach. LUIS CIRO BALDEON JARA
PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE
MAGISTER SCIENTIAE EN GESTION SOSTENIBLE DE CUENCAS HIDROGRAFICAS
HUANCAYO – PERU
2016
UNIVERSIDAD DEL CENTRO DEL PERU ESCUELA DE POST GRADO
UNIDAD DE POSTGRADO
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
TESIS
PRESENTADA POR
LUIS CIRO BALDEON JARA
Para optar el Grado Académico de Magister Scientiae en Gestión Sostenible de Cuencas Hidrográficas
Dr. Waldemar José Cerrón Rojas Dr. Teófilo Indigoyen Ramírez Presidente Secretario
Dr. Hernán Baltazar Castañeda Dr. Mauro Rodríguez Cerrón Jurado Jurado
Dr. Dalmiro Manturano Pérez Q.E.P.D.
Jurado
ASESOR
Dra. Edith Orellana Mendoza
DEDICATORIA
Joven prepárate para la acción mas no para el placer esa es tu ley”.
Esta frase célebre motivo iniciar y concluir la tesis. Por ello se la dedico a un peruano ilustre.
”Víctor Raúl Haya de la Torre”
AGRADECIMIENTO
El largo camino recorrido para completar esta Tesis me ha permitido conocer a mucha gente que, en mayor o menor medida, han contribuido a la buena consecución de la misma, y a la cual quiero agradecerle su inestimable colaboración.
Deseo expresar mi gratitud a la Dra Edith Orellana Mendoza por el asesoramiento al presente trabajo.
A mis padres Ana y Luis, de quienes he recibido siempre apoyo absoluto e incondicional y sabiendo que nunca habrá manera de agradecerles la vida que me dieron.
A mis hermanos Freud, Tania, Marlene y a mis sobrinos Frabrizzio, Camila, Samin y Joane; por compartir con migo gran parte de su vida, Quiero decirles que son parte de este logro, y que siempre pueden contar con migo.
A Consuelo Chávez Maravi y a mi pequeña hija Hermione por estar siempre con migo.
A todos y todas que no he podido mencionar…. pero que tampoco he olvidado…. Y me queda el recuerdo de las enseñanzas de vida…..Gracias.
RESUMEN
El agua es esencial para todas las formas de vida e indispensable para garantizar el bienestar de los seres humanos y para el desarrollo de la región. Este recurso de mucha importancia para las actividades humanas, por sus múltiples usos como: riego, recreación, industria, hidroelectricidad, forestal, ganadería y otras actividades; ya que en la actualidad la escasez de agua es un problema que ha inducido a la realización de estudios hidrológicos a nivel nacional, el uso de sistemas computacionales e informáticos son herramientas muy importantes para la agilización de estos estudios. En el caso del estudio, se ha empleado los sistemas de información geográfica, en el cual se realizó el modelamiento hidrológico de la sub cuenca del rio Achamayo, con la finalidad de obtener de manera rápida y precisa la distribución de los diversos fenómenos hídricos que se precisan en el interior de la sub cuenca. Dicho modelamiento se plantea como una alternativa para evaluar la cantidad de agua total en la sub cuenca, donde hay nula o escasa infraestructura de medición de caudales.
Inicialmente se realizó una revisión de antecedentes de la zona de estudio, tratando aspectos importantes relacionados a ella, se presentan los fundamentos teóricos, en los que se fundamenta y se apoya la tesis, para lo cual se realizó un estudio de ellos antes de abordar lo que es la metodología del modelo hidrológico. Con el modelamiento hidrológico, tenemos una herramienta muy útil para ser utilizada, por si en un futuro se pretende realizar un ordenamiento hidrológico dentro de la zona de estudio. Se elaboró una priorización de microcuencas dentro de la sub cuencas, en función a su aporte de caudal principal, tomando otras variables importantes y conocidas en nuestro estudio. La priorización de las microcuencas se define según rangos en, muy alta, alta, media, baja y muy baja, esto con el fin de mantener las de mayor prioridad.
Palabra clave: Producción de agua, modelo hidrológico
ABSTRACT
Water is essential for all forms of life and indispensable to ensure the welfare of human beings and to the development of the region. This important resource for human activities, because of its multiple uses such as irrigation, recreation, industry, hydropower, forestry, animal husbandry and other activities as at present water scarcity is a problem that has led to the realization of hydrological studies at the national level, the use of computer and computer systems are very important for the improvement of these studies tools.
For the present study, we have used geographic information systems, in which the hydrological modeling of river basin sub Achamayo was performed, in order to obtain quick and accurate distribution of various water phenomena are defined in the interior of the sub-basin. Such modeling is proposed as an alternative to assess the total amount of water in the sub-basin, where little or no flow measurement infrastructure.
Initially a background of the study area was conducted , treating important issues related to it, the theoretical foundations are presented , which is based and thesis , for which a study of them was made before boarding relies so which is the methodology of the hydrological model .
In hydrological modeling, we have a useful tool to be used, if in the future it intends to conduct a hydrologic system within the study area. Prioritization of micro-watersheds was developed within the sub basins, based on their contribution to the main flow, and taking other important variables known in our study. The prioritization of micro-watersheds defined as ranges, very high, high, medium, low and very low, this in order to maintain the highest priority.
Key word: water production, hydrologic model
INDICE
Pag.
DEDICATORIA. i AGRADECIMIENTO. ii RESUMEN. iii
ABSTRACT iv
INTRODUCCION. v
CAPITULO I 9
ASPECTOS DE LA INVESTIGACION 9
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 9
1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA. 10
1.3. HIPOTESIS 12
1.4. JUSTIFICACION E IMPORTACIA 12
CAPITULO II 14
MARCO TEORICO 14
2.1. CONCEPTOS DE CUENCAS HIDROGRAFICAS. 14
2.2. CONCEPTOS DE CARACTERIZACION MORFOMETRICAS DE CUENCAS. 27
2.3. CONCEPTOS DE MODELAMIENTO HIDROLOGICO. 48
2.4. MARCO LEGAL 70
CAPITULO III 73
ASPECTOS METODOLOGICOS 73
3.1. LUGAR DE EJECUCION DE LA INVESTIGACION. 73
3.2. MATERIALES Y METODOS. 74
3.3. INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS PRE PROCESAMIENTO. 79 3.4. CARACTERISITCAS DE LA SUB CUENCA DEL RIO ACHAMAYO. 80
CAPITULO IV 98
RESULTADOS Y DISCUSIONES 98
4.1. DESCRIPCION DE LA ZONA DE ESTUDIO. 98
4.2. CARACTERIZACION MORFOMETRICA DE LA SUB CUENCA DEL
RIO ACHAMAYO 106
4.3. MODELAMIENTO HIDROLOGICO 136
4.4. UNIDADES DE RESPUESTA HIDROLOGICA. 148
4.5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 156
BIBLIOGRAFIA 166
MATRIZ DE CONSISTENCIA 170
INTRODUCCION
En los últimos años se ha desarrollado en la hidrología, una técnica conocida como modelación hidrológica, esta técnica trata de reproducir mediante un modelo, (matemático, principalmente) el comportamiento de los procesos hidrológicos de un área determinada.
Las aguas superficiales de la Sub Cuenca del rio Achamayo al pasar los años, acompañado con el crecimiento de la población, presentan una mayor vulnerabilidad a la degradación de sus características naturales, especialmente en lo que respecta a la calidad física, química y microbiológica. No se ha llevado un estudio que tome en cuenta realizar un análisis del estado de la calidad del agua superficial a nivel de las micro cuencas, considerando los cursos de agua de la parte alta, media y baja.
En este caso particular trata de describir un entorno natural donde se desarrollan todas las actividades del ser humano, su estudio demanda de un enfoque holístico e interdisciplinario, que permita la convergencia de diversas disciplinas y técnicas para evaluar todas las interacciones presentes. El primer paso para iniciar el estudio morfométrico es definir la unidad de estudio.
En estos últimos años se ha desarrollado en hidrología, una técnica conocida como modelación Hidrológica. Esta técnica trata de reproducir mediante un modelo, (matemático, principalmente) el comportamiento de los procesos hidrológicos en un área determinada.
La aplicación de los modelos hidrológicos abarca campos como: Control de la calidad de agua, erosión de suelos, transporte y deposición de sedimentos, diseño y operación de sistemas de recursos hídricos, sistemas de alarma contra inundaciones, evaluación de alternativas de manejo del suelo.
Los Modelos hidrológicos son herramientas ideales para el análisis y la evaluación del comportamiento de una Cuenca Hidrográfica. Los modelos permiten simular la escorrentía causada por lluvias con intervalos de días durante largos periodos de tiempo. Esto hace posible el análisis de los cambios en el comportamiento y en la calidad del agua de una cuenca debido a factores diversos, como variaciones en el régimen de precipitación de una región, modificaciones en el uso de suelo y otras causas de origen antrópico. Por lo tanto, el usos de estos modelos permitirá planifica las actividades de manejo del recurso agua y la toma de decisiones de un modo racional.
CAPITULO I
ASPECTOS DE LA INVESTIGACION.
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
La conjunción de los recursos subterráneos y los recursos superficiales logra crear una distribución geográfica de recursos hídricos potenciales muy equilibrada, donde faltan recursos superficiales hay subterráneos, y viceversa.
Actualmente, no se cumplen las pautas sostenibles para el desarrollo y uso del recurso agua. La creciente demanda del recurso, así como la reducción de los caudales en ríos con sus graves consecuencias para usuarios y ecosistemas, la sobre explotación de acuíferos a tasas superiores a la reposición natural, los problemas de contaminación y degradación de la calidad de las aguas, las dificultades de acceso al recurso para satisfacer necesidades básicas de un alto porcentaje de la población, son desafíos que demandan
con urgencia estrategias que permitan resolver las numerosas tareas pendientes en cuanto a la utilización de los recursos hídricos.
La sub cuenca del rio Achamayo contiene importantes territorios, recursos y centros poblados. El problema surge de la necesidad de conocer cuáles son los aportes de los diferentes ríos que llegan al rio principal, así como también de la necesidad de determinar los usos de suelo y los tipos de coberturas existentes en la zona. Es por ello que con la Modelación Hidrológica permitirá representar la parte física de la cuenca y podremos agregar y conectar elementos hidrológicos.
1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA.
1.2.1. PROBLEMA GENERAL.
¿Cuáles son las variables hidrológicas que permiten la modelación hidrológica en la Sub Cuenca del rio Achamayo?
1.2.2. PROBLEMA ESPECÍFICO.
¿Existe información suficiente en el área de estudio para realizar la modelación hidrológica?
¿Será viable la aplicación de la modelación hidrológica en la sub Cuenca en estudio?
1.2.3. OBJETIVOS.
GENERAL.
- Desarrollar un modelo hidrológico sobre una plataforma capaz de
aprovechar la información cartográfica disponible en coberturas digitales y datos de estaciones meteorológicas para la simulación de un conjunto de variables hidrológicas que represente el comportamiento del recurso hídrico en la sub cuenca del rio Achamayo.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
- Calibrar el Modelo de Simulación Hidrológica SWAT (Soil & Water
Assessmet Tool) en la sub cuenca del rio Achamayo para su utilización en el pronóstico de caudales.
- Analizar las variables que intervienen para la estimación de
caudales.
- Validar los resultados de la simulación de caudales, comparándolos
con los caudales, y datos registrados en las estaciones meteorológicas.
- Priorizar el manejo o la gestión de micro cuencas pertenecientes a
la sub cuenca del rio Achamayo, tomando como variables, el aporte de caudal, el área boscosa.
- Contrastar la utilidad de las nuevas tecnológicas en la modelación hidrológica.
1.3. HIPOTESIS.
1.3.1. GENERAL.
El comportamiento hidrológico con las variable suelo, uso actual de
suelo, humedad relativa, precipitación total mensual, temperatura máxima mensual, temperatura mínima mensual, podremos determinar el comportamiento, la vulnerabilidad y el régimen hidrológico de la sub cuenca del rio Achamayo.
1.3.2. HIPOTESIS ESPECÍFICA
Es posible predecir el comportamiento hidrológico de la sub cuenca
del rio Achamayo, porque en el lugar existe información suficiente para realizar el modelamiento hidrológico, con base en la información meteorológica, suelo y usos de suelo.
La Modelación Hidrológica es viable porque será capaz de reproducir la producción hídrica de la sub cuenca del rio Achamayo.
1.4. JUSTIFICACION E IMPORTACIA.
En el estudio de la hidrología se pueden distinguir dos acercamientos:
físico y de sistema, el primero se refiere a un acercamiento básico, puro o teórico mientras el último se refiere a un acercamiento aplicado, empírico o perimétrico Singh, (1988).
En el acercamiento como sistema el propósito explícito es el de investigar un sistema, establecer una relación de entrada – salida que se pueda utilizar para reconstruir eventos pasados o predecir eventos
futuros, poniendo énfasis en el funcionamiento del sistema y no en su naturaleza como tal, debido a la complejidad del estudio de todas las variables involucradas Singh, (1988).
En el caso de la planificación de recursos, que se da como una parte de complejas investigaciones multidisciplinarias y que integra oferta de agua a nivel de cuenca con procesos hidrológicos y un modelo de gestión del agua Yates et al, (2005), no puede ser abordado con un acercamiento puramente físico, puesto que existen muchos factores involucrados de distinta naturaleza que incrementarían de manera muy fuerte el nivel de complejidad de su estudio. Por tanto en este trabajo no se pretende explicar las leyes que gobiernan el funcionamiento de la sub cuencas en estudio desde un punto de vista físico en sí, sino el funcionamiento del sistema de manera global en relación con la oferta hídrica para las poblaciones que están dentro de esta sub cuenca. Este análisis como sistema no representa enteramente la realidad física de la sub cuencas sino representa las asunciones respecto a las variables involucradas, para facilitar la modelación.
La sub cuenca rio Achamayo es estratégica para el Valle del Mantaro, ya que produce gran cantidad de agua al año, agua que es de buena calidad y que se utiliza para los diferentes usos, tales como abastecimiento de agua potable, riego principalmente, con la formulación del modelo hidrológico se conocerán los aportes en
Achamayo, y con esto poder hacer una priorización de micro cuencas, para la toma decisiones en las diferentes instituciones y/o entidades que administra la sub cuenca.
CAPITULO II MARCO TEORICO
2.1. CONCEPTOS DE CUENCAS HIDROGRAFICAS.
La cuenca hidrográfica es una unidad definida por la existencia de las aguas en territorio dado. Las cuencas hidrográficas son unidades morfográficas superficiales. Sus límites quedan establecidos por la divisoria geográfica principal de las aguas de las precipitaciones;
también conocida como “parte aguas”. Al interior de las cuencas se pueden delimitar las sub cuencas o cuencas de orden inferior. Las divisorias que delimitan las sub cuencas se conocen como parte aguas secundarias. La cuenca hidrológica es más integral y abarca a la primera; es definida como las unidades morfológicas integrales que además de incluir todo el concepto de cuenca hidrográfica, abarcan en su contenido, toda la estructura hidrogeológica subterránea del acuífero como un todo, Jiménez (2004).
Una cuenca hidrográfica es un área en la que el agua proveniente de
como la unidad fisiográfica conformada por el conjunto de los sistemas de cursos de agua definidos por el relieve. Los límites de la cuenca o “divisoria de aguas” se definen naturalmente y corresponden a las partes más altas del área que encierra un rio Ramakrishna, (1997). La cuenca, sus recursos naturales y sus habitantes poseen condiciones físicas, biológicas, sociales y culturales que le confieren características particulares. El objetivo se orienta a usar la cuenca como captadora de agua para diferentes fines, principalmente para consumo humano y para reducir el impacto de la escorrentía protegiendo así zonas vulnerables cerca de pendientes o cauces. Los proyectos más recientes de manejo de cuenca enfatizan cada vez más la necesidad de mejorar la calidad del agua y no solo la cantidad y tiempo de descarga Dourojeanni et al, (2002).
Figura 1. Cuenca Hidrográfica
Las cuencas Hidrográficas, sus recursos naturales y habitantes poseen condiciones físicas, biológicas, económicas, sociales y culturales que les confieren características particulares a cada una, importantes para considerarlas como unidades de planificación. En zonas de altas montanas y cordilleras los ejes longitudinales de las cuencas se constituyen en vías naturales de comunicación y de integración comercial, sea a lo largo de sus ríos, de las cumbres que las separan una de otras. Se fomentan estrechos mecanismos de integración entre sus habitantes que le confieren condiciones socioeconómicas particulares.
El territorio de las cuencas facilita la relación entre sus habitantes, independientemente de que estos se agrupen en dicho territorio en comunidades delimitadas por razones político - administrativo, debido a su dependencia común a un sistema hídrico compartido, a los caminos y vías de acceso y al hecho que debe enfrentar peligros comunes. Debido a esta interdependencia, si no existen sistemas de conciliación de intereses entre los diferentes actores que dependen de una misma cuenca y del agua de un sistema hídrico común.
Dourojeanni et al, (2002).
Figura 2. Cuenca Hidrográfica
2.1.1. DEFINICION DE CUENCA HIDROLOGICA.
Las cuencas hidrológicas son unidades morfológicas constituidas por la cuenca hidrográfica y las aguas subterráneas. Cuando el relieve y fisiografía, tiene una forma y simetría diferente a la configuración geológica de la cuenca, se puede decir que existe una cuenca subterránea, que cambia la dirección del flujo superficial para alimentar a otra hidrográfica. A esta configuración se le denomina
“Cuenca Hidrológica”, la cual adquiere importancia cuando se tenga que realizar el balance hidrológico. Es muy importante conocer esta característica interna de la cuenca, porque en algunos casos se realiza el balance hidrológico sin considerar los aportes o fugas de una cuenca vecina a otra. World Visión (2004).
Una cuenca hidrográfica constituirá también una cuenca hidrogeológica cuando no existan trasvases apreciables de aguas subterráneas de una a otra, es decir, que podamos considerar que las
divisorias topográficas que dividen a la escorrentía superficial constituyen también divisorias de la escorrentía entre adyacentes.
Esto se cumple en general para cuencas grandes de más de 1000 o 2000 Km 2 Sánchez (2004).
Figura 3. Cuenca Hidrológica
2.1.2. IMPORTANCIA DE LAS CUENCAS HIDROGRAFICAS.
Las cuencas hidrográficas, también conocidas como zonas de captación son cruciales para el ciclo del agua, ya que son las unidades del paisaje donde se juntan toda el agua de la superficie y está disponible para su uso. Por lo tanto, tiene sentido que las estrategias sobre la gestión del agua se deben tomar a nivel de cuencas (WWF, s. f.)
El agua es fundamental para la seguridad ambiental, social y económica, que permite fortalecer el desarrollo humano y al mismo tiempo las necesidades del presente sin comprometer la capacidad
para que generaciones futuras satisfagan las propias UICN, (2000).
Por lo tanto, todos somos responsables por su custodia.
La participación pública en la planificación y el manejo de los recursos hídricos es un objetivo importante para determinar las necesidades y preocupaciones de todos los usuarios del agua en donde una colaboración efectiva entre los organismos y la población local aumenta las posibilidades de instituir planes eficaces manejo de las cuencas hidrográficas Ramsar, (2004).
Para una participación real se necesita de una sociedad bien informada, con conocimientos claros sobre la problemática ambiental, y sus consecuencias en su calidad de vida Menahem, (2004).
Permitiendo formar parte del proceso de toma de decisiones esto puede ocurrir directamente cuando las comunidades locales se juntan para llevar a cabo la elección de sistemas de provisión, la administración y el uso del agua. GWP, TAC (2000).
Figura 4. Importancia de las Cuencas Hidrográficas
2.1.3. LA CUENCA HIDROGRAFICA COMO SISTEMA.
El elemento más importante en definir a la cuenca como unidad de planificación, manejo y gestión de los recursos naturales es que la misma constituye un sistema. La cuenca hidrográfica concebida como un sistema está conformada por las interrelaciones dinámicas en el tiempo y en el espacio de diferentes subsistemas: social, económico, político, institucional, cultural, legal, tecnológico, productivo, físico y biológico. Jiménez (2007), de tal manera que al afectarse uno de ellos, se produce un desbalance que pone en peligro todo el sistema.
Ramakrishna (1997).
En la estructura dinámica de una cuenca hidrográfica se encuentra las características físicas de un sistema como: entradas y salidas de
jerarquizados, parte que no cambian con el tiempo, objetivos, entre otros. Zury (2004).
Según. Vázquez (1997) citado por Zury (2004) menciona que la dinámica sistémica de una cuenca hidrográfica todos sus componentes interactúan entre sí; por lo que en el análisis es de gran importancia considerar la interacción de cada uno de sus elementos constitutivos como un conjunto de partes, esto llevara a conocer y comprender la dinámica real de la cuenca, en donde el funcionamiento de cada uno de los elementos depende de lo que ocurra con los otros.
Figura 5. Cuenca como Sistema
Con esta orientación sistémica se trata de resaltar que el ser humano interactúa directamente con los demás componentes del sistema cuenca – micro cuenca, por lo tanto, se convierte en proveedor de insumos, dinamizador de procesos y usufructo de productos y servicios, de ahí se ubica en el centro de las interacciones.
De acuerdo a lo expuesto anteriormente se puede concluir que el sistema cuenca se define como un conjunto de elementos que interactúan de manera regular e interdependiente. Zury (2004).
2.1.4. CICLO HIDROLOGICO.
El ciclo hidrológico es un término descriptivo aplicable a la circulación general del agua en la tierra. Con mayor precisión se puede decir que es una sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la atmosfera a la tierra y volver a la atmosfera: evaporación desde el suelo, mar o aguas continentales, condensación de nubes, precipitación, acumulación en el suelo, escurrimiento y nuevamente la evaporación.
El ciclo hidrológico involucra un proceso de trasporte recirculatorio e indefinido o permanente, este movimiento permanente de ciclo se debe fundamentalmente a dos causas: la primera, el sol que proporciona la energía para elevar el agua (evaporación); la segunda, la gravedad terrestre, que hace que el agua condesada descienda (precipitación y escurrimiento).
Se puede suponer que el ciclo hidrológico se inicia con la evaporación del agua en los océanos, el valor de agua resultante del proceso anterior es transportado por las masas de aire en movimiento (viento) hacia los continentes. Bajo condiciones meteorológicas adecuadas el vapor de agua condensa para formar nubes, las cuales a su vez dan origen a las precipitaciones.
No toda la precipitación llega al terreno, ya que una parte se evapora durante su caída y otra es retenida (intercepción) por la vegetación o los edificios, carreteras, etc. y poco tiempo después, es retornada a la atmosfera en forma de vapor.
El agua que alcanza la superficie del terreno, una parte queda retenida en los huecos e irregularidades del terreno (almacenamiento en depresiones) y en su mayoría vuelve a la atmosfera por evaporación.
Otra parte del agua que llega al suelo circula sobre la superficie (lluvia en exceso) y se concentra en pequeños surcos que luego integran a los arroyos, los cuales posteriormente desembocan en los ríos (escurrimiento superficial ) los que conducen las aguas a los lagos, embalses o mares, desde donde se evapora o bien se infiltra en el terreno.
Por último, hay una tercera parte que penetra bajo la superficie del terreno (infiltración), y va rellenando los poros y fisuras del medio poroso. Si el agua infiltrada es abundante, una parte desciende hasta recargar el acuífero o agua subterránea, en cambio el volumen infiltrado es escaso el agua queda retenida en la zona no saturada (humedad del suelo) donde vuelve a la atmosfera por evaporación o principalmente, por transpiración de las plantas.
Figura 7. Ciclo Hidrológico
Finalmente debe tenerse en cuenta que el movimiento del agua en cada fase del ciclo hidrológico no es a velocidad constante, sino mas bien es errático tanto temporal como espacialmente. Cabe hacer notar también que las cualidades del agua cambian durante el ciclo hidrológico. Chow et al (1988).
EVAPORACION.
El agua se evapora en la superficie oceánica, sobre el terreno y también por los organismos, en el fenómeno de la transpiración. Dado que no podemos distinguir claramente entre la cantidad de agua que se evapora y la cantidad que es transpirada por los organismos, se suele utilizar el término evapotranspiración. Los seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con un 10% del agua que se
incorpora a la atmosfera. En el mismo capítulo podemos situar la sublimación, cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie helada de los glaciares. Vásquez, (1997).
PRECIPITACION.
La atmosfera pierde agua por condensación (lluvia, roció) o sublimación inversa (nieve y escarcha) que pasan según el caso al terreno, a la superficie terrestre. En el caso de la lluvia, la nieve y el granizo (cuando las gotas de agua de lluvia se congelan en el aire) la gravedad determina la caída; mientras que en el roció y la escarcha el cambio de estado se produce directamente sobre las superficies que cubren. Vásquez (1997).
INFILTRACION.
Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La proporción de agua que se infiltra y la que circula en la superficie (escorrentía) depende de la permeabilidad del suelo, de la pendiente (que la estorba) y de la cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmosfera por evaporación o, más aun, por la transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos extensas y profundas. Otra parte se incorporan a los acuíferos, niveles que contienen agua estancada o circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí donde
los acuíferos, por las circunstancias topográficas, interceptan la superficie del terreno. Vásquez, (1997).
ESCORRENTIA.
Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En los climas no excepcionales secos, incluidos la mayoría de los llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente geológico de erosión y transporte. Vásquez, (1997).
CIRCULACION SUBTERRANEA.
Es la circulación del agua por debajo de la superficie. Se produce a favor de la gravedad, como la escorrentía superficial. Vásquez (1997).
2.2. CONCEPTOS DE CARACTERIZACION MORFOMETRICAS DE CUENCAS.
2.2.1. DELIMITACION DE LA CUENCA HIDROGRAFICA.
Uno de los primeros pasos que se consideran para efectuar el análisis hidrológico de una cuenca, es decir es definir la ubicación y delimitar la cuenca de estudio. Lo que lleva a efectuar el trazo de la línea imaginaria que la delimita, comúnmente llamada parte aguas y la que según. Aparicio (1999), es una línea formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de las cuencas
vecinas, además. Molina (1975) menciona que las líneas de flujo son perpendiculares a las curvas de de nivel del terreno hasta un punto del cauce del rio que sirve como salida de las aguas que caen dentro de la cuenca.
Los planos para estos análisis son usados en escalas desde 1:25.000 hasta 1:100.000, dependiendo de los objetivos del estudio y del tamaño de la cuenca en cuestión. Se podría decir que para cuencas de un tamaño superior a los 100 km2 un plano topográfico en escala 1:100.000 es suficiente para las metas pretendidas en el análisis general del sistema de una cuenca. Obviamente, los trabajos tendientes a un mismo estudio regional deberán efectuarse sobre planos de una misma escala y preferiblemente que hayan sido elaborados bajo los mismos criterios cartográficos. De esta forma se podría contar con resultados homogéneos que podrían ser comparados en estudios posteriores al estudio mismo de las cuencas.
En los mapas, la línea de mayor altura está representada por la forma cóncava que presentan las curvas de nivel, en tanto que los drenajes o partes más bajas están determinados por la forma convexa de las curvas de nivel. Gregory and Walling (1985), Verstappen (1983).
Variables útiles para:
- La caracterización física de una cuenca.
- El estudio comparativo entre varias cuencas.
- En la predicción de la respuesta hidrológica y en la producción de sedimentos.
Figura 8. Delimitación de la cuenca hidrográfica
2.2.2. VARIABLES MEDIBLES EN UN MAPA.
Los parámetros de la cuenca se han dividido en tres principales grupos: EL primero se compone de los parámetros físicos de la forma de la cuenca, referido principalmente a la fisiografía. El segundo y tercer grupo está referido básicamente al relieve (pendiente y elevación).
LINEALES.
Estos parámetros describen las características físicas de las cuencas, desde los aspectos morfológicos, lineales y de área, se expresan generalmente en m. o km.
- PERIMETRO (P).
Es la longitud de la divisoria topográfica. Se mide a partir del punto de
salida de la cuenca ó punto de interés en el cauce. Remenieras.
(1974), Linsley (1977).
- LONGITUD DEL CAUCE PRINCIPAL (Lc).
Es la distancia del cauce principal desde el río receptor hasta su naciente cerca de la divisoria. Se suma junto con la longitud de los cauces secundarios (Lcs) y nos da la longitud total de cauces (Ltc).
Este parámetro influye en el tiempo de concentración y en la mayoría de los índices morfométricos. Se obtiene a partir del mapa digitalizado de la red de drenaje. Tetumo 1993, Linsley 1977 y Rivera, (1994).
Figura 9. Longitud y perímetro de una cuenca
Tabla 1. Clases de valores de longitud del cauce principal Rango de Longitud
(km) Clases de longitud del cause
7-11 Corto
11-15 Mediano
>15 Largo
- LONGITUD AXIAL (La).
Es la longitud en línea recta del eje mayor de la cuenca.
- ANCHO MEDIO (Am).
Es el promedio del ancho medido en varias secciones de la cuenca.
También se ha definido como el cociente entre el área y la longitud axial.
- LONGITUD TOTAL DE CURVAS DE NIVEL (Ltcn).
Es la suma de las longitudes de todas las curvas de nivel dentro de la cuenca.
- ORDEN DE CORRIENTES.
Refleja el grado de ramificación dentro de una cuenca. Horton (1945). Clasifico en tres el orden 1° a las más pequeños aquellos que no están ramificados; el 2° a las que tienen ramificaciones o tributarios de primer orden; el 3° aquellas con dos o más tributarios de orden dos o menor. Por lo tanto el orden de la corriente principal será un indicador de la magnitud de la ramificación y la extensión de la red de drenaje dentro de la cuenca.
Figura 10. Número de orden de corrientes
El orden de corriente se obtiene mediante la agregación de corrientes, considerando una corriente de primer orden a aquella que no tiene afluentes, una de segundo orden aquella donde se reúnen dos corrientes de primer orden, una de tercero donde confluyen dos de segundo orden y así sucesivamente. Este índice indica el grado de estructura de la red de drenaje. En general, mientras mayor sea el grado de corriente, mayor será la red y su estructura más definida. Asimismo, un mayor orden indica en general la presencia de controles estructurales del relieve y mayor posibilidad de erosión o bien, que la cuenca podría ser más antigua (en determinados tipos de relieve). Aparicio (1999), Gregory and Walling (1985), Verstappen (1983).
Tabla 2. Clases de orden de corriente
Rangos de ordenes Clases de orden
1-2 Bajo
2-4 Medio
>6 Alto
- NUMERO DE ESCURRIMIENTOS.
Es la cantidad de afluentes naturales de la cuenca. Se contabiliza mediante SIG a través del número de segmentos marcados en el mapa digitalizado. Constituye una medida de la energía de la cuenca, de la capacidad de captación de agua y de la magnitud de la red fluvial. Un mayor número de escurrimientos proporciona un mejor drenaje de la cuenca y por tanto, favorece el escurrimiento.
Los valores de escurrimiento se han agrupado en la tabla siguiente.
Tabla 3. Clases de valores de afluentes
Rangos de escurrimiento Clases
0-170 Bajo
171-340 Medio
341-510 Alto
SUPERFICIALES.
Se miden con el planímetro, el método de la malla o red de puntos, la integración, descomposición geométrica o con digitadores electrónicos.
Generalmente se expresan en ha. o km2. Rivera, (1994).
- AREA DE LA CUENCA (A).
Figura 11. Divisoria de aguas superficiales y de aguas subterráneas
Es la superficie de la proyección de la cuenca sobre un plano horizontal del área limitada por la divisoria topográfica en km2. Se obtiene automáticamente a partir de la digitalización y poligonización de las cuencas en el SIG.
Tabla 4. Clasificación de las cuencas en base al área Magnitud de la cuenca (km2) Descripción
<25 Muy pequeña
25-250 Pequeña
250-500 Intermedia - Pequeña
500-2500 Intermedia – Grande
2500-5000 Grande
>5000 Muy Grande
Tanto las cuencas grandes y pequeñas no necesariamente se analizan con los mismos criterios. En una cuenca pequeña la forma y cantidad de escurrimiento están influidas principalmente por las condiciones físicas del suelo, por lo que el estudio hidrológico se debe enfocar más a la cuenca misma. En una cuenca muy grande el efecto de almacenaje del cauce es muy importante por lo que se debe dar atención a las características de dicho cauce. Tetuno, (1993).
DE DESNIVEL.
- DIFERENCIA DE ELEVACION DEL CAUCE (Ecp).
Es la diferencia entre la altitud del punto más alto y más bajo del cauce.
- PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL.
La pendiente del cauce se la puede estimar por diferentes métodos, uno de ellos es el de los valores extremos, el cual consiste en determinar el desnivel H entre los puntos más elevado y más bajo del río en estudio y luego dividirlo entre la longitud del mismo cauce L, lo que significa:
Dónde:
S : Pendiente media del cauce.
H : Desnivel entre los puntos más elevado y más alto.
L : Longitud del cauce.
Tabla 5. Clases de pendiente del cauce (%)
Rangos de pendiente Clases
<10 Suave
10-30 Moderada
>30 Fuerte
- DIFERENCIA DE ELAVACION DE LA CUENCA (Ec).
Es la diferencia en metros, entre la altitud del punto más elevado en la divisoria y a la salida de la cuenca. La variación altitudinal de una cuenca hidrográfica incide directamente sobre su distribución térmica y por lo tanto en la existencia de microclimas y hábitats muy característicos de acuerdo a las condiciones locales reinantes.
Constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento
T S = e (%)
Formula. Pendiente del cauce principal
resultante de una región, el cual, da una base para caracterizar zonas climatológicas y ecológicas de ella.
- PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA (Pm).
La pendiente media constituye un elemento importante en el efecto del agua al caer a la superficie, por la velocidad que adquiere y la erosión que produce. Monsalve, (1999). La pendiente media de la cuenca se puede determinar con el Método de Alvord, Método Área Elevación, Criterio de Horton.
Tabla 6. Clases de valores de elevación media (m) Rangos de elevación Clases de elevación
< 200 Baja
200-1000 Moderada
>1000 Alta
VARIABLES MORFICAS QUE SE CALCULAN POR MEDIO DE FORMULAS.
- DENSIDAD DE DRENAJE (Dd).
La densidad de drenaje es la densidad de cauces por unidad de área. Permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje de la cuenca. En general, una mayor densidad de escurrimientos indica mayor estructuración de la red fluvial, o bien que existe mayor potencial de erosión. Pero también, como indican Gregory and Walling (1985), Verstappen (1983).
La densidad de drenaje provee una liga entre los atributos de forma de la cuenca y los procesos que operan a lo largo del curso de la corriente. Más precisamente, la densidad de drenaje refleja controles topográficos, litológicos, pedológicos y vegetacionales, además de incorporar la influencia del hombre. Gregory and Walling (1985), Verstappen (1983).
La densidad de drenaje se expresa en km/km2. Se calcula dividiendo la longitud total de las corrientes de la cuenca por el área total que las contiene, o sea:
Dónde:
L : Longitud de las corrientes efímeras, intermitentes y perennes de la cuenca (Km).
A : Área de la cuenca en (Km2).
La densidad de drenaje varía inversamente con la extensión de la cuenca. Con el fin de catalogar una cuenca bien o mal drenada, analizando su densidad de drenaje, se puede considerar que valores de Dd próximos a 0.5 km/km2 o mayores indican la eficiencia de la red de drenaje. La red de drenaje toma sus características, influenciada por las lluvias y la topografía. Por esto se tiene que para un valor alto de Dd
corresponden grandes
Formula. Densidad de drenaje
volúmenes de escurrimiento, al igual que mayores velocidades de desplazamiento de las aguas, lo que producirá ascensos de las corrientes. En períodos de estiaje se esperan valores más bajos del caudal en cuencas de alta densidad de drenaje y de fuertes pendientes, mientras que en cuencas planas y de alta densidad de drenaje, se espera estabilidad del régimen de caudales, debido al drenaje sub superficial y al aporte subterráneo.
Tabla 7. Clases de densidad de drenaje Rangos de densidad (km/km2) Clases
<5 Baja
5-10 Moderada
>10 Alta
Según Schumm, una densidad de drenaje alta significa una mayor tendencia a producir sedimentos y escorrentía con mayor riesgo de crecidas. A nivel referencial las densidades altas se encuentran por encima de 10 km/km2. La baja densidad de drenaje se asocia con rocas resistentes y suelos impermeables.
- FORMA DE LA CUENCA.
Cuenca con la misma área y el mismo perímetro pueden tener formas diferentes, lo cual crea también dos comportamientos diferentes en la generación de las crecidas. Para evaluar la forma se usan los siguientes índices:
Figura 12. Hidrogramas según la forma de la cuenca
a. COEFICIENTE DE CONPACIDAD (Kc) O DE GRAVELIUS.
Compara la forma de la cuenca con la de una circunferencia, cuyo círculo inscrito tiene la misma área de la cuenca en estudio. Kc se define como la razón entre el perímetro de la cuenca que es la misma longitud del parte aguas que la encierra y el perímetro de la circunferencia. Las cuencas que tienden a una forma circular, tienen mayor facilidad para concentrar la escorrentía. Gregory and Walling (1985), Verstappen (1983).
Sin embargo, las cuencas alargadas presentan alta peligrosidad a las crecidas cuando la tormenta se mueve en la dirección aguas abajo. La ecuación que nos permite el cálculo de este coeficiente corresponde a:
Formula. Coeficiente de Compacidad
Dónde:
Kc : Coeficiente de compacidad.
P : Perímetro de la cuenca (longitud de la línea de parte aguas).
A : Área de la cuenca.
Este valor adimensional, independiente del área estudiada tiene por definición un valor de 1 para cuencas imaginarias de forma exactamente circular. El grado de aproximación de este índice a la unidad indicará la tendencia a concentrar fuertes volúmenes de aguas de escurrimiento, siendo más acentuado cuanto más cercano sea a la unidad, lo cual quiere decir que entre más bajo sea Kc, mayor será la concentración de agua. A mayor coeficiente de relieve, mayor producción de sedimentos.
Existen tres categorías para la clasificación según el valor de este parámetro y que se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 8. Clases de valores de compacidad.
Rangos de Kc Clases de compacidad
< 1.25 Redonda a oval redonda
1.25 – 1.50 De oval redonda a oval oblonga
>1.75 De oval oblonga a rectangular oblonga
b. COEFIECINTE DE FORMA (Kf).
Este índice, propuesto por Gravelius, se estima a partir de la relación entre el área de captación y la longitud axial de la cuenca, longitud que se mide desde la salida hasta el punto más alejado a
Dónde:
A : Área de la cuenca.
La : Longitud axial.
Este factor relaciona la forma de la cuenca con la de un cuadrado, correspondiendo un Kf = 1 para regiones con esta forma, que es imaginaria. Un valor de Kf superior a la unidad nos proporciona el grado de achatamiento de la cuenca o el de un río principal corto.
En consecuencia, con tendencia a concentrar el escurrimiento de una lluvia intensa formando fácilmente grandes crecidas.
En este trabajo se han clasificado las cuencas de acuerdo con la siguiente tabla.
Tabla 9. Clases de valores de forma
Rangos de Kf Clases de forma
< 0,2 Muy poco achatada
0,2- 0,5 Ligeramente achatada
>0,5 Moderadamente achatada
c. INDICE DE ALARAGAMIENTO (I
a).
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 fórmula siguiente.
Formula. Coeficiente de Forma
Dónde:
Ia : Índice de alargamiento.
Lm: Longitud máxima de la cuenca.
L : Ancho máximo de la cuenca.
Cuando Iatoma valores mayores a la unidad, se trata 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.
Tabla 10. Clases de valores de alargamiento
Rangos de I Clases de alargamiento
<1.4 Poco alargada
1.5-3.0 Moderadamente alargada
>3.0 Muy alargada
- COEFICIENTE DE MASIVIDAD (Km).
Este coeficiente representa la relación entre la elevación media de la cuenca y su superficie.
Formula. Índice de Alargamiento
Formula. Coeficiente de Masividad
Este valor toma valores bajos en cuencas montañosas y altos en cuencas llanas.
Tabla 11. Clases de valores de masividad
Rangos de Km Clases de masividad
< 35 Muy Montañosa
35-70 Montañosa
>70 Moderadamente montañosa
- TIEMPO DE CONCENTRACION (Tc).
Es el tiempo transcurrido entre el final del hietograma de excesos y el final del escurrimiento directo, siendo ésta la definición que aparece reseñada en la literatura con mayor frecuencia. Sin embargo, otros autores reportan el Tccomo el tiempo comprendido entre el centroide del hietograma de excesos y el punto de inflexión sobre la curva de recesión del hidrograma de escurrimiento directo. Además se puede definir como el tiempo que demora en viajar una partícula de agua desde el punto más remoto hasta el punto de interés. Corresponde al lapso entre el final de la lluvia y el momento en que cesa el escurrimiento superficial. Existen una serie de fórmulas que permiten el cálculo de este tiempo desarrolladas por diversos autores. Gregory and Walling (1985), Verstappen (1983).
La tabla siguiente muestra la clasificación de los valores de los tiempos de concentración.
Tabla 12. Clases de tiempo de concentración (min)
Rangos de Tc Clases
< 40 Rápido
40-80 Moderado
>80 Lento
- MAPA DE PENDIENTES DE LA CUENCA.
Es el mapa temático que muestra la sectorización de la cuenca por rangos de pendiente, por ejemplo las pendientes establecidas en el Reglamento de Clasificación de Tierras por Capacidad de Uso mayor del Perú (Decreto Supremo N° 017 – 2009 - AG).
Figura 13. Método para hallar la pendiente S, en una cuenca.
- RELACION ENTRE EL AREA Y LA ELEVACION DE LA CUENCA.
a. LA CURVA HIPSOMETRICA.
La distribución del área de la cuenca en relación a la elevación se evalúa por medio de la "curva hipsométrica", que es una curva indicativa del porcentaje del área que se encuentra por encima de
una altitud dada. La curva hipsométrica a la representación gráfica del relieve medio de la cuenca, construida llevando en el eje de las abscisas longitudes proporcionales a las superficies proyectadas en la cuenca, en km2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hasta alcanzar la superficie total, llevando al eje de las ordenadas la cota de las curvas de nivel consideradas. La altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc.
Figura 14. Curva hipsométrica, características.
La curva hipsométrica permite estimar la etapa de la cuenca en su desarrollo geomorfológico y analizar la cuenca según niveles altitudinales. En este sentido, se puede relacionar la altitud con la distribución de la precipitación sobre el territorio. Tragsa, Tragsatec
(1998) Para obtener la elevación media se aplica un método basado en la siguiente fórmula
Figura 15. Curva hipsométrica, características.
Dónde:
Em: Elevación media de la cuenca (m.s.n.m.).
Vi : Volumen de la cuenca (m3).
At : Área total de la cuenca en (Km2o m2).
a. METODO DE INTERSECCION.
En este método el mapa topográfico se divide en cuadrados de igual tamaño considerando que por lo menos 100 intersecciones estén comprendidas dentro de la cuenca, la que puede ser la misma que se utilizo para la determinación de la pendiente por el método de Horton. La elevación media de la cuenca se calcula
Formula. Elevación media
como el promedio de las elevaciones de todas las intersecciones.
Springall (1970). La ecuación que define lo anterior es la siguiente:
Dónde:
Em : Elevación media de la cuenca (m.s.n.m.).
Di : Elevación de las intersecciones (m.s.n.m.)
NI : Numero de intersecciones de la cuadricula de la cuenca.
ORIENTACION DE LA CUENCA.
Por orientación de la cuenca, según. LLamas (1993), hay que entender su dirección geográfica según la resultante de la pendiente general. Este concepto es importante porque distintos elementos pueden relacionarse con la orientación de la superficie y entre ellos se tienen:
- El número de horas que está soleada la cuenca. Este es un
elemento bastante importante en la medida que aumenta la latitud de la cuenca. Puede ser el factor principal en el cálculo de la evaporación y la evapotranspiración.
- Las horas en a las que incide el sol sobre la ladera de la cuenca.
- La dirección de los vientos dominantes
- La dirección del movimiento de los frentes de lluvia - Los flujos de humedad.
Formula. Elevación media
PATRON DE DRENAJE.
El patrón de drenaje de una cuenca puede definirse como el arreglo que presentan las vías de drenaje, permanentes y transitorias, que contribuyen a evacuar las aguas superficiales de la cuenca. El patrón de drenaje es un elemento compuesto, para cuyo análisis es fundamental tener en cuenta el relieve, la distribución de la vegetación, y las condiciones estructurales de la zona.
Por las relaciones mencionadas anteriormente, durante el proceso de análisis de los patrones de drenaje es necesario definir si este tiene o no, y de qué tipo, algún control que esté orientando la dirección en que se está presentando un determinado patrón. Sobre el particular, Botero, P. J. (1982) destaca que para los patrones de drenaje pueden presentarse dos tipos de control: uno litológico, debido a las condiciones estructurales de los materiales sobre los cuales se desarrolla el patrón; y otro topográfico, en el que la pendiente del terreno obliga a las corrientes a tomar una determinada dirección.
Los patrones de drenaje han sido agrupados en cuatro categorías por Botero, P. J. (1982) teniendo en cuenta el carácter de los procesos genéticos predominantes en ellos. Las categorías son: erosionales, deposicionales, especiales e individuales.
2.3. CONCEPTOS DE MODELAMIENTO HIDROLOGICO.
2.3.1. DEFINICION DE MODELO HIDROLOGICO.
Oropeza, (1990) define modelos hidrológicos como representaciones simplificadas de los sistemas hidrológicos reales, a partir de los cuales se estudia la relación causa – efecto de una cuenca, a través de datos de entrada y salida. Además permite simular y predecir el comportamiento hidrológico de los procesos físicos de la cuenca.
Un modelo, es cualquier sustituto material o inmaterial de un ente, fenómeno o cosa de cuyo estudio es posible inferir, al menos bajo ciertas restricciones, el comportamiento del ente natural. El uso de modelos en lugar de los entes naturales se explica porque casi siempre el manejo del modelo resulta más económico, más cómodo y más rápido. Palacios, (2005).
Los modelos hidrológicos son entonces representaciones simplificadas de los sistemas hidrológicos reales, en otras palabras un modelo hidrológico es una simplificación de la realidad, a partir del cual podemos estudiar la relación causa - efecto de una cuenca a través de los datos de entrada y salida, con los cuales se logra un mejor entendimiento de los procesos físicos hidrológicos que tienen lugar dentro de la cuenca. Chow, (1998).
Figura 16. Componentes generales de un sistema de modelado hidrológico complejo
2.3.2. IMPORTANCIA DE LOS MODELOS.
Los modelos empleados en simulación hidrológica pueden ser físicos, analógicos y digitales. Junes, (1985). Los dos primeros son usados en hidrología, pero con el gran desarrollo de la industria de la computación. A finales de la década de los 60’s, han quedado relegados y los modelos digitales se han convertido en una poderosa herramienta de simulación.
Los modelos físicos utilizan para la simulación, es decir, son modelos de la misma naturaleza que el ente modelado.
Los modelos analógicos utilizan materiales que cumplan leyes similares a las del sistema que se estudia, por ejemplo el flujo eléctrico tiene comportamiento análogo, aun que de diferente naturaleza que el ente estudiado, en este caso el flujo hídrico.
Los modelos digitales se usan para el análisis de sistemas grandes y complejos y tienen la gran ventaja de su alta velocidad de operación, gracias al uso de computadoras, y no requieren de equipamiento extenso, lo cual a menudo es necesario en los modelos físicos y analógicos.
Según. Benavides, (1998); la importancia de los modelos reside, entre otros aspectos, en la predicción de fenómenos a largo plazo en un tiempo relativamente corto, también permite obtener relaciones de causa-efecto, sin haber realizado cambios en los sistemas reales.
2.3.3. MODELOS MATEMATICOS HIDROLOGICOS.
Los modelos hidrológicos son representaciones simplificadas de los sistemas hidrológicos reales, a partir de las cuales se estudia la relación causa – efecto de una cuenca, a través de datos de entrada y salida. Además, permite simular y predecir el comportamiento hidrológico de los procesos físicos en la cuenca.
2.3.4. OBJETIVOS DE UN MODELO HIDROLOGICO.
El objetivo de un modelo hidrológico es determinar con eficiencia y precisión los componentes del ciclo hidrológico en una cuenca, y estimar el comportamiento y la magnitud (abundancia y carencia) del agua en los fenómenos de frecuencia rara. El uso de los modelos hidrológicos es primordial para apreciar, simular y predecir los daños causados por las inundaciones, para resolver problemas prácticos de inventarios y de administración de los recursos hidráulicos en una cuenca, región o país. Oropeza, (1999).
ESTRUCTURA DEL MODELO Y EL OBJETO DE LA MODELACION.
Este primer criterio se refiere a que parte o partes del modelo están involucrados y el nivel de abstracción del modelo. Se pueden distinguir cuatro niveles: procesos individuales, modelos de componentes, modelos integrados, modelos globales. Oropeza, (1999).
EL ROL DEL FACTOR TIEMPO.
Bajo este criterio los modelos pueden ser clasificados en dinámicos o estocásticos. Los modelos estocásticos incluyen varias ecuaciones empíricas y modelos de regresión, son independientes del tiempo. Un modelo dinámico requiere ecuaciones diferenciales teniendo al tiempo
como variables independientes. Los modelos dinámicos se pueden dividir en continuos y de eventos. Oropeza, (1999).
VALOR COGNOSCITIVO DEL MODELO.
De este tercer criterio resultan dos categorías:
- Modelos basados físicamente, son aquellos en que las leyes físicas
que gobiernan los procesos y la estructura del modelo, son bien conocidas y pueden ser descritas por ecuaciones físico matemáticas.
- Modelos Conceptuales, son aquellos donde se hace una
simplificación de la conducta del fenómeno y funciones determinadas físicas y empíricas describen los distintos subprocesos.
EL CARACTER DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS.
Estos pueden ser clasificados como estocásticos o determinantico.
Los determinanticos se basan en la suposición de que los procesos pueden ser definidos en términos físicos sin un componente aleatorio.
Es decir, que los datos de entrada son de eventos históricos y no de eventos probables.
Los estocásticos se basan en la suposición de que el flujo en cualquier tiempo es una función del flujo antecedente y un componente aleatorio. Oropeza, (1999).
2.3.5. APLICACIÓN DE LOS MODELOS HIDROLOGICOS.
Jackson, (1982) afirma que las aplicaciones de los modelos hidrológicos pueden ser divididas en dos grandes categorías o propósitos: la toma de decisiones y la investigación y adiestramiento.
APLICACIÓNES EN LA TOMA DE DECISIONES.
En una aplicación para la toma de decisiones, un analista toma información hidrológica para seleccionar un óptimo curso de acción.
Normalmente la información hidrológica se combina con información objetivo explícita o implícita, que pesa cada tipo de información de acuerdo a su importancia en una situación particular. McPherson, (1975) citado por Jackson, (1982) subdivide las aplicaciones en la toma de decisiones de acuerdo a los niveles de toma de decisión:
planificación, diseño y operación.
En el nivel de planificación las variables hidrológicas pueden jugar un rol menos importante que como las (económicas, sociales) por lo que el nivel de detalle y exactitud requeridos no exigen el uso de modelos sofisticados.
En el nivel de diseño los análisis usualmente están envueltos en problemas de costo-eficiencia, donde la eficiencia es relativa a una variable hidrológica y cuya solución debe realizarse al mínimo costo.
En el nivel operacional la función objetivo es generalmente bien conocida. Los problemas se circunscriben a evaluar las condiciones
actuales, anticipar eventos futuros, y seleccionar un curso de acción que optimice la función objetivo.
APLICACIONES EN INVESTIGACION Y ADIESTRAMIENTO.
La aplicación de los modelos en esta segunda categoría es el de servir como llave para la investigación y el adiestramiento, donde el objetivo es conseguir un mejor entendimiento del ciclo hidrológico.
2.3.6. SELECCIÓN DE LOS MODELOS HIDROLOGICOS.
Linsley, (1981) sugiere cuatro propiedades que pueden tomarse en cuenta a la hora de escoger entre modelos alternativos:
PRECISION.
Existen tres componentes de error en la aplicación de un modelo; el error inherente del modelo, errores en la calibración en los parámetros, y errores en los datos, Los errores inherentes en el modelo causados por no representar perfectamente el sistema son difíciles de evaluar. Se ha demostrado que si se dispone de datos de buena calidad y se realiza una cuidadosa calibración; los modelos existentes pueden reproducir los caudales históricos con errores que son probablemente menores, que los errores que se comenten al estimar los caudales en una estación hidrológica, por ejemplo en casos de modificación de la sección transversal debido a socavación o sedimentación.
