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ESTUDIO MORFOMÉTRICO DE LA QUEBRADA GAVILAN AFLUENTE AL
RIO NEGRO EN EL MUNICIPIO DE PACHO CUNDINAMARCA
PRESENTADO POR:
DIANA CAROLINA CRUZ MONROY
MARCO ELIECER MORENO MEJÍA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
BOGOTA D.C
2015
ESTUDIO MORFOMÉTRICO DE LA QUEBRADA GAVILAN AFLUENTE AL
RIO NEGRO EN EL MUNICIPIO DE PACHO CUNDINAMARCA
DIANA CAROLINA CRUZ MONROY 20081479006
MARCO ELIECER MORENO MEJÍA
20061079042
DIRECTOR:
ING. EDUARDO ZAMUDIO HUERTAS
PARA OBTENER EL TITULO DE TECNOLOGO EN CONSTRUCCIONES
CIVILES
LINEA DE HIDRAHULICA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
BOGOTA D.C
2015
TABLA DE CONTENIDO
1. MARCO REFERENCIAL .................................................................................... 4
1.1MARCO CONCEPTUAL ................................................................................. 4
1.1.1 Cuenca hidrográfica .............................................................................. 4
1.1.2 Divisorias ................................................................................................ 4
1.1.3 Características físicas de una hoya hidrográfica................................ 4
1.1.4 Área de drenaje ...................................................................................... 4
1.1.5 Forma de la cuenca ............................................................................... 4
1.1.6 Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad .............................. 4
1.1.7 Factor de forma (f) ................................................................................. 5
1.1.8 Orden de las corrientes de agua .......................................................... 5
1.1.9 Densidad de drenaje (dd) ...................................................................... 5
1.1.10 Extensión media de la escorrentia superficial .................................. 6
1.1.11 Sinuosidad de las corrientes de agua ................................................ 6
1.1.12 Pendiente de la hoya ........................................................................... 6
1.1.13 Curva hipsométrica ............................................................................. 6
1.1.14 Elevación media de la hoya ................................................................ 7
2. JUSTIFICACION ................................................................................................. 8
3. GENERALIDADES ............................................................................................. 9
3.1PROBLEMA.................................................................................................... 9
3.1.1 Descripción ............................................................................................ 9
3.1.2 Formulación ........................................................................................... 9
4. OBJETIVOS ...................................................................................................... 10
4.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 10
4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS........................................................................ 10
5. DELIMITACION O ALCANCE .......................................................................... 11
6. METODOLOGIA ............................................................................................... 12
6.1 CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS DE UNA CUENCA ................... 12
6.1.1 Delimitación del parteaguas. .............................................................. 12
6.1.2 La superficie o área ............................................................................. 12
6.1.3 El perímetro………………………………………………………………….12
6.1.4 Forma de la cuenca ......................................................................... 12
6.1.5 Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad kc ....................... 13
6.1.6 Factor de forma (f) ............................................................................... 13
6.1.7 Índice de alargamiento ........................................................................ 14
6.1.8 Índice asimétrico .................................................................................. 14
6.2 PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA ........................................................ 15
6.2.1 Método de Alvord ................................................................................. 15
6.2.2 Método de Horton ................................................................................ 16
6.3 ELEVACION DE LA CUENCA ................................................................ 18
6.3.1 Curva hipsométrica ............................................................................. 18
6.3.2 Gráfica en relación de la edad de los ríos con la curva hipsométrica
........................................................................................................................ 19
6.3.3 Método de las intersecciones ............................................................. 19
6.3.4 Método área – elevación ................................................................. 20
6.3.5 Coeficiente de masividad .................................................................... 21
6.3.6 Coeficiente orográfico (co) ................................................................ 22
6.3.7 Rectángulo equivalente ....................................................................... 22
6.4 CARACTERISTICAS DE LA RED DE DRENAJE ....................................... 23
6.4.1 Clasificación de los cauces según su forma ..................................... 23
6.4.2 Identificación de los tipos de red de drenaje .................................... 23
6.4.3 Caracterización del rio principal......................................................... 24
6.4.4 Longitud del cauce principal .............................................................. 24
6.4.5 Orden de las corrientes de agua ........................................................ 24
6.4.6 Densidad de drenaje ............................................................................ 25
6.4.7 Constante de estabilidad del rio ......................................................... 26
6.4.8 Índice de torrencialidad ....................................................................... 26
6.4.9 Pendiente del cauce ............................................................................ 26
6.4.10 Método de las elevaciones extremas ............................................... 27
6.4.11 Método de Taylor Schwarz ................................................................ 27
6.4.12 Tiempo de concentración (métodos directos e indirectos) ........... 27
6.4.13 Sinuosidad del cauce ........................................................................ 28
7. CONCLUSIONES ............................................................................................. 29
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………….30
ANEXOS………………………………………………………………………………….31
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.Indice de Compacidad…………………………………………………… 13 Tabla 2. Factor de Forma…………………………………………………………. 14 Tabla 3. Índice de Alargamiento…………………………………………………...14 Tabla 4. Pendiente media de la cuenca…………………………………………..16 Tabla 5. Longitud curvas dentro de la microcuenca………………………….....16 Tabla 6 Resultados para estimar la pendiente media de la cuenca por el método de Horton……………………………………………………………………………..17 Tabla 7. Parámetros obtenidos para estimar la pendiente media de la microcuenca………………………………………………………………………….17 Tabla 8. Parámetros para la construcción de la curva hipsométrica………….18
Tabla 9. Método de las Intersecciones……………………………………………20 Tabla 10. Estimación del resultado para aplicar en la parte superior de la formula
………………………………………………………………………….21
Tabla 11. Coeficiente de Masividad……………………………………………….22 Tabla 12. Coeficiente Orográfico………………………………………………….22 Tabla 13. Orden de las corrientes microcuenca………………………………...25 Tabla 14. Estimación de los parámetros para el cálculo de la pendiente del cauce por el
método de Taylor Schwartz………………………………………………………………….27
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Se asocia con las edades de los ríos de las cuencas……………………19 Figura 2. Figura 2 Cuadricula sobre la cuenca para estimar la altura media de la cuenca…………………………………………………………………………………….20 Figura 3. Perfil Longitudinal del rio principal de la microcuenca……………………24 Figura 4. Orden de corrientes de agua………………………………………………..25
1
INTRODUCCIÓN
Una cuenca hidrográfica u hoya hidrográfica es un área físico-geográfica
debidamente delimitada, en donde las aguas superficiales y subterráneas vierten a
una red natural, mediante uno o varios cauces de caudal continuo e intermitente
que confluyen a su vez en un curso mayor que desemboca o puede desembocar
en un río principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente
en el mar.
Se ha utilizado una serie de aspectos de las redes de drenaje con objeto de
calibrarlos en su utilidad para ser aplicados en el análisis de la dinámica hídrica de
la cuenca de la quebrada GAVILAN; por lo tanto se ha hecho uso del análisis de
tipologías de redes características de los cauces principales y características de
los lechos fluviales, siendo necesario aclarar las definiciones de cauce y corriente
principal. Estudiando y clasificando también la hoya hidrográfica del rio NEGRO
de Cundinamarca para así determinar sus comportamientos y características
teniendo en cuenta la geografía, topografía, clima y los parámetros físicos de cada
cuenca (área y perímetro) en la región y el sector.
Lo que nos plantea esta propuesta es identificar índices y coeficientes
determinados desde un principio en la parte teórica dependiendo de la topografía,
con el fin de clasificar y caracterizar la morfología de la cuenca de la quebrada
GAVILAN.
En Colombia el uso de los recursos naturales de una cuenca hidrográfica conlleva
a la generación de serios problemas ambientales y de agotamiento de dichos
recursos. Actividades tales como la deforestación, construcción de hidroeléctricas,
uso agropecuario, construcción de vías, urbanizaciones, etc., ocasionan efectos
inevitables sobre las cuencas hidrográficas, que pueden incidir seriamente en el
desarrollo de las sociedades presentes y futuras, si no se toma en cuenta su
conservación, a través de un manejo racional. Si se mira en épocas pasadas las
reservas de agua eran mayores a diferencia con las que se cuenta hoy en día y
este daño ha sido visible; siendo irónico que países que cuenten con menos
recursos hídricos se mantengan vigentes, gracias a el sentido de pertenencia que
tienen con el agua y a los estudios morfológicos adecuados para la preservación
de esta, como un gran tesoro.
El manejo de cuencas representa uno de los aspectos más importantes dentro del
ámbito de los recursos naturales del país, dado el empuje industrial del mismo, y
el alto índice de la tasa de crecimiento de la población. Para suplir esta necesidad
de agua, que inevitablemente proviene de las hoyas hidrográficas, se requieren
proporciones abundantes de ella en forma permanente y de óptima calidad, lo cual
2
sólo puede conseguirse con un manejo integrado y un aprovechamiento apropiado
de nuestras cuencas hidrográficas.
Hay una gran concordancia e irrelevancia con el aprovechamiento del agua ya que
a carencia o deficientes estudios sobre sus componentes, sobre los patógenos
que estos puedan tener para ser consumido, por lo general siempre afectan el
organismo de las personas, que tienen acceso a esta agua; por no decir que a
falta de investigaciones sobre el comportamiento de cuencas, cauces u hoyas
hidrográficas en las diferentes quebradas nacionales, estas ocasionan
inundaciones o simplemente se secan sin preverlo con anterioridad.
Cuando se hablan de cifras en las grandes cuencas hidrográficas como la
Orinoquia y la amazonia se tienen porcentajes de caudal, como por ejemplo el rio
Caquetá que posee el doble de caudal del magdalena, catalogándose como el
más grande del país ya que cuenta con 7000 metros cúbicos por segundo y el
Caquetá puede contar con el doble en sus periodos más húmedos; pero también
hay regiones con déficit hídrico como las zonas planas, como la zona Caribe,
Chica mocha, Cauca, Alto Magdalena, entre otras.
Haciendo una comparación de la ubicación de la quebrada GAVILAN, al quedar en
el municipio de PACHO Cundinamarca, está quebrada posee una hidrología
insuficiente en comparación con otras regiones de menor población como la
pacífica, la amazonia y la Orinoquia. Y los centros más poblados, como el eje
cafetero, la sabana de Bogotá y por lo general el departamento de Cundinamarca
y el valle del cauca, ocupan una tercera parte del área continental cuyos ejes
principales son las cuencas de los ríos magdalena y cauca que abarcan 300 mil
kilómetros cuadrados. Y en estas zonas existe una precipitación entre mil
quinientos y dos mil milímetros, lo que ubica a los excesos del recurso hídrico del
país en zonas extra andinas, en otras palabras una Colombia seca y poblada
bordeada por una Colombia húmeda y despoblada.
El rio negro que es donde desemboca la quebrada, en principio puede contar con
mucha oferta de agua pero no tan disponible, gracias a la contaminación, es decir
no se puede utilizar ni aprovechar permanentemente, ya que existen sectores del
rio donde no se puede hacer uso de un litro de agua; lo que realmente importa hoy
es conocer, estudiar e investigar cuanto de lo que se tiene es útil o cuanto se
puede restaurar. Con el déficit de agua en la cuenca sobresale un índice de
aridez, que es un indicador para la planificación y manejo de la cuenca.
Juega un papel importante las condiciones atmosféricas y climatológicas de la
ubicación de la quebrada, en este caso es una zona de gran altura, las
condiciones climáticas están influidas por la condición atmosférica, la zona de
3
convergencia intertropical, que determina el régimen bimodal en la mayor parte
del territorio. Las lluvias están por encima de los 5 mil milímetros, contando con
meses secos y lluviosos, se encuentra entre un piso térmico cálido, templado, frio
y bioclimático paramo.
El sistema hidrográfico del departamento de Cundinamarca comprende dos grandes cuencas; al oeste, la del río Magdalena, y al este la del río Meta. A estas cuencas confluyen un total de 11 subcuencas. El río Magdalena recibe las aguas de los ríos Bogotá, Negro, Sumapaz, Minero y Ubaté. Por su parte el Meta recibe los ríos Guavio, Negro, Humea, Guatiquía y Machetá.
Finalmente el estudio de la hoya de la quebrada, es fundamental para posibles
aplicaciones en hidrología e hidráulica, aplicada a la conservación y uso del
campo hídrico.
Esta investigación es de vital importancia en el estudio de cuencas hidrográficas,
porque ofrece un parámetro de comparación e interpretación de los fenómenos
que ocurren en esta; un ejemplo es el área ya que es indispensable para
establecer y estimar la magnitud del caudal; resaltando que un solo factor no
define el comportamiento de la cuenca en la quebrada GAVILAN, si no la relación
y la interacción de varios parámetros, teniendo en cuenta cuencas con la misma
área pero con formas diferentes, con comportamientos diversos ante un mismo
fenómeno.
Los elementos físicos proporcionan la posibilidad de conocer la variación en el
espacio de los elementos del régimen hidrológico, para las características
morfológicas calculadas; para la cuenca de la quebrada GAVILAN; todo esto con
el fin de caracterizar su comportamiento.
Esta investigación también busca promover el interés por el estudio y la
importancia de la hidráulica, para toda la comunidad interesada en el tema, como
estudiantes e investigadores; ya que esta rama permite analizar las leyes que
rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas necesarias para el
aprovechamiento del agua en general, aplicando conceptos y herramientas de la
estadística, la topografía y la hidráulica ya mencionada.
Este proyecto aplicará los conceptos que rigen al estudio morfológico, de las
cuencas de las quebradas en general en nuestro país, partiendo de la
comprensión y entendimiento de la quebrada GAVILAN ubicada en el municipio de
PACHO CUNDINAMARCA.
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1. MARCO REFERENCIAL
1.1MARCO CONCEPTUAL
1.1.1 Cuenca hidrográfica
Una cuenca hidrográfica es el área de aguas superficiales o subterráneas que
vierten a una red natural con una o varias corrientes superficiales, de caudal
continúo o intermitente, que confluyen en un curso mayor que, a su vez, puede
desembocar en un rio principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o
directamente en el mar.
1.1.2 Divisorias
La divisoria es la línea que separa las precipitaciones que llegan a las hoyas
inmediatamente vecinas, y que encamina la escorrentía resultante; esto quiere
decir que son líneas de separación entre cuencas, en las que cada lado conduce
sus aguas hacías cauces, o en nuestro caso un río para resumir. Son líneas
imaginarias que separan dos vertientes.
1.1.3 Características físicas de una hoya hidrográfica
Las características para una hoya, dependen es de su morfología (forma, relieve,
red de drenaje, etc.) los tipos de suelo, la capa vegetal, la geología, las actividades
agrícolas, entre otras.
1.1.4 Área de drenaje
Está definida como la proyección ortogonal de toda el área de drenaje de un
sistema de escorrentía dirigido directa o indirectamente a un mismo cauce natural.
1.1.5 Forma de la cuenca
La forma de una hoya, es el tiempo que toma el agua en llegar desde el punto más
lejano hasta la salida de la misma.
1.1.6 Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad
Se trata de un indicador adimensional de la forma de la cuenca, basado en la
relación del perímetro de la cuenca con el área de un circulo igual a la de la
cuenca (circulo equivalente); de esta manera, entre mayor sea el coeficiente más
distante será la forma de la cuenca con respecto del círculo.
Para valores cercanos o iguales a uno, la cuenca presenta mayor tendencia a
crecientes concentración de altos volúmenes de aguas de escorrentía.
2rA 2/1)(
Ar )2/( 2rPKC
Sustituyendo
5
))/(2/( 2/1 APKC 2/1/28.0 APKC
1.1.7 Factor de forma (f)
Es la relación entre el área (A) de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido
(Lm). Este parámetro mide la tendencia de la cuenca hacia las crecidas, rápidas y
muy intensas a lentas y sostenidas, según su comportamiento, si tiende a valores
extremos grandes o pequeños, respectivamente. Es un parámetro adimensional
que denota la forma redondeada o alargada de la cuenca.
LBF / F=Factor de forma (Adimensional)
A = Área de cuenca en Kilómetros cuadrados
LAB / L = Longitud del máximo recorrido, en Kilómetros
2/ LAF
1.1.8 Orden de las corrientes de agua
Es la ramificación o bifurcación dentro de una hoya y se clasifican de la siguiente forma:
Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributarios.
Corrientes de segundo orden: cuando dos corrientes de primer orden se unen.
Corrientes de tercer orden: cuando dos corrientes de segundo orden se unen.
Corrientes de orden n + 1: cuando dos corrientes de orden no se unen.
1.1.9 Densidad de drenaje (dd)
La densidad de drenaje es una relación entre la longitud total de los cursos de
agua de la hoya y su área total. Casi siempre toma valores entre 0.5 km/km2 para
hoyas con un drenaje pobre y 3.5 km/km2 para hoyas bien drenadas.
,/ ALDd En Km/Km 2
En donde:
L: longitud total de las corrientes de agua, en km
A: área total de la hoya, en km
6
1.1.10 Extensión media de la escorrentía superficial
Es la distancia media que el agua de lluvia tendría que escurrir sobre el terreno de
la hoya, suponiendo que la escorrentía viajara en línea recta desde donde cayó la
lluvia hasta el punto más cercano; al lecho de una corriente que alimente a la
hoya.
lLA 4 LAl 4/
En donde:
|: Extinción media de la escorrentía superficial, en km
L: longitud total de las corrientes de agua en la hoya hidrográfica, en km
A: área de drenaje total de la hoya, en km
1.1.11 Sinuosidad de las corrientes de agua
La sinuosidad es una relación que hay entre la longitud del rio principal a lo largo
de su cauce, L, y la longitud del valle del rio medida en línea recta o curva, Lt. Esto
sirve como una medida de la velocidad de la escorrentía del agua a lo largo de la
corriente de tal manera que cuando S es menor o igual a 1.25 significa una baja
sinuosidad lo cual se interpreta como rio con alineamiento “recto”.
S=L/Lt
1.1.12 Pendiente de la hoya
La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca, su determinación es
importante para definir el comportamiento de la cuenca respecto al
desplazamiento de las capas de suelo, puesto que, en zonas de altas pendientes
se presentan con mayor frecuencia los problemas de erosión, mientras regiones
planas aparecen problemas de drenaje y sedimentación. La pendiente influye en el
comportamiento de la cuenca, afectando el escurrimiento de las aguas lluvias.
1.1.13 Curva hipsométrica
Es la representación gráfica del relieve de la cuenca en función de las superficies
correspondientes. La curva hipsométrica refleja con precisión el comportamiento
global de la altitud de la cuenca y la dinámica del ciclo de erosión.
7
1.1.14 Elevación media de la hoya
La elevación media es aquella que determina la cota de la curva de nivel que
divide la cuenca en dos zonas de igual área; es decir, la elevación correspondiente
al 50% del área total.
Em=
Em: elevación media de la cuenca (m.s.n.m)
= Sumatoria de las cotas de las diferentes intersecciones (m.s.n.m)
= Numero de intersecciones
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2. JUSTIFICACION
El análisis morfométrico de la cuenca es de gran importancia para comprender e
interpretar su comportamiento hidrológico, permite analizar y comprender los
elementos geométricos básicos del sistema que ante la presencia de agentes
externos (precipitaciones extremas por ejemplo), interactúan para originar y/o
activar procesos geomorfológicos de vertientes y aludes torrenciales. Una de las
herramientas más importantes en el análisis hídrico es la morfometria de cuencas
ya que nos permite establecer parámetros de evaluación del funcionamiento del
sistema hidrológico de la región.
Dicha herramienta puede servir también como análisis espacial ayudando en el
manejo y planeación de los recursos naturales al permitirnos, en el marco de una
unidad bien definida del paisaje, conocer diversos componentes como el área de
la cuenca, la red de drenaje, la pendiente media, la pendiente del terreno, la
escorrentía, etc.
Dichos componentes pueden ser obtenidos y modelados mediante el uso de
sistemas de información geográfica. Y, convenientemente combinados con la
geomorfología, puede obtenerse un diagnóstico hidrológico útil para la planeación
ambiental.
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3. GENERALIDADES
3.1 PROBLEMA
3.1.1 Descripción: La morfofometría de la cuenca resulta de gran utilidad ya que
permite el estudio orientado a inferir en posibles picos de crecidas de
precipitaciones, cuyas repercusiones de tipo socioeconómico motivan especial
atención tanto a la hora de utilizar y ocupar el territorio, como al momento de
diferir medidas de tipo estructural para el control de crecidas excepcionales.
Se definen algunas características que serán utilizadas en el desarrollo del estudio
morfometrico y fisiometrico de la cuenca hidrográfica, como la forma, relieve, red
de drenaje, tipos de suelos, la capa vegetal, la geología, entre otros.
Con el desconocimiento de las características morfometricas y fisiometricas de la
cuenca hidrográfica es difícil establecer los parámetros para realizar cronogramas
de riesgos naturales por precipitaciones y análisis para abastecimiento de
recursos hídricos para la región.
3.1.2 Formulación: Como se realiza un estudio morfometrico y fisiometrico de la
cuenca hidrográfica para establecer los riesgos naturales y la proyección de la
región?
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4. OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GENERAL
Obtener y analizar los parámetros morfométricos y fisiometricos de la Quebrada
Gavilán, afluente al rio Negro la cual esta arbitrariamente definida, mediante sus
características físicas procurando medir numéricamente las influencias de dichas
características.
4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Comprender la importancia de disponer de una buena descripción de la
cuenca, que incluya datos precisos de su ubicación y características
morfométricas.
Reconocer la morfología de la cuenca de acuerdo a los índices
establecidos.
Analizar cuantitativamente los resultados obtenidos en base a las
influencias naturales sobre la cuenca hidrográfica.
Desarrollar los parámetros hidrológicos que permitan establecer los riesgos
a la que está expuesta el área de la cuenca.
Calcular parámetros, índices y coeficientes determinados según la
topografía, para su clasificación.
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5. DELIMITACION O ALCANCE
El estudio morfometrico y fisiometrico de una hoya hidrográfica encierra un
sinnúmero de elementos y procedimientos que encaminan a la determinación de
las características físicas propias de una cuenca y permite analizar con más
facilidad los posibles riesgos que pueden sobrevenir en determinada región
geográfica de acuerdo a precipitaciones y demás factores externos naturales.
Para esto se realiza un estudio sobre una cartografía de la región a una escala
razonable para poder detallar bien algunas características básicas, luego se
investigan algunos estudios estadísticos sobre agentes externos que intervengan
en la región que se investiga (precipitaciones, niveles freáticos, sequias, vientos,
etc.) con la información que se obtenga se encuentran parámetros que permiten
establecer más profundamente las características de la cuenca para luego
profundizar en base a cálculos hidrológicos las variables que afectan y el
comportamiento final de la misma facilitando la información que permita establecer
en qué condiciones se encuentra y cuáles son sus ventajas y desventajas
geológicas, físicas e hídricas para la región.
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6. METODOLOGIA
6.1 CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS DE UNA CUENCA
Estas características dependen de la morfología como el relieve, la red de
drenajes y la misma forma de la hoya hidrográfica; los tipos de suelos, la capa
vegetal, la geología y las prácticas agrícolas. Estos patentes físicos
proporcionan la más conveniente posibilidad de la variación del espacio de los
elementos del régimen hidrológico.
6.1.1 Delimitación del parteaguas.
Al realizar el esbozo general de la delimitación de la cuenca e identificando la
red de drenaje, se observa que las curvas de nivel tiene forma convexa hacia
arriba y valores ascendentes, donde se concluye que es en cerro o montaña.
6.1.2 La superficie o área
El área de la cuenca es la proyección ortogonal de toda el área de drenaje de
un sistema de escorrentía dirigido directa e indirectamente a un mismo cauce
natural.
A = 28.51 km²
Según el cuadro de clasificación de áreas es una microcuenca ya que está entre
los intervalos 20 -100 Km
6.1.3 El perímetro
El perímetro de la cuenca es un parámetro importante, que en conexión con el
área nos permite inferir sobre la forma de la cuenca.
P = 21.20 Km
6.1.4 Forma de la cuenca
Esta característica es importante para comprender e interpretar su
comportamiento morfodinamico e hidrológico, así como para inferir indirecta y
cualitativamente sobre la estructura, características y formas de los hidrógrafas
resultantes de eventos de crecidas.
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6.1.5 Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad kc
Es importante para relacionar el perímetro de la hoya y la longitud de la
circunferencia de un círculo de área igual al de la hoya o la cuenca en
estudio. En caso de que la hoya tuviera una forma irregular su coeficiente
de compacidad seria mayor, que si la hoya fuera circular, puesto que posee
el coeficiente mínimo.
Fórmula.
228.0A
PCK
=0.28* (21.20 km /√28.51km²) = 1.11
Tabla 1
Índice de compacidad
Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas
redondas, el Kc=1,11 está entre los rangos 1 y 1,25, que corresponden a forma
redonda a oval redonda lo cual indica que es semialargada, manteniendo su
forma ovalada, lo que nos permite concluir que la evacuación de la cuenca y la
dinámica de la escorrentía superficial es lenta, donde hay muy poca energía
cinética en el arrastre de sedimentos hacia el nivel de base lo que facilitara la
formación de avenidas ante eventos de alguna pluviosidad.
6.1.6 Factor de forma (f)
Determina la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la hoya,
midiendo esta con el curso de agua más largo de la desembocadura hasta la
cabecera más distante de la hoya.
Fórmula.
2L
AF
= 28.51km² / (8.29km)²
AREA (m²) 28,51
PERIMETRO (m) 21,20
Kc(Km/Km2) 1,11
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Tabla 2 Factor de Forma
El valor es de 0,41, gracias a su factor de forma bajo esta menos sujeta a
crecientes que otra del mismo tamaño pero con mayor factor de forma y es difícil
que tenga grandes crecidas.
6.1.7 Índice de alargamiento
Es un parámetro que muestra el comportamiento de forma de la cuenca, pero esta
vez no respecto a su redondez sino de su tendencia a ser de forma alargada, en
relación co0n su longitud axial, y con el ancho máximo de la cuenca.
Formula
= 8.29 km / 4.94 km
Tabla 3
Índice de Alargamiento
Dado que el índice de alargamiento obtenido para la subcuenta Rio Negro es
mayor a 1 (la=1,68), se dice que la subcuenta presenta forma relativamente
alargada.
6.1.8 Índice asimétrico
Es la relación del área de las vertientes, mayor y menor, las cuales son separadas
por el cauce principal. Este índice evalúa la homogeneidad en la distribución de la
red de drenaje.
Longitud maxima(Km) 8,29
Ancho maximo(Km) 4,94
la 1,68
Indice de Alargamiento
Longitud axial (Km2) 8,29
Area (Km2) 28,51
F 0,41
Factor de la Forma(F)
15
Formula
14.95 km² / 13.56 km²
= 1.10
En este caso, se indica que la repartición de las corrientes de agua y red de
drenaje en esta cuenca es equilibrado y no se recarga exageradamente a ninguna
de las dos vertientes.
6.2 PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA
La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca, su determinación es
importante para definir el comportamiento de la cuenca respecto al
desplazamiento para definir el comportamiento d la cuenca respecto al
desplazamiento de las capas de suelo. Se encarga de controlar la velocidad con
que se da la escorrentía superficial, afectando el tiempo que lleva el agua de la
lluvia para concentrarse en los lechos fluviales que constituyen la red de drenajes
de la hoya hidrográfica.
Para tomar las medidas se dibuja una curva de nivel sobre los diferentes puntos
de la malla, luego una tangente a esta curva y posteriormente a una perpendicular
a dicha tangente. La perpendicular se estira para que intersecte a las curvas del
nivel del terreno.
6.2.1 Método de Alvord
Para estimar la pendiente media de la cuenca Sm propone la siguiente expresión:
= (0.1 * 77.31 km) / 28.51 km² = 0.27
16
Tabla 4.
Pendiente media de la cuenca
Tabla 5
Longitud curvas dentro de la microcuenca
CURVA DE NIVEL (m.s.n.m)
LONGITUD (m) kms
1400 1920,45 1,92
1500 3895,57 3,90
1600 5172,08 5,17
1700 5924,53 5,92
1800 7796,31 7,80
1900 10163,62 10,16
2000 10867,39 10,87
2100 11969,25 11,97
2200 12061,53 12,06
2300 7540,49 7,54 LONGITUD
TOTAL 77311,21 77,31
6.2.2 Método de Horton
Horton para estimar la pendiente media de la cuenca Sm, propone la siguiente
expresión:
= (323*0.1*1.57) / 190.06 km
Area (Km2) 28,51
Longitud de la curva de nivel(Km) 77,31
Sm 0,27
Pendiente media de la cuenca(ALVORD)
17
Tabla 6
Resultados para estimar la pendiente media de la cuenca por el método de Horton
Tabla 7
Parámetros obtenidos para estimar la pendiente media de la microcuenca
HORIZONTAL NX LX (m) VERTICAL NY LY (m)
A 0 0 1 0 0
B 1 1693,2648 2 0 0
C 0 2473,0475 3 6 3481,3237
D 6 3197,0118 4 3 4403,8664
E 4 3489,3659 5 7 5041,6568
F 5 3729,5262 6 7 5813,2143
G 9 3883,4385 7 10 6389,2493
H 6 4037,3507 8 7 6791,9823
I 8 4149,4402 9 10 7124,9848
J 9 4235,9397 10 12 7424,7
K 9 4354,6881 11 12 7935,7957
L 14 4487,4401 12 13 8032,7093
M 8 4620,192 13 11 8102,8502
N 11 4740,6248 14 12 7982,3397
O 10 4860,8258 15 11 6357,5538
P 10 4917,1207 16 5 5582,8689
Q 8 4928,7476 17 9 3069,582
R 11 4822,9559 18 3 1559,4601
S 10 4547,3631 19 0 0
T 8 4148,5626 20 0 0
U 8 3663,9874
V 6 3228,0967
W 8 2888,9975
X 7 2467,326
Y 2 1838,7066
Z 2 1427,2607
AA 3 1196,6223
AB 2 938,5834
AC 0 0
AD 0 0
TOTALES = 185 94966,4866 138 95094,1373
PARAMETROS OBTENIDOS PARA ESTIMAR LA PENDIENTE MEDIA DE LA MICROCUENCA (HORTON)
Numero total de intersecciones X 185
Numero total de intersecciones y 138
Longitud total de las lineas X 94966,4866
Longitud total de las lineas Y 95094,1373
Diferencia de nivel 0,1
Angulo 1,57
Sm 0,27
Pendiente media de la cuenca (HORTON)
18
El valor obtenido es 0,27 m/m correspondiente a un Angulo de 1,57º con un
porcentaje de frecuencia del 50%. La pendiente indica que la inclinación de la
hoya es algo pronunciada, por lo que se presenta fenómenos de erosión y las
corrientes de agua son torrenciales. Si la pendiente es alta su velocidad es mayor
y menor será el tiempo de concentración de la cuenca.
6.3 ELEVACION DE LA CUENCA
6.3.1 Curva hipsométrica
Constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento resultante de una
región, lo que genera la base caracterizar zonas climatológicas y ecológicas.
La curva hipsométrica refleja con precisión el comportamiento global de la altitud
de la cuenca y la dinámica del ciclo de erosión.
Fórmula
Area
)Area intervalo media cota(
E
Tabla 8
Parámetros para la construcción de la curva hipsométrica.
ELEVACION
MEDIA
(m.s.n.m) ℮i
AREA ENTRE CURVAS (Km²)
Ai PORCENTAJE DEL TOTAL
PORCENTAJE SOBRE
EL AREA INFERIOR
1400 1500 1450 1,16 4,06 100
1500 1600 1550 1,44 5,04 95,94
1600 1700 1650 1,63 5,72 90,90
1700 1800 1750 2,61 9,17 85,18
1800 1900 1850 3,62 12,70 76,01
1900 2000 1950 3,66 12,85 63,31
2000 2100 2050 4,20 14,75 50,46
2100 2200 2150 4,68 16,42 35,71
2200 2300 2250 5,50 19,29 19,29
28,49 0,00
INTERVALO DE CURVAS DE NIVEL
19
6.3.2 Gráfica en relación de la edad de los ríos con la curva hipsométrica
Figura N1
Se asocia con las edades de los ríos de las cuencas
Fuente:http://eias.utalca.cl/isi/publicaciones/unam/morfologia_de_rios.pdf
Según la gráfica se plantea que los ríos de la cuenca están en un intermedio de
ríos viejos y maduros y su geografía es de un terreno accidentado teniendo en
cuenta su pendiente media.
6.3.3 Método de las intersecciones
La elevación media es aquella que determina la cota de la curva de nivel que
divide la cuenca en dos zonas topográficamente iguales empleando el método de
las cuadriculas. De igual área; es decir, la elevación correspondiente al 50% del
área total. Su determinación se hace también partiendo de un plano
Formula
= 626049 m.s.n.m / 318 = 1969 m.s.n.m.
20
Tabla 9.
Método de las Intersecciones
Método de las intersecciones
Sumatoria de las cotas de las intersecciones 626,049
Numero de intersecciones 318
Em 1969
El valor 1969 m.s.n.m es la altura que marca o determina el 50% de la cuenca en
términos de altitud, en este caso la cuenca tiene un valor alto que significa que
predomina una zona climatológica templada-fría, así mismo se reflejara también
en su fauna y flora.
6.3.4 Método área – elevación
Para estimar la elevación media por este método es necesario disponer de un
plano con curvas de nivel con la misma diferencia de nivel o desnivel, y determinar
el área entre curvas de nivel.
Figura 2 Cuadricula sobre la cuenca para estimar la altura media de la cuenca
21
Formula
= 56037,9 / 28,51
= 1966 m.s.n.m.
Tabla 10.
Estimación del resultado para aplicar en la parte superior de la formula
6.3.5 Coeficiente de masividad
Este coeficiente representa la relación entre la elevación media de la cuenca y su
superficie.
Formula
1969 m.s.n.m / 28.51 km² = 68.96
ELEVACION
MEDIA
(m.s.n.m) ℮i
AREA ENTRE CURVAS (Km²)
Ai PORCENTAJE DEL TOTAL
PORCENTAJE SOBRE
EL AREA INFERIOR
Ai Χ ℮i (Km² *
m.s.n.m)
1400 1500 1450 1,16 4,06 100 1678,7
1500 1600 1550 1,44 5,04 95,94 2224,4
1600 1700 1650 1,63 5,72 90,90 2690,9
1700 1800 1750 2,61 9,17 85,18 4572,0
1800 1900 1850 3,62 12,70 76,01 6694,9
1900 2000 1950 3,66 12,85 63,31 7137,9
2000 2100 2050 4,20 14,75 50,46 8616,8
2100 2200 2150 4,68 16,42 35,71 10057,4
2200 2300 2250 5,50 19,29 19,29 12365,0
28,49 0,00 56037,9
INTERVALO DE CURVAS DE NIVEL
22
Tabla 11.
Coeficiente de Masividad
El valor 68,96 tiene una clase de masividad montañosa ya que oscila en los
rangos 35-70 Km, para nuestra microcuenca.
6.3.6 Coeficiente orográfico (co)
Es la relación entre el cuadrado de la altitud media del relieve y la superficie
proyectada sobre un plano horizontal.
Formula
= 1966² / 28.51
Tabla 12.
Coeficiente Orográfico
El valor del coeficiente orográfico es 0,14 donde representa que es < 6,
presentando un relieve poco accidentado propio de cuencas extensas y de baja
pendiente.
Altura media de la cuenca 1969
Area de la cuenca 28,51
Km 68,96
Coheficiente de masividad
Altitud media del relieve(km) 1966
Area de la cuenca(km2) 28,51
Co 0,14
Coheficiente orografico
23
6.3.7 Rectángulo equivalente
El rectángulo equivalente es una formación geométrica en virtud de la cual se
asimila la cuenca a un rectángulo que tenga el mismo perímetro y superficie, por
tanto, igual coeficiente de Gravelius.
Al ser esta cuenca redonda a oval redonda no es posible calcular el rectángulo
equivalente ya que el coeficiente de compacidad es de 1.11 y para poder realizar
el rectángulo se debe tener un coeficiente de compacidad de mayor o igual a 1.12.
6.4 CARACTERISTICAS DE LA RED DE DRENAJE
La red de drenaje está conformada por el cauce principal y sus tributarios; se traza
considerando las corrientes perennes, las intermitentes y efímeras.
6.4.1 Clasificación de los cauces según su forma
En el estudio de la cuenca del Rio Negro corresponde un cauce trenzado ya que
presenta zonas de cambios de pendiente de fuerte a moderada con grandes
caudales, en lechos de suelos granulares gruesos (arenas y gravas). El fenómeno
se da por la sedimentación de material grueso debido a la disminución de la
velocidad de la corriente después de las avenidas o por el cambio de pendiente.
Los materiales se sedimentan en barras o puntas, formándose varios cauces o
brazos con islas intermedias, algunas veces con vegetación. Al producirse una
avenida del rio inunda las islas, produciendo la ampliación y formación de canales.
6.4.2 Identificación de los tipos de red de drenaje
Cuando la escorrentía se concentra, la superficie terrestre se erosiona creando
canales de drenaje. El clima, el relieve y la estructura geológica subyacente
influyen en el patrón de la red, siendo el último el más relevante.
La cuenca del Rio Negro tiene un tipo de red de drenaje rectangular es una
variante del drenaje dendrítico. Los tributarios suelen juntarse con las corrientes
principales en ángulos casi rectos y dan lugar a formas rectangulares controladas
por las fracturas y las junturas de las rocas. Cuanto más claro es el patrón
rectangular, más fina será la cubierta del suelo suelen presentarse sobre las
pizarras metamórficas, esquistos y gneis. Tanto la corriente superficial como sus
tributarios presentan curvaturas en ángulo recto. Refleja el control ejercido por
sistemas de grietas o fallas.
Los factores que intervienen en la formación de patrones de drenaje de tipo
rectangular son los siguientes:
Control estructural (Fallas, fracturas, discontinuidades)
24
Alta permeabilidad
Mediano caudal
Moderada cobertura vegetal
Mediana pluviosidad.
6.4.3 Caracterización del rio principal
El cauce principal es la corriente de mayor longitud, que evacua las aguas de
escurrimiento de una cuenca hidrográfica; se caracteriza principalmente por su
sinuosidad y su pendiente media.
6.4.4 Longitud del cauce principal
La longitud (L) del cauce se considera como la distancia horizontal del rio
principal, desde su nacimiento hasta el punto de cierre dentro de los límites de la
cuenca.
Figura 3 Perfil Longitudinal del rio principal de la microcuenca
25
6.4.5 Orden de las corrientes de agua
Esta refleja el grado de ramificación dentro de la hoya hidrográfica, en donde se
encuentran corrientes de orden 5 como por ejemplo: pequeños canales que no
tienen tributarios, la unión de dos corrientes de primer orden y segundo orden.
Figura 4: Orden de corrientes de agua Fuente: autores
Tabla 13.
Orden de las corrientes microcuenca
ORDEN CANTIDAD
1 20
2 11
3 3
4 0
6.4.6 Densidad de drenaje
Este índice relaciona la longitud total de los cursos de agua de la hoya y su área
total.
Fórmula
ALtDd
Li: Sumatoria de las longitudes de los drenajes que se integran en la microcuenca (km) A: Área de la cuenca.
Sumatoria = 43, 56 Kms.
26
Area = 28.51 Km²
Dd = 43.56 Km / 28.51 Km = 1.53 Km / Km²
El resultado obtenido corresponde a una microcuenca medianamente drenada, dado que el valor se encuentra entre 0.5 y 3.5 Km/km², lo cual quiere decir que tiende a presentar problemas de erosión por causa de escorrentía.
6.4.7 Constante de estabilidad del rio
Se puede considerar como una medida de la erodabilidad de la cuenca, o también la superficie necesaria para mantener condiciones hidrológicas estables.
Formula
= A ∑Li
Sumatoria = 43,56 Kms. Área = 28.51 Km².
El resultado es de 0.65 Km² / Km lo cual significa que la erodabilidad de la cuenca es alta y su permeabilidad baja, probablemente con poca capa vegetal y más presencia de suelos rocosos.
6.4.8 Índice de torrencialidad
Define el carácter torrencial de una cuenca, se divide el número de corrientes de primer orden en el area total de la cuenca. Ct = ni / A = 20/28.51 Km2 = 0.70 Km-2 Baja Torrencialidad.
6.4.9 Pendiente del cauce
Se usaron dos métodos para determinar la pendiente del cauce principal, la cual marca la relación de la altitud donde nace el rio hasta la altitud de en la cual desemboca y su longitud total, métodos fueron:
6.4.10 Método de las elevaciones extremas
Se toma la altura máxima del cauce del rio y se le resta la altura minima del cauce, luego se divide en su longitud total = Hmax – Hmin L
27
Hmax (altura máxima del cauce) Hmin (altura minima del Cauce) = 2300 m.s.n.m – 1400 m.s.n.m. L (Longitud del Cauce) 9252,40 m El resultado es de 9.73% lo cual indica que la pendiente del cauce es alta, permitiendo una arrastre de sedimentos más fuerte y prolongado.
6.4.11 Método de Taylor Schwarz
En este método se toma la longitud del cauce y se divide en diez partes iguales, luego a cada una de ellas se le saca una pendiente utilizando altura máxima y altura mínima en cada tramo, luego se divide la longitud de cada tramo entre la raíz de cada pendiente y finalmente se divide la longitud total en la sumatoria de las longitudes divididas en las raíces de cada pendiente.
Tabla 14
Estimación de los parámetros para el cálculo de la pendiente del cauce por el método de Taylor Schwartz
L = L/∑ L/√s = 9252.40 / .30618.0 = 9.13 %
Este también es un resultado de pendiente alto y muy similar al realizado con el
anterior método.
No. De tramos longitud del
tramo Hmax
(m.s.n.m) Hmin
(m.s.n.m) Si
(m/m.s.n.m) L/√S
1 925,24 1435 1400 0,03783 4757,2
2 925,24 1500 1400 0,10808 2814,4
3 925,24 1579 1500 0,08538 3166,4
4 925,24 1664 1579 0,09187 3052,6
5 925,24 1730 1664 0,07133 3464,3
6 925,24 1810 1730 0,08646 3146,6
7 925,24 1923 1810 0,12213 2647,5
8 925,24 2059 1923 0,14699 2413,3
9 925,24 2165 2059 0,11456 2733,6
10 925,24 2300 2165 0,14591 2422,2
Longitud Total 9252,40
Ʃ = 30618,0
28
6.4.12 Tiempo de concentración (métodos directos e indirectos)
Se manejan cuatro fórmulas para determinar el tiempo que tarda la cuenta en
concentrar volúmenes de agua producto de precipitaciones, las cuales son:
FORMULA DE KIRPICH = 0.01947 (L) 0.77 / (S) 0.385
= 0.01947 * (9252.40)0.77 / (0.00913)0.385 = 55.41 minutos.
FORMULA DE KIRPICH CALIFORNIANA = (0.87*(L3 / (Hmax – Hmin)) 0.385
= (0.87*(9.25)3 / 2300-1400)) 0.385 = 0. 90 horas.
FORMULA DE GUAIRE = 0.355 ((A) 0.595 / ((Hmax – Hmin) / L) 0.298
0.355 ((28.51)0.595 / (900/9.25)0.298) = 0.67 horas.
FORMULA DE BUREAU OF RECLAMATION = 0.066* (L√ S) 0.77)
= 0.066* (9.25√ 0.0913)0.77) = 0.92 horas.
El promedio de todas las formulas da un tiempo de concentración en la cuenca de
50 minutos, lo cual indica que en caso de una precipitación su tendencia a
formación de crecientes es muy alta debido a los tiempos tan bajos.
6.4.13 Sinuosidad del cauce
Para determinar si el cauce es recto o curvo, se dibujó una línea sobre el valle del
cauce y se midió su longitud, luego fue dividida por la longitud principal del cauce.
Sin = L / Lt = 9252,40 / 9240.1997 = 1.00
Los resultados que son cercanos a uno hacen referencia a cauces rectos, con muy
poca cantidad de curvas en su recorrido.
29
7. CONCLUSIONES
Después de realizado el estudio de la microcuenca de la quebrada gavilan,
afluente del rio negro en el municipio de pacho, Cundinamarca, nos damos cuenta
que el índice de compacidad de la cuenca marca una tendencia a ser redonda a
oval redonda, por tanto su capacidad de respuesta a eventuales inundaciones es
baja con tendencia a formación de avenidas o crecientes, pero, por otra parte es
alargada lo que permite que la evacuación de aguas no tarde tanto.
La altura media de la cuenca determina que sus características de vegetación,
clima, flora y fauna están en una clima predominantemente frio al encontrarse el
50% de ella cercana a los 2000 m.s.n.m lo cual también implica que sus alturas
máximas y mínimas se encuentren en un rango variable de clima ya que se
encuentra desde los 1400 m.s.n.m hasta los 2300 m.s.n.m.
Durante el estudio se aplicaron todos los métodos que sugirió el libro investigado,
esto permitió que se pudieran comparar las respuestas y así poder determinar si
las variaciones eran altas o si por el contrario había una tendencia igual en cada
uno de los métodos aplicados además de poder tomar una decisión sobre cual
método usar para una respuesta acertada, en este caso los métodos no variaron
sus respuestas de una manera significativa, se identifico siempre una tendencia
clara.
En cuanto al cauce se pudo determinar que su pendiente es elevada, dejando
claro que permite un buen arrastre de sedimentos durante su recorrido, su
erodabilidad es alta con suelos de tendencia rocosa y baja permeabilidad,
medianamente drenada con problemas de erosión por escorrentía.
Los tiempos de concentración, analizados con todos los métodos, dan como
resultado una cuenca con un muy bajo tiempo de concentración (menos de una
hora) por lo cual su tendencia a crecientes es bastante rápida, la sinuosidad del
recorrido de cauce es casi nula, se puede considerar un cauce muy poco
accidentado y casi recto.
30
BIBLIOGRAFÍA
MARIN RODRIGUEZ RODRIGO, COLOMBIA potencia hídrica, consultado en la página: http://www.sogeocol.edu.co/documentos/06colo.pdf el 9 de agosto a las 1:30 pm MONSALVE SAENZ GERMAN, hidrología en la ingeniería, editorial escuela colombiana de ingenieria.1995 REYES TRUJILLO ALDEMAR, Guía básica para la caracterización morfometrica de cuencas hidrográficas, editorial Universidad del Valle.2010 http://eias.utalca.cl/isi/publicaciones/unam/morfologia_de_rios.pdf el 25 de agosto a las 3:00 pm http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/algunos-parametros-de-forma-y-drenaje-de-la-cuenca-hidrografica-y-su-relacion-con-el-tiempo-de-concentracion/ el 3 de septiembre a las 6.30 pm
31
ANEXOS
UBICACIÓN GENERAL