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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA

ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA CIVIL

INGENIERÍA TÉCNICA DE OBRAS PÚBLICAS, ESPECIALIDAD EN HIDROLOGÍA

Proyecto de Fin de Carrera

METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO DE AVENIDAS EN

RAMBLAS DE CUENCAS MEDITERRÁNEAS

UTILIZANDO SISTEMAS DE INFORMACIÓN

GEOGRÁFICA Y MODELOS SEMIDISTRIBUIDOS

PEDRO MARTÍNEZ GARCÍA

Dirigido por:

D. LUIS G. CASTILLO ELSITDIÉ

Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. D. MANUEL ALCARAZ APARICIO

Ingeniero de Minas.

Cartagena, julio de 2007

Metodología para el estudio de avenidas en ramblas de cuencas mediterráneas utilizando Sistemas de

Información Geográfica y Modelos Semidistribuidos

1

ÍNDICE

0. Resumen ........................................................................................................... 5

1. Introducción.................................................................................................... 16

2. Objetivos......................................................................................................... 17

3. Generación del modelo digital de elevación................................................... 18

3.1. Definición ................................................................................................... 18

3.2. Fuentes de información .............................................................................. 20

3.3. Completado y eliminación de errores en los datos ..................................... 22

3.4. Método de generación ................................................................................ 24

3.4.1. Reconstrucción del contorno de la costa ............................................ 25

3.5. Verificación y errores ................................................................................. 27

3.6. Conclusiones............................................................................................... 30

4. Obtención de las características geomorfológicas de la cuenca mediante HEC-

GeoHMS 31

4.1. Descripción................................................................................................. 31

4.2. Algoritmo de cálculo .................................................................................. 31

4.3. Preprocesado del terreno ............................................................................ 33

4.3.1. Data Management (Gestión de Datos) ............................................... 35

4.3.2. Fill Sinks (Llenado de huecos) ........................................................... 36

4.3.3. Flow Direction (Dirección de Flujo) .................................................. 37

4.3.4. Flow Accumulation (Acumulación de Flujo)..................................... 40

4.3.5. Stream Definition (Definición de Cauce)........................................... 40

4.3.5.1. Verificación de la delineación de cauces...................................... 43

4.3.5.2. Reacondicionamiento del terreno ................................................. 43

4.3.5.3. Modificación de los datos de partida............................................ 45



2

4.3.6. Finalización del preprocesado de la cuenca ....................................... 45

4.4. Extracción de la cuenca de estudio............................................................. 46

4.5. Procesado de cuenca................................................................................... 47

4.6. Características de Cauces y Subcuencas .................................................... 48

4.7. Estimación de los parámetros hidrológicos ................................................ 51

4.7.1. Tiempo de concentración ................................................................... 51

4.7.2. Número de Curva ............................................................................... 53

4.8. Exportar datos a HEC-HMS....................................................................... 54

5. Obtención de los caudales punta mediante HEC-HMS.................................. 57

5.1. Descripción................................................................................................. 57

5.2. Métodos de cálculo elegidos ...................................................................... 58

5.2.1. Método del Número de Curva del SCS .............................................. 59

5.2.2. Hidrograma unitario del SCS ............................................................. 61

5.2.3. Método de Muskingum-Cunge........................................................... 62

5.3. Obtención de los Números de Curva.......................................................... 66

5.3.1. Tratamiento de la información geológica........................................... 67

5.3.2. Tratamiento de la información de usos de suelo ................................ 67

5.3.3. Generación con HEC-GeoHMS ......................................................... 68

5.3.4. Generación con la publicación del CEDEX ....................................... 71

5.4. Datos pluviométricos.................................................................................. 77

5.4.1. Correcciones ....................................................................................... 77

5.4.1.1. Número de observaciones............................................................. 77

5.4.1.2. Simultaneidad ............................................................................... 78

5.4.1.3. Área de la cuenca-Duración del chubasco.................................... 78

5.4.2. Patrones de precipitación.................................................................... 79



3

5.4.2.1. Huff 24 horas ................................................................................ 79

5.4.2.2. Huff con tiempo de concentración................................................ 80

5.4.2.3. LINDE modificado ....................................................................... 81

6. Aplicación de la metodología a un caso real: Cuenca de la Rambla de Benipila

85

6.1. Descripción de la zona de estudio .............................................................. 85

6.2. Obtención del MDE en formato raster ....................................................... 86

6.3. Preprocesado de cuenca.............................................................................. 89

6.4. Procesado de cuenca................................................................................... 97

6.5. Obtención de características de cauces y subcuencas ................................ 99

6.6. Obtención de los parámetros hidrológicos ............................................... 101

6.6.1. Tiempo de concentración ................................................................. 101

6.6.2. Números de Curva ............................................................................ 101

6.7. Obtención del modelo de cuenca de HEC-HMS...................................... 102

6.8. Modelo meteorológico.............................................................................. 105

6.8.1. Precipitación máxima diaria ............................................................. 105

6.8.2. Coeficientes de corrección de precipitación y precipitación corregida

106

6.8.3. Patrón de precipitación ..................................................................... 107

6.9. Resultados................................................................................................. 107

7. Aplicación a la cuenca de estudio de la Instrucción 5.2-IC.......................... 109

7.1. Fundamento teórico .................................................................................. 109

7.2. Aplicación a la cuenca de estudio............................................................. 113

8. Análisis de sensibilidad ................................................................................ 120

8.1. Patrones de precipitación.......................................................................... 120

8.2. Números de curva..................................................................................... 127



4

8.2.1. Asignación de grupo hidrológico al indiferenciado ......................... 127

8.2.2. Comparación con la metodología de HEC-GeoHMS....................... 130

8.3. Escala........................................................................................................ 131

8.3.1. Obtención del MDE y preprocesado del terreno .............................. 131

8.3.2. Procesado de cuenca......................................................................... 133

8.3.3. Estimación de las características físicas ........................................... 136

8.3.4. Cálculo de los parámetros hidrológicos............................................ 137

8.3.5. Precipitación de cálculo.................................................................... 138

8.3.6. Resultados......................................................................................... 139

9. Conclusiones................................................................................................. 141

10. Bibliografía................................................................................................... 144

Apéndice A………………………………………………………………………..145

Apéndice B………………………………………………………………………..153



5

0. Resumen En este proyecto de fin de carrera se propone una metodología para el estudio de

avenidas utilizando el programa semidistribuido HEC-HMS y el programa de

información geográfica HEC-GeoHMS del Cuerpo de Ingenieros de los Estados

Unidos. La aplicación se ha desarrollado en la rambla de Benipila, ubicada en la Cuenca

del Segura.

En primer lugar se ha obtenido un Modelo Digital de Elevación MDE de la cuenca

de estudio en formato raster con tamaño de celda 10x10 metros, a partir de la

información vectorial del Mapa Topográfico Regional de 1998 y con una escala 1:5000.

Seguidamente se ha obtenido el modelo de cuenca con el programa HEC-GeoHMS.

El algoritmo de cálculo implementado en HEC-GeoHMS se basa en la premisa de

que el agua fluye siguiendo la línea de máxima pendiente. Por lo tanto, en un MDE en

formato raster, el agua que haya en una celda fluirá hacia una de las ochos celdas que la

rodean, siguiendo la línea de máxima pendiente. Este algoritmo se conoce como

algoritmo de flujo en ocho direcciones.

En la siguiente figura puede observarse el modelo de cuenca, que ha quedado

formado por seis subcuencas.

Figura 1. Modelo de cuenca compuesto por seis subcuencas.



6

Una vez definido el modelo de cuenca se han estimado las características físicas de

las subcuencas y de los cauces, cuyos valores se muestran en las siguientes tablas.

Subcuenca Área (km2)

Cota superior

(m)

Cota inferior

(m)

Long. máx. de flujo (km) Pendiente

Barreros 66.84 346.93 7.42 26.333 0.013 Peñas Blancas 39.65 355.00 22.31 18.176 0.018

Ladrilleros 23.67 541.63 21.78 16.886 0.031 Canteras 10.36 306.20 7.42 7.011 0.043

Intercuenca Benipila 2.25 71.47 7.42 3.438 0.019

Benipila tramo final 4.14 120.00 0.00 5.130 0.023

Tabla 1. Características físicas de las subcuencas.

Tramo Longitud (m) Pendiente Características de la

sección Coef. de

rugosidad Benipila no encauzada 2533.8 0.0054 Ocho puntos 0.045

Benipila encauzada 3609.8 0.0020 Trapezoidal 0.030

Tabla 2. Características físicas de los cauces.

En la tabla 2 se indica la longitud, la pendiente, definición de la sección

característica representativa del tramo del cauce y el coeficiente de rugosidad de

Manning; necesarios para el cálculo del tránsito del hidrograma de avenidas.

Las dimensiones utilizadas para la sección trapezoidal han sido las indicadas en

el Proyecto de Encauzamiento de la Rambla de Benipila, siendo el ancho del fondo de

27 metros y la pendiente del talud 1.6H:1V.



7

Para el tramo no encauzado se ha calculado una sección media de ocho puntos,

cuyas dimensiones se muestran en la siguiente tabla.

Distancia al origen Altura sobre el fondo del cauce 0.00 10.00 62.29 6.28 76.78 0.28 82.2 0.00 91.90 0.28 99.91 6.28 102.15 8.28 114.22 10.00

Tabla 3. Dimensiones de la sección no encauzada.

A partir de las características físicas de la cuenca se han calculado los parámetros

hidrológicos, que son el tiempo de concentración y el Número de Curva de cada

subcuenca.

Subcuenca Tiempo de concentración (horas) Barreros 8.24

Peñas Blancas 5.81 Ladrilleros 4.98 Canteras 2.40

Intercuenca Benipila 1.62 Benipila tramo final 2.57

Tabla 4. Tiempo de concentración de cada subcuenca.

Para la obtención de los Números de Curva se ha utilizado la metodología de los

números primos propuesta por el CEDEX. En esta metodología se reclasifican los datos

de las tres capas de información utilizadas (pendiente, tipo y uso del suelo) a números

primos. Los Números de Curva se obtienen multiplicando los valores de estas tres capas

de información los cuales conforman una nueva capa. A continuación se efectúa la

equivalencia de los números primos con los Números de Curva correspondientes. El

motivo de hacer esta reclasificación con números primos es que al multiplicar las tres



8

capas reclasificadas solo habrá un único número expresado como combinación de las

tres variables que condicionan el valor del número de curva, así cada número primo

tendrá asociado un único Número de Curva.

Subcuenca Número de CurvaBarreros 73

Peñas Blancas 76 Ladrilleros 77 Canteras 77

Intercuenca Benipila 87 Benipila tramo final 81

Tabla 5. Número de Curva de cada subcuenca.

La precipitación máxima diaria para cada periodo de retorno se muestra en la

siguiente tabla. Estos datos han sido extraídos de Castillo (2007).

P5 P10 P50 P100 P200 P500 Precipitación máxima diaria

(mm) 83 104 149 169 185 216

Tabla 6. Precipitación máxima diaria para cada período de retorno.

Para la obtención de las precipitaciones de cálculo se han aplicado tres factores de

corrección a la precipitación máxima diaria, función del número de observaciones de la

precipitación en 24 horas, del tamaño de la cuenca y de la relación área de la cuenca-

duración de la tormenta. Los valores obtenidos de precipitación de cálculo para cada

subcuenca y para los distintos periodos de retorno se muestran a continuación.

Subcuenca P5c P10c P50c P100c P200c P500c Barreros 81 101 145 164 180 210

Peñas Blancas 83 104 149 168 185 216 Ladrilleros 85 106 153 173 190 222 Canteras 87 109 157 178 195 228

Intercuenca Benipila 92 114 165 186 205 239 Benipila tramo final 90 112 162 183 201 234

Tabla 7. Precipitación de cálculo para cada subcuenca en mm.



9

Para realizar la distribución temporal de la precipitación se ha utilizado el patrón el

proyecto LINDE modificado. Se concentra el 80% de la precipitación en las 6 horas

centrales, manteniendo la distribución original del patrón y el 20% restante se ha

distribuido en las 9 horas anteriores y posteriores. La forma final del patrón se muestra

en la siguiente figura.

Patrón de LINDE modificado

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0:15

1:00

1:45

2:30

3:15

4:00

4:45

5:30

6:15

7:00

7:45

8:30

9:15

10:0

0

10:4

5

11:3

0

12:1

5

13:0

0

13:4

5

14:3

0

15:1

5

16:0

0

16:4

5

17:3

0

18:1

5

19:0

0

19:4

5

20:3

0

21:1

5

22:0

0

22:4

5

23:3

0

Tiempo (h)

Prec

ipita

ción

(%)

Figura 2. Patrón de precipitación de LINDE modificado.

Una vez obtenidos todos los datos que caracterizan el modelo de cuenca y el modelo

meteorológico se ha realizado una simulación en HEC-HMS, obteniéndose los

siguientes caudales de salida.

Subcuenca Q5 Q10 Q50 Q100 Q200 Q500 Barreros 51 82 158 193 224 283

Peñas Blancas 51 78 144 174 200 249

Ladrilleros 38 57 103 123 141 175 Canteras 28 43 77 92 106 130

Intercuenca Benipila 13 18 29 33 37 44

Benipila tramo final 14 20 34 40 46 56

Cuenca completa 145 223 414 501 578 722

Tabla 8. Resumen de caudales punta en m3/s.



10

A continuación se muestran los hidrogramas de salida de las subcuencas y de la

cuenca completa para el periodo de retorno de 500 años.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

BARREROS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW PENAS BLANCAS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW LADRILLEROS RUN:RUN T500 GRANDE FLOWCANTERAS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T500 GRANDE FLOWSALIDA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW

Figura 3. Hidrogramas de salida de cada subcuenca y de la cuenca completa, periodo de retorno 500 años.

Se ha efectuado una primera comprobación de los resultados aplicando la

Instrucción de Drenaje 5.2-IC., mostrándose a continuación los caudales obtenidos.


Peñas Blancas 48 75 145 179 209 266




Cuenca completa 116 186 370 458 538 691

Tabla 9. Resumen de caudales punta obtenidos con la Instrucción en m3/s.



11

Se observa que los valores obtenidos para las subcuencas son similares, mientras

que para la cuenca completa los valores obtenidos con la Instrucción son algo inferiores.

Por lo tanto se considera que el método de la Instrucción es válido, siempre que se

aplique un factor de corrección del umbral de escorrentía de 1.5 para las subcuencas y

de entre 1 y 1.5 para la cuenca completa, en lugar del factor indicado en la Instrucción,

que para esta zona propone un valor de corrección igual a 3.

También se ha comprobado la influencia de la distribución temporal de la

precipitación. Para ello se ha utilizado el patrón de Huff de 24 horas y el patrón de Huff

con tiempo de concentración.

Con el patrón de Huff de 24 horas se han obtenido los siguientes resultados.


Peñas Blancas 37 56 103 123 141 175




Cuenca completa 112 171 315 380 437 544

Tabla 10. Resultados para el patrón de precipitación de Huff de 24 horas, en m3/s.

Se observa que los resultados obtenidos son inferiores a los obtenidos con el patrón

del proyecto LINDE modificado, para todas subcuencas y para todos los periodos de

retorno.



12

Los resultados obtenidos con el patrón de Huff con tiempo de concentración se

muestran en la siguiente tabla.


Peñas Blancas 63 94 167 199 229 283




Cuenca completa 134 202 369 444 511 636

Tabla 11. Resultados para el patrón de precipitación de Huff con tiempo de concentración, en m3/s.

Se observa que los caudales obtenidos en las subcuencas son superiores que los

obtenidos con el patrón de LINDE modificado, mientras que para la cuenca completa

son inferiores.

Por lo tanto se recomienda el uso del patrón del proyecto LINDE modificado, ya

que con el de Huff de 24 horas se subestiman los caudales en todas las situaciones y con

el de Huff con tiempo de concentración se subestiman los caudales de salida para la

cuenca completa

Se ha comprobado la incidencia de la asignación del grupo hidrológico del suelo al

indiferenciado geológico. Para ello se han obtenido los caudales de salida de la

subcuenca de Barreros y de la cuenca completa asignando al indiferenciado de Barreros

el grupo C en lugar del grupo B, por que el número de curva de Barreros pasa de 73 a

79. A continuación se muestran las diferencias obtenidas.



13

Periodo de retorno

Caudal en Barreros CN=73

Caudal en Barreros CN=79

Variación (%)

Caudal en la cuenca completa CN=73

Caudal en la cuenca completa CN=79

Variación (%)

5 años 51 72 + 40.9% 145 165 + 13.3% 10 años 81 107 + 31.8% 223 248 + 11.0% 50 años 158 192 + 21.9% 414 447 + 7.9% 100 años 193 230 + 19.2% 501 537 + 7.1% 200 años 224 263 + 17.4% 578 616 + 6.6% 500 años 283 325 + 14.8% 722 763 + 5.6%

Tabla 12. Variación de caudales en m3/s al asignar el grupo hidrológico C al indiferenciado de Barreros,

para los distintos periodos de retorno.

Se puede concluir que la asignación del grupo hidrológico C al indiferenciado de la

subcuenca de Barreros supone una sobreestimación de caudales. Es más conveniente

asignarle el grupo B, ya que se trata de una subcuenca muy llana y en la que apenas hay

cauce definido, por lo que la generación de la escorrentía no va a ser tan inmediata

como en subcuencas de mayor pendiente en las que sí hay un cauce definido.

También se han comparado los Números de Curva obtenidos aplicando la

metodología que viene implementada en HEC-GeoHMS.

Subcuenca Metodología del CEDEX

Metodología de HEC-GeoHMS Variación (%)

Barreros 73 74 + 1.73% Peñas Blancas 76 77 + 0.58%

Ladrilleros 77 75 - 2.13% Canteras 78 73 - 5.82%

Intercuenca Benipila 87 78 - 10.20% Benipila tramo final 81 75 - 7.33%

Tabla 13. Números de curva obtenidos con la metodología del CEDEX y con la metodología de HEC-

GeoHMS.



14

Se concluye que para el cálculo de los Números de Curva resulta más adecuado el

método de los números primos propuesto por el CEDEX, ya que con el método de

HEC-GeoHMS se subestiman de forma importante los Números de Curva en zonas

urbanas. Además la aplicación del método del CEDEX resulta más sencilla.

Finalmente, para comprobar la influencia de la escala de la información de partida,

se ha vuelto a realizar la aplicación práctica utilizando como información de partida un

modelo vectorial de curvas de nivel a escala 1:25000, obteniendo en este caso un MDE

raster con tamaño de celda de 20x20 metros.

En la siguiente figura se muestran los modelos de cuenca obtenidos para ambas

escalas.

Figura 4. En negro modelo de cuenca obtenido con el MDE a escala 1:5000, en verde modelo de cuenca

obtenido con el MDE a escala 1:25000, sobre un modelo de pendientes de la cuenca.



15

Como se observa en la figura anterior, ambos modelos de cuenca son semejantes en

la parte sur y suroeste de la cuenca, donde las pendientes son mayores. Las diferencias

van aumentando hacia el norte y hacia el este, donde la pendiente de la cuenca es

menor. Esto es debido a que el tamaño de celda del modelo a escala 1:25000 no permite

reflejar claramente la variación de la pendiente del terreno y por tanto el algoritmo de

ocho direcciones de flujo no funciona correctamente. En este caso particular no se

recomienda utilizar la escala 1:25000 en cuencas donde la mayor parte del terreno tenga

una pendiente inferior al 1.5%. Es preferible utilizar una escala 1:5000 con tamaño de

celda de 10x10 metros.



16

1. Introducción En los últimos tiempos los avances en Sistemas de Información Geográfica han

abierto muchas oportunidades para el desarrollo de la modelización de cuencas

hidrográficas, surgiendo como una alternativa a los tradicionales métodos de análisis.

La posibilidad de realizar análisis espaciales para obtener parámetros hidrológicos,

tanto en modelos agregados como en distribuidos, permite no solo ahorrar tiempo y

esfuerzo, sino que también mejora la precisión respecto a los tradicionales métodos de

análisis.

Además con la posibilidad de obtener información espacial a través de

distribuidores comerciales, compañías privadas o administraciones públicas, unido a la

potencia de los algoritmos de cálculo espacial, su uso está en pleno auge y no tardará en

imponerse su aplicación.

En este estudio se ha utilizado HEC-GeoHMS, un programa que ha sido

desarrollado como un conjunto de herramientas para ingenieros e hidrólogos con

limitada experiencia en SIG. Con este programa se puede visualizar información

espacial, obtener características de la cuenca, realizar análisis espaciales, delinear

subcuencas y cauces y obtener los datos de entrada para los modelos hidrológicos.

Concretamente, HEC-GeoHMS permite exportar los datos de la cuenca al programa de

modelización hidrológica HEC-HMS.

HEC-HMS es un programa que ha sido diseñado para simular el proceso de

transformación de la precipitación efectiva en escorrentía en cuencas hidrográficas. Este

programa necesita básicamente dos tipos de datos de entrada, por un lado un modelo de

cuenca, aportado por HEC-GeoHMS, donde se representen las características de la

cuenca (de tipo geométrico y geomorfológico), y por otro lado un modelo

meteorológico donde se indiquen los datos pluviométricos. A partir de estos datos, con

HEC-HMS se podrán obtener los hidrogramas en cualquier punto de la cuenca y el

tránsito hidrológico respectivo.



17

2. Objetivos Los objetivos propuestos a la hora de hacer el siguiente estudio han sido:

• Establecer una metodología para el estudio de avenidas en ramblas de

cuencas mediterráneas utilizando Sistemas de Información Geográfica.

• Demostrar que es más productivo trabajar con medios informáticos

(herramientas SIG) que de forma clásica, ya que se aumenta la precisión y

se reduce el tiempo de trabajo.

• Efectuar una primera comprobación del alcance del Método de la

Instrucción 5.2-IC.

• Mostrar la influencia de la distribución temporal de la precipitación en los

caudales de salida.

• Comprobar como influye la escala de la información de partida en la

delineación de las subcuencas.



18

3. Generación del modelo digital de elevación En primer lugar es necesario obtener un modelo digital de elevación en formato

raster de matrices regulares (tamaño de celda constante). Este modelo será obtenido

mediante del software ArcGIS de ESRI, siendo necesario disponer de las extensiones

“3D Analyst” y “Spatial Analyst”.

3.1. Definición

Antes de describir el proceso de obtención de un modelo digital de elevación es

necesario, por un lado aclarar la diferencia entre modelo digital de elevación (MDE) y

modelo digital del terreno (MDT), ya que ambas nomenclaturas suelen usarse como

sinónimos pero tienen significados distintos, y por otro lado, describir las distintas

estructuras de almacenamiento.

Un MDT es una estructura numérica de datos que representa la distribución

espacial de una variable cuantitativa y continua, mientras que un MDE es una estructura

numérica de datos que representa la distribución espacial de la altitud de la superficie

del terreno (Felicísimo, 1994). Es decir, que un MDE es un tipo particular de MDT en el

que la variable que se representa es la altitud o la elevación.

Respecto a la forma de representar los datos en un MDE se pueden encontrar 2

estructuras: vectorial y raster.

En los modelos vectoriales los atributos del terreno se representan mediante

entidades (básicamente puntos y líneas) definidas por sus coordenadas. Los puntos se

definen mediante un par de valores de coordenadas y las líneas mediante un vector de

pares de coordenadas. Las dos estructuras más representativas de los modelos

vectoriales son la de contornos y la red irregular de triángulos (TIN).

En los modelos raster, los datos se representan como el valor medio de unidades

elementales de superficie no nula que cubren el terreno con una distribución regular, sin

solapamiento y con recubrimiento total del área representada. Las dos estructuras más

importantes en los modelos raster son la de matrices regulares y la de matrices

irregulares o de resolución variable.



19

• Modelo vectorial de contornos. La estructura básica es el vector,

compuesto por un conjunto de pares de coordenadas (x, y) que describe la

trayectoria de líneas de igual elevación, o curvas de nivel. En el caso más

común, el MDE está constituido por un conjunto de curvas de nivel,

separadas generalmente, por intervalos de igual altitud.

• Modelo vectorial de redes de triángulos irregulares (TIN). Esta

estructura se compone de un conjunto de triángulos irregulares adosados y

que suele identificarse por las siglas de su denominación inglesa:

Triangulated Irregular Network, TIN. Los triángulos se construyen

ajustando un plano a tres puntos cercanos que no pertenezcan a una misma

línea, y se adosan sobre el terreno formando un mosaico que puede

adaptarse a la superficie con diferente grado de detalle, en función de la

complejidad del relieve. Se trata de una estructura en la que el terreno queda

representado por un conjunto de superficies planas que se ajustan a una

estructura anterior de puntos. Es por esto que los TIN pueden considerarse

como una estructura derivada de otra anterior de puntos o líneas.

• Modelo raster de matrices regulares (tamaño de celda constante). Esta

estructura es el resultado de superponer una retícula sobre el terreno y

extraer la altitud media de cada celda. La retícula puede adoptar formas

variadas, pero la más utilizada es una red regular de malla cuadrada con

filas y columnas equidistantes. La localización espacial de cada dato está

determinada por su situación en la matriz, una vez definidos su origen y el

intervalo entre filas y columnas. Esta estructura se suele obtener por

interpolación, a partir de un modelo vectorial previo.

• Modelo raster de matrices de resolución variable (tamaño de celda

variable). El interés de las matrices de resolución variable reside en la

posibilidad de solucionar el principal problema de las matrices regulares (su

resolución espacial prefijada), manteniendo sus principales ventajas: la

sencillez conceptual y operacional. En este tipo de matrices los elementos

pueden ser, bien datos elementales (como en las matrices regulares), o bien

submatrices con un nivel de resolución diferente. La estructura final es un



20

árbol jerárquico y dinámico de submatrices con una profundidad en

principio arbitraria y cuya resolución espacial se duplica en cada nivel.

3.2. Fuentes de información

Se parte de una información vectorial formada por puntos y/o curvas de nivel.

La obtención de un MDE en formato raster a partir de una información vectorial es,

como se explicará posteriormente, un problema de interpolación.

Un MDE raster puede obtenerse a partir de una serie de puntos distribuidos

irregularmente. El problema de utilizar únicamente puntos es que el algoritmo de

interpolación interpolará entre puntos demasiado lejanos, por lo que la precisión del

MDE resultante será escasa.

Por otro lado, un MDE raster también puede obtenerse solamente a partir de

curvas de nivel. El problema de utilizar solo curvas de nivel es que en zonas llanas,

donde la distancia entre curvas de nivel es muy grande, el proceso de interpolación no

será correcto, ya que al aumentar la distancia entre los datos a interpolar la precisión se

reduce. Además en zonas urbanas existe el problema de que las curvas de nivel no están

definidas cuando se cortan con los edificios, por lo que en este caso no se dispondría de

ninguna formación.

Por lo tanto, lo mejor es combinar los puntos y las curvas de nivel. De este

modo los puntos actuarán como relleno en zonas llanas o urbanas y las curvas de nivel

actuarán como líneas de rotura evitando la interpolación entre puntos lejanos. De este

modo se obtendrá un mayor nivel de precisión en el MDE resultante.

En este proyecto se ha usado la información del Mapa Topográfico Regional.

Esta información viene en uno o varios archivos de AutoCAD, dependiendo de la

extensión de la zona de estudio y de la escala de la información. Una vez que todos los

archivos hayan sido unidos en un único archivo de AutoCAD hay que convertir este

archivo a un formato con el que se pueda trabajar en ArcGIS. El formato al que será

convertido es el “shapefile”. Un shapefile es una estructura de archivos vectoriales que

almacena la información de ubicación y atributos de puntos, líneas o polígonos. La

información de los atributos se almacenan en una tabla de atributos, en formato dBASE

y que se nombra como el shapefile, seguido de la extensión “.dbf “. El shapefile tiene la



21

limitación de que únicamente puede contener una clase de entidad. Por este motivo, una

entidad puntual debe almacenarse en un shapefile distinto del de una entidad lineal. Por

lo tanto habrá que obtener dos shapefiles, uno de líneas con las curvas de nivel y otro

con los puntos.

Es muy recomendable disponer también de una ortofoto de la zona de estudio,

ya que será usada para el completado y verificación de los datos de partida y para

verificar la delineación de los cauces durante el proceso con HEC-GeoHMS, ya que una

ortofoto es la representación de la verdad-terreno. Una ortofoto (u ortofotomapa) es un

documento cartográfico que consiste en una fotografía aérea vertical o una imagen

satélite que ha sido rectificada geométricamente. Por este motivo posee las mismas

propiedades que un mapa normal y se puede utilizar directamente para hacer mapas.

Además, cualquier medición hecha desde la ortofoto será planimétricamente correcta.

Su utilidad más importante es que puede ser colocada debajo de datos vectoriales, como

capas de SIG, para apoyar la visualización y mejorar la presentación.

Normalmente todo estudio de avenidas va seguido de un estudio hidráulico en

el que se determinan las planicies de inundación, sirviendo los resultados obtenidos en

el primer estudio como datos de entrada para el segundo. Para realizar un estudio

hidráulico, además de los valores de los caudales punta obtenidos en el estudio de

avenidas se necesita conocer perfectamente las características de las secciones de los

cauces y su entorno próximo. Para obtener estos datos con suficiente precisión hay que

recurrir a mapas con escalas muy grandes, del orden de 1:500, que normalmente no se

encuentran disponibles o no están actualizados. Por ello, en la mayoría de los casos es

conveniente realizar un levantamiento topográfico de las secciones de interés. Por lo

tanto, si se tiene intención de realizar un estudio hidráulico es conveniente que el

levantamiento topográfico de las secciones se lleve a cabo antes de la realización del

estudio de avenidas, para que así, los datos de las secciones obtenidos en campo puedan

ser utilizados para la obtención del MDE.

En resumen, para obtener resultados satisfactorios se debe disponer de puntos y

curvas de nivel, además de una ortofoto, imprescindible para el completado y

verificación de los datos y para la verificación de la delineación de los cauces. Las

secciones obtenidas en campo en principio no serán necesarias, siempre que la escala de



22

las demás fuentes de información sea adecuada, ya que en caso contrario habrá que

realizar el levantamiento topográfico de las mismas.

3.3. Completado y eliminación de errores en los datos

Una vez que se tienen los dos shapefiles en ArcGIS hay que realizar una

revisión de ambos, tanto para completar posibles omisiones en los datos, como para

eliminar los errores que puedan contener. Algunos datos podrán ser corregidos o

completados viendo los valores de elevación en la tabla de atributos, pero para otros

será necesario disponer una ortofoto, a la que se le superpondrán ambos shapefiles.

El proceso para modificar datos en ArcGIS consiste en iniciar una edición con

la barra de herramientas “Editor”. Una vez que se está en modo edición se pueden

modificar los valores de elevación de la tabla de atributos y borrar o crear nuevas

entidades. Una vez que se hayan realizado las modificaciones hay que cerrar la edición

y guardar los cambios realizados.

A continuación se enumeran las omisiones y errores más importantes que

pueden aparecen y la forma de subsanarlos:

• Si en el área de estudio hay zonas costeras se tienen que eliminar todas las

islas a fin de evitar que el algoritmo de interpolación para obtener el MDE

en formato raster considere esos puntos, y por tanto, no se distorsionen los

valores de elevación en las zonas próximas a la costa.

• Se tiene que verificar que la elevación de las curvas de nivel sea correcta, es

decir, que si la equidistancia entre curvas es de 5 metros hay que comprobar

que todas ellas tienen como valor de elevación un múltiplo de 5.

• En la medida de lo posible hay que procurar que las curvas de nivel sean

continuas. Esta condición va a ser difícil de cumplir, ya que no siempre será

posible reconstruir las curvas de nivel que no sean continuas. Un caso típico

de curvas discontinuas se da en zonas urbanas, donde las curvas no están

definidas cuando se cortan con los edificios. Es en estos casos donde es muy

importante disponer de puntos, ya que en caso contrario no se dispondrá de

ninguna información acerca de la elevación de la zona. Un caso donde si se



23

puede reconstruir una curva de nivel es si se trata de la curva de nivel de

cota cero, ya que disponiendo de una ortofoto se puede crear una línea que

siga el contorno de la costa, asignándole a esa línea el valor de elevación

cero. Otro problema de discontinuidad en las curvas de nivel es el

ocasionado en el proceso de etiquetado en el que, como se observa en la

Figura 5, el número que indica la elevación de la curva de nivel aparece

cortando a la curva. Hay que confiar en que el proceso de etiquetado se

realice de forma que no se corten las curvas de nivel, ya que la actual forma

de etiquetado dificulta notablemente el trabajo con SIG, puesto que

proceder a cerrar todas las curvas de nivel que estén abiertas por este motivo

supone una tarea prácticamente inabordable a la que habría que dedicar una

cantidad de tiempo enorme. Y además hay que tener presente que el uso de

la tecnología SIG acabará imponiéndose y se necesita que los datos de

partida estén en condiciones óptimas.

Figura 5. Curvas de nivel cortadas en el proceso de etiquetado.

• La elevación de los puntos debe ser correcta. Habrá que eliminar todos

aquellos puntos que no tengan cota, ya que en caso contrario serán

considerados como puntos con cota cero. Además, si se dispone de una

ortofoto, habrá que revisar también los cauces, buscando y eliminando los

puntos que estén definiendo la cota de los puentes sobre los cauces.



24

3.4. Método de generación

Una vez que la información cartográfica está en formato shapefile en ArcGIS, y

que los errores y omisiones han sidos subsanados, se puede proceder a crear el MDE. El

proceso será el siguiente:

Con el shapefile de curvas de nivel se creará un TIN. Para ello en la barra de

herramientas “3D Analyst” habrá que seleccionar “Create/Modify TIN” y después

“Create TIN From Freatures”, indicando el campo donde está la información altitudinal.

Seguidamente hay que añadir a este TIN los puntos, por lo que se obtendrá un

nuevo TIN (TIN modificado). Para añadir los puntos hay que seleccionar nuevamente

“Create/Modify TIN” de la barra de herramientas “3D Analyst” y después “Add

Features to TIN”, indicando nuevamente el campo donde están los valores de elevación.

Ahora ya sí se puede obtener el MDE en formato raster. Como se comentó

anteriormente, la construcción de un MDE raster a partir de información vectorial es

básicamente un problema de interpolación.

El proceso de interpolación consiste en definir las localizaciones de los puntos

problema (en las intersecciones de las filas y columnas) y después estimar la altitud de

cada uno de estos puntos en función de los datos del entorno existentes en el modelo

vectorial.

El proceso se puede dividir en cinco etapas:

1. Fijar la posición del punto problema “P” por medio de sus coordenadas.

2. Definir un entorno geométrico “C” del punto problema.

3. Extraer el subconjunto de datos “V” del MDE vectorial que está incluido en

el entorno “C”.

4. Realizar una interpolación a partir del subconjunto de datos “V”.

5. Asignar la altitud resultante al punto “P”.

La posición del punto problema está prefijada por la localización de la matriz y

el intervalo entre filas y columnas, definido por el tamaño de celda. El siguiente paso,

que tiene por objetivo acotar el número de datos eligiendo sólo los más próximos, suele

abordarse definiendo un entorno geométrico alrededor del punto problema. Inicialmente



25

es ventajoso que este entorno tenga una forma cuadrada, operación inmediata una vez

definidas las dimensiones del mismo. La complejidad de tratamiento aumenta en las

siguientes etapas, que afectan a la selección de los datos y al propio proceso de

interpolación.

Para la obtención del MDE raster habrá que seleccionar “Convert” en la barra

de herramientas “3D Analyst” y luego “TIN to Raster”. Será necesario indicar el tamaño

de celda, que será igual a dos veces la equidistancia de las curvas de nivel.

3.4.1. Reconstrucción del contorno de la costa

Una vez convertido el TIN a raster se tiene que solucionar un problema.

Como se puede observar en la Figura 6 la forma del contorno de la costa se ha perdido

debido al proceso de interpolación.

Figura 6. Vista del MDE con el contorno deformado. En negro, la línea de costa real.



26

Para resolver este problema hay que crear una máscara con el contorno

original y multiplicarla por el MDE con el contorno deformado.

Para crear esta máscara hay que aislar la curva de nivel de costa (con

cota cero) y crear un polígono cerrado. Este polígono cerrado se convierte a raster con

un tamaño de celda igual al que el que tiene el MDE con el contorno deformado. Ahora

ese polígono en formato raster se reclasifica, asignándole a todas las celdas el valor uno,

y así ya se tiene la máscara.

Finalmente hay que multiplicar el MDE con el contorno deformado y la

máscara creada. De este modo, todas las celdas del MDE deformado que estén dentro de

la máscara se multiplicarán por uno, y por lo tanto, su valor de elevación no cambiará,

mientras que las celdas que caigan fuera de la máscara serán multiplicadas por cero y en

consecuencia serán eliminadas.

De esta forma ya se dispone de un MDE en formato raster y con el

contorno de la zona de costa perfectamente definido.

Figura 7. MDE con el contorno de costa corregido.



27

3.5. Verificación y errores

Una vez generado el MDE hay que ver verificar su bondad y aceptar si es

válido o si hay que modificarlo. La forma para realizar una verificación global consiste

en volver a generar un MDE de contornos y compararlo con el shapefile de curvas de

nivel de partida. Lógicamente la coincidencia entre ambos no será total, ya que este

nuevo archivo de curvas de nivel será creado a partir de un modelo en el que se han

considerado los puntos para su creación. Además se producirá una pérdida de

información debida al proceso de interpolación.

Para obtener el nuevo modelo de contornos habrá que seleccionar “Contours”

en la barra de herramientas “3D Analyst” de ArcGIS. Se tendrá que indicar la

equidistancia entre las curvas de nivel, que será la misma que tenga el archivo de

partida.

No forma parte del objetivo de este estudio comentar en profundidad el tipo, la

naturaleza y la magnitud de los errores que puedan aparecen en un MDE. Únicamente

se trata de analizar los resultados obtenidos de forma comparativa y sin entrar en

detalles numéricos. No obstante, se comentarán sucintamente ciertos conceptos de la

teoría de errores que se deben tener presentes a la hora de trabajar con MDE.

Es obvio que la calidad de un MDE depende del tipo y magnitud de los errores

implicados. También conviene no perder de vista que la comisión de errores es

inevitable, debido a que los modelos son visiones simplificadas de la realidad,

sometidas a un proceso de generalización.

Los errores en los MDE pueden ser separados en dos categorías:

1. Errores posicionales, que implican una incorrecta localización geográfica de

la cota o de la trayectoria de la curva de nivel y que afectan, por tanto, a la

situación en el plano XY.

2. Errores atributivos, que suponen una asignación errónea de la altitud

asociada al punto o a la curva de nivel, y que afectan a las coordenadas en

el eje Z.

Ambos tipos de errores aparecen en el proceso de creación de los MDE. Estos

dos tipos de errores han sido denominados también, de forma más genérica,



28

cartográficos (error en la localización de elementos) y temáticos (error en el atributo

cartografiado).

Los errores posicionales afectan exclusivamente a los modelos vectoriales,

mientras que en los matriciales las localizaciones están predefinidas por su naturaleza

raster.

Los errores de atributos pueden encontrarse en ambos tipos de modelos, pero

presentan una problemática más compleja en los matriciales, ya que la altitud se asigna

habitualmente mediante operaciones de interpolación o ajuste, cuyo error es

dependiente de múltiples factores. Por lo tanto únicamente se hará hincapié en la

medida del error atributivo en MDE matriciales.

En un MDE matricial, la cuantificación del error atributivo puede realizarse

mediante la comparación de un conjunto de puntos de altitudes conocidas con los

correspondientes puntos homólogos del modelo, usando pruebas estadísticas

convencionales. En este sentido, el error de altitud en un punto i (∂zi) se define como la

diferencia entre la altitud del punto i en el modelo y la altitud real o de referencia,

extraída de una fuente de datos precisa:

iizi ZZ −=∂ ˆ (1)

Los estadísticos del error deben calcularse con un número suficiente de puntos

homólogos convenientemente distribuidos sobre el modelo. El error medio (EM) para

este conjunto de datos se define como:

∑=

∂⋅=∂=n

iziz n

EM1

1 (2)

donde n es el número de puntos que se comparan.

El error estándar de las desviaciones, S∂, se calcula mediante la expresión:

( )∑=

∂ ∂−∂⋅−

=n

izzin

S1

2

11 (3)

Una prueba inmediata de calidad para un modelo puede realizarse comparando

el error medio con un valor máximo aceptable, definido de acuerdo con unos baremos

de calidad. Una expresión propuesta (Felicísimo, 1994) es la siguiente:



29

( )∂

⋅∂−∂=

Sn

t zzz

0 (4)

donde ∂z0 es el error máximo aceptable.

La desviación se considera estadísticamente significativa si:

[ ]∞< αtt z (5)

donde el segundo término es el percentil de la distribución t de Student para un

nivel de significación α. El número de datos n es habitualmente lo suficientemente

elevado como para considerar válido el valor de ∞ para los grados de libertad.

En realidad, el uso del error medio tal como se presenta en las expresiones

anteriores sólo tiene interés para comprobar si las desviaciones del modelo son

aleatorias o no. En el primer caso, el EM tenderá a cero, mientras que en el segundo, la

expresión que evalúa tz será significativa tomando .00 =∂ z Por lo tanto, el problema del

uso del error medio para la evaluación de la calidad de un MDE reside en que las

desviaciones positivas y negativas se anulan.

La solución a este caso es doble: tomar los valores absolutos de las

desviaciones o bien usar el error cuadrático medio para la evaluación del error.

En el primer caso, la expresión inicial se transforma en la correspondiente al

error medio absoluto (EMA):

∑=

∂⋅=n

izin

EMA1

1 (6)

En el segundo caso se propone el uso del error cuadrático medio (ECM) en vez

del error medio. El ECM se calcula mediante la expresión:

∑=

∂⋅=n

izin

ECM1

21 (7)

El uso de estos estadísticos permite una evaluación objetiva de la calidad de los

MDE si, del mismo modo que en el caso de la cartografía convencional, se plantean

unos baremos de calidad para los MDE.



30

3.6. Conclusiones

El MDE obtenido hasta ahora no será definitivo. Este modelo sólo es correcto

desde el punto de vista cartográfico, es decir, partiendo de un modelo vectorial de

contornos se ha obtenido un modelo raster de tamaño de celda constante, siendo lo más

parecido posible al modelo original. Una vez dentro de HEC-GeoHMS este modelo, que

se podría calificar como un MDE “primitivo”, será transformado para obtener un

modelo correcto desde el punto de vista hidrológico.



31

4. Obtención de las características geomorfológicas de la cuenca

mediante HEC-GeoHMS

4.1. Descripción

HEC-GeoHMS es una barra de herramientas de dominio público desarrollada

por el Cuerpo de Ingenieros de los EE.UU. en colaboración con ESRI y que funciona en

Windows bajo el software ArcView 3.x de ESRI.

Esta herramienta es una implementación de la tecnología SIG a la Ingeniería

Hidrológica, es decir, proporciona la conexión para trasladar la información espacial a

los modelos hidrológicos, tanto agregados como distribuidos.

Lo que se pretende con el uso de HEC-GeoHMS es obtener las características

físicas de una cuenca hidrográfica para luego estimar los parámetros hidrológicos, que

serán los datos de entrada para HEC-HMS.

El esquema de trabajo en HEC-GeoHMS es el siguiente:

• Preprocesado del terreno

• Extracción de la cuenca de estudio

• Procesado de la cuenca

• Obtención de la características de cauces y subcuencas

• Estimación de los parámetros hidrológicos

• Exportar datos a HEC-HMS

4.2. Algoritmo de cálculo

Todas las operaciones raster involucradas en la delineación de subcuencas están

basadas en la premisa de que el agua fluye siguiendo la línea de máxima pendiente.

En un MDE de estructura raster cada celda está rodeada 8 celdas, excepto las

celdas que estén en el límite del modelo que estarán bordeadas por 3 ó 5 celdas. De

acuerdo con esto, el agua que haya en una celda puede fluir hacia una o más de estas 8

celdas adyacentes según las pendientes. Este concepto es conocido como algoritmo de



32

flujo en 8 direcciones. Existen diversas variantes de este algoritmo, pero la más simple,

y la que usa HEC-GeoHMS permite que el agua que haya en una celda fluya

únicamente a otra celda adyacente, siguiendo la línea de máxima pendiente.

Con esta sencilla premisa se pueden obtener las líneas de flujo.

Una línea de flujo puede definirse como el trayecto que, a partir de un punto

inicial, sigue la línea de máxima pendiente. Por lo tanto, una línea de flujo es una

simulación simple del proceso de escorrentía superficial que, en un MDE, sólo debería

finalizar en los supuestos de alcanzar una concavidad, desembocar en el mar o llegar al

borde del modelo.

Otro concepto de interés es el de área subsidiaria, definida como el conjunto de

elementos del MDE cuyas líneas de flujo convergen en un punto único. De esta forma,

una cuenca hidrográfica puede ser definida como un área subsidiaria en la que el punto

que ejerce de sumidero tiene algunas características singulares. Un punto del modelo

será sumidero cuando cumpla alguna de las tres condiciones siguientes:

• El punto sea el de menor altitud de una concavidad.

• El punto se encuentre al borde del modelo y todos sus vecinos drenen a él.

En este caso se trata de una cuenca que no está completamente incluida en

el modelo.

• El punto esté situado en la línea de costa y drene hacia el mar.

Partiendo de un punto del modelo, la línea de flujo se construye siguiendo la

línea de máxima pendiente hasta llegar a un punto considerado como sumidero. El

proceso de construcción de una línea de flujo a partir de un punto inicial es iterativo y

consta de tres fases elementales:

1. Se fija el punto inicial de la línea.

2. Se calculan las pendientes hacia sus 8 vecinos más próximos. Pueden darse

tres casos:

2.1. Todas las pendientes son negativas. Se trata de una concavidad. Fin de

la línea.



33

2.2. Todas las pendientes son negativas y el punto está en el borde del

MDE. La cuenca continúa probablemente fuera de los límites del

MDE. Fin de la línea.

2.3. Se localiza al menos un punto con pendiente positiva. Se elige el punto

con la pendiente máxima.

3. El punto elegido (el de pendiente máxima) se incorpora a la línea de flujo y

se toma como base para volver al punto 2.

4.3. Preprocesado del terreno

El preprocesado del terreno es el primer paso en el uso de HEC-GeoHMS. En

este paso el MDE es usado como dato de entrada para obtener ocho archivos de datos

adicionales, que conjuntamente describen los patrones de drenaje de la cuenca y

permiten una primera delineación de los cauces y de las subcuencas.

Los cinco primeros archivos están en formato raster y son los siguientes:

• Dirección de flujo.

• Acumulación de flujo.

• Definición de cauce.

• Segmentación de cauce.

• Delineación de subcuencas.

Los dos siguientes corresponden a la representación vectorial de las subcuencas

y de los cauces respectivamente:

• Elaboración de las subcuencas.

• Elaboración de los tramos de cauce.

El último archivo es usado para mejorar el rendimiento de la posterior

delineación de subcuencas en el procesado de cuenca:

• Agregación de subcuencas.



34

Una vez abierto ArcView hay que cargar la extensión de HEC-GeoHMS. Para

ello hay que ir al menú File > Extensions y seleccionar HEC-GeoHMS. Una vez

cargada la extensión aparecerán dos nuevos tipos de documentos: MainView y

ProjView.

Figura 8. Vista de ArcView una vez cargada la extensión de HEC-GeoHMS:

Para realizar el preprocesado del terreno hay que abrir un nuevo “MainView”.

En la Figura 9 se observan los nuevos menús y botones que aparecen en “MainView”.

Figura 9. Vista de los nuevos menús y botones en “MainView”.



35

Ahora hay que añadir el MDE y en el menú View > Properties se tienen que

indicar las unidades del modelo y las unidades de distancia. En ambos casos serán

metros.

Ahora ya se puede proceder a realizar el preprocesado del terreno, comenzando

con el menú “Terrain Preprocessing”.

Figura 10. Vista del menú "Terrain Preprocessing".

A continuación se describe cada uno de los comandos del menú, excepto el

comando Terrain Reconditioning (Reacondicionamiento del Terreno) que se verá más

adelante.

4.3.1. Data Management (Gestión de Datos)

HEC-GeoHMS gestiona todos los archivos que son introducidos u

obtenidos asignándole una función determinada a cada uno. Por ejemplo, cuando se

añade un MDE al programa, éste considera que es el MDE “primitivo”. Después,

cuando se realiza el llenado de huecos, el programa considera que el MDE obtenido es

el MDE hidrológicamente correcto. Y así sucesivamente va asignando una función a

todos los archivos obtenidos.

En este menú se pueden cambiar las funciones asignadas a cada archivo,

así por ejemplo, se le podría indicar al programa que utilizara como modelo



36

hidrológicamente correcto el modelo “primitivo”, y así no sería necesario realizar el

llenado de huecos.

4.3.2. Fill Sinks (Llenado de huecos)

A la hora de trazar las líneas de flujo hay que considerar la posibilidad de

que el flujo se pudiese acumular en alguna depresión en el interior del MDE, y que la

red resultante no se desarrollase hasta el límite del modelo. Una depresión en un MDE

se define como la celda o conjunto de celdas rodeadas por otras celdas con una

elevación mayor, pudiendo ser debida a errores en los datos, o bien ser atributos

naturales del paisaje o excavaciones. Esto podría ocurrir por dos causas bien distintas:

1. Que esa depresión hacia donde desembocan todas las líneas de flujo

esté realmente en el terreno, como podría ser un lago sin salida o un

mar interior, o también una zona endorreica.

2. Que esa depresión sea artificial, debida a los algoritmos de

interpolación usados para obtener el MDE en formato raster a partir

de fuentes de información en formato vectorial.

Distintos autores han intentado eliminar estas depresiones mediante

técnicas de suavizado, pero las depresiones más profundas se mantienen. El método de

llenado de depresiones usado en HEC-GeoHMS consiste en completar las depresiones

incrementando los valores de las celdas en cada depresión hasta el valor de la celda con

la elevación más baja en el límite de la depresión. Así se obtiene un MDE idealizado sin

depresiones, en el que se garantiza la continuidad de la red hidrográfica.

En el caso de que las depresiones se encontraran realmente en el terreno

habría que obtener una máscara de depresiones mediante la resta entre el MDE original

y el MDE idealizado. Luego con esta máscara se determinaría el volumen y la

profundidad de las depresiones, y si se considerase oportuno, habría que caracterizarlas

para luego modelizarlas en HEC-HMS como embalses.



37

4.3.3. Flow Direction (Dirección de Flujo)

Es el primer archivo derivado del MDE sin depresiones. En este paso se

le asigna a cada celda un valor en función de la dirección hacia donde drena, que será la

dirección de la máxima pendiente. Los ocho valores posibles en función de la dirección

de drenaje son: 1 este, 2 sureste, 4 sur, 8 suroeste, 16 oeste, 32 noroeste, 64 norte y 128

noreste. Este esquema de numeración se debe al sistema binario, que es el usado por los

ordenadores, donde el 1 equivale a 00000001, el 2 a 00000010, el 4 a 00000100 y así

sucesivamente hasta el 128 que equivale a 10000000.

Figura 11. Direcciones de flujo para el modelo de ocho direcciones de flujo.

A continuación se adjunta un pequeño ejemplo para clarificar el

concepto.

En la Figura 12 se observa una porción de un MDE donde el número que

aparece en cada celda corresponde a la elevación media de esa celda. La celda del

centro de la figura, que tiene una elevación de 44 metros, solo está rodeada por dos

celdas que tienen una elevación inferior a 44. Esto limita las posibles direcciones de

flujo a dos, ya que el agua no puede fluir a una celda de mayor elevación. El agua fluirá

por hacia la celda que tenga una mayor pendiente. En este caso hay dos posibilidades:

1. Que fluya a lo largo de la diagonal, siendo la pendiente la diferencia

entre la elevación de la celda de origen y la elevación de la celda de

destino, divida por la distancia entre los centros de ambas celdas, que

en este caso es 2 veces el tamaño de celda.



38

2. Que fluya en horizontal hacia la celda con la que comparte un lado,

siendo ahora la pendiente el cociente entre la diferencia de cotas y el

tamaño de celda.

Figura 12. Cálculo de las pendientes para el modelo de ocho direcciones de flujo. En la parte izquierda la

pendiente está calculada para celdas diagonales. En la parte derecha la pendiente está calculada para

celdas con lados comunes.

En el caso mostrado la pendiente es mayor en la dirección diagonal,

fluyendo el agua en dirección sureste, y por tanto asignándole a esa celda el valor 2

como dirección de flujo.

Este proceso se repite para todas las celdas del MDE, de este modo se

crea un archivo de direcciones de flujo en formato raster donde cada celda tiene definida

su dirección de drenaje con uno de los ocho valores de la Figura 11.



39

Figura 13. Representación numérica del archivo de direcciones de flujo.

Es importante señalar que del MDE debe tener suficiente precisión en la

medida de la elevación para realizar una correcta determinación de las direcciones de

flujo. En zonas llanas, donde las ocho celdas adyacentes tienen la misma elevación que

la celda procesada, se podrían producir líneas de flujo que no corresponderían con la

realidad. En estos casos es necesario aumentar la resolución del MDE, reduciendo el

tamaño de celda, para así obtener resultados satisfactorios.

La malla de direcciones de flujo puede ser representada poniendo en

cada celda una flecha apuntando hacia la celda que drena o dibujando una línea que una

los centros de las celdas. A partir de este concepto de unir celdas es como

posteriormente se construye la red de drenaje.

Figura 14. Representación física del archivo de direcciones de flujo.



40

4.3.4. Flow Accumulation (Acumulación de Flujo)

A partir del archivo de direcciones de flujo se obtiene el archivo de

acumulación de flujo. Este paso determina el número de celdas que drenan a cada celda.

Hay que indicar que la celda de estudio no está contabilizada en el proceso.

Desde el punto de vista físico, la acumulación de flujo es una medida del

área de drenaje, expresada en unidades de celdas, que puede ser pasada a m2 o km2

multiplicando el número de celdas por el tamaño de celda del modelo.

En la siguiente figura se muestra la representación de la acumulación de

flujo:

Figura 15. Representación física y numérica de la acumulación de flujo.

4.3.5. Stream Definition (Definición de Cauce)

A partir del archivo de acumulación de flujo los cauces pueden ser

definidos mediante el uso de un valor umbral de área de drenaje o de número de celdas

de acumulación de flujo. Desde el punto de vista hidrológico, este valor umbral indica

el momento en el que se genera la escorrentía.

Todas las celdas que tengan un valor superior al valor umbral asignado

por el usuario serán clasificadas como celdas que forman parte del cauce, mientras que

las restantes celdas serán consideras como superficie del terreno que drena a los cauces

definidos. En el archivo raster resultante todas las celdas que sean consideradas como

cauce tendrán el valor 1, mientras que a las demás se le asigna el valor “NO DATA”.

Cualquier valor puede ser usado como valor umbral. HEC-GeoHMS da

por defecto como valor umbral el 1% del valor máximo de la acumulación de flujo (el



41

valor máximo de acumulación de flujo es el área de la cuenca de estudio, por lo tanto el

valor umbral definido sería el 1% del área total). Pero lógicamente, el momento en el

que se genera la escorrentía no depende únicamente del tamaño de la cuenca.

La generación de la escorrentía desde áreas naturales es un proceso

complejo, ya que involucra interacciones entre la topografía, nivel freático, duración e

intensidad de la precipitación y características de la infiltración influenciadas por el

suelo y la vegetación.

En zonas áridas y semiáridas las contribuciones que realizan a la

escorrentía en cauce tanto el flujo por saturación, el flujo subsuperficial poco profundo,

así como también el flujo subterráneo, no son significativas. Esta situación se ve

propiciada, entre otras causas, por la escasez de precipitaciones y la baja densidad de la

cobertura vegetal.

En la mayoría de las tormentas las capacidades de infiltración son

inferiores a las intensidades de precipitación, por lo que el flujo Hortoniano se convierte

en el principal proceso que interviene en la generación de escorrentía.

El flujo Hortoniano, también denominado flujo en ladera, se genera

cuando la tasa de precipitación supera la tasa de infiltración durante un episodio

lluvioso. Comienza cuando se alcanza el tiempo de encharcamiento (tiempo desde el

comienzo de la precipitación hasta que la escorrentía comienza) y una vez que el

almacenamiento en depresión es completado. Durante una tormenta la intensidad de

precipitación varía, y por ello el flujo Hortoniano puede comenzar, cesar y volver a

comenzar otra vez.

El flujo en ladera Hortoniano se genera en áreas con pobre vegetación,

principalmente en regiones semiáridas, áreas sujetas a intensidades de precipitación

elevadas, suelos arcillosos o poco profundos y en áreas urbanas. Normalmente no se

presenta en áreas forestadas o terrenos con pastos, debido a sus altas capacidades de

infiltración.

Existen otros algoritmos de cálculo que consideran para definir los

cauces distintas combinaciones entre área, pendiente y longitud de flujo. Algunos de

ellos están implementados en una barra de herramientas denominada TauDEM (Terrain

Analysis Using Digital Elevation Models), desarrollada por la Universidad de Utah y



42

que funciona bajo ArcGIS, cuya función es similar a la del menú “Terrain

Preprocessing” de HEC-GeoHMS, pero que contempla algoritmos más complejos para

el establecimiento de las direcciones de flujo y para la obtención de los cauces.

Como algoritmos para obtener los cauces, aparte del valor umbral de área

aportante que está implementado en HEC-GeoHMS, hay que destacar el valor umbral

de área y pendiente y el valor umbral de área y longitud:

• Umbral Área-Pendiente: Se considera que hay cauce cuando

CSA y >⋅ , donde A es el área contribuyente y S es la pendiente del

área contribuyente. En este algorítmo se considera que el coeficiente

“y” tiene un valor de 2 y que el valor de C es 200.

• Umbral Área-Longitud: Se considera que hay cauce cuando yLMA ⋅> , donde A es el área contribuyente y L es la máxima

longitud de flujo hacia aguas arriba de la celda considerada. Este

método está basado en la ley de Hack. Esta ley establece una relación

empírica entre la longitud de cauce y el área de la cuenca: yAL 1∝ .

Para la mayoría de las cuencas el coeficiente “y” tiene un valor

próximo a 1.7. El parámetro que el usuario debe elegir para la

obtención de los cauces es M, del que no se han encontrado

recomendaciones en la bibliografía, al tratarse de un método todavía

en fase de experimentación.

Ya que se trata de algoritmos complejos en los que la combinación de

parámetros es de difícil estimación y que no están implementados en HEC-GeoHMS, se

ha optado por usar el valor umbral de área contribuyente.

A falta de mayor información, se propone utilizar como valor umbral de

área contribuyente el valor umbral usado con el National Elevation Dataset1, que es de

5000 celdas. Como en este modelo el tamaño de celda es de 30 metros, el valor umbral

de área de drenaje será: 5000 x 30 x 30 = 4500000 m2 = 4,5 km2.

1 El National Elevation Dataset es el MDE generado por el United States Geological Survey (USGS),

y con un tamaño de celda de 30 x 30 metros es el más usado para la modelización hidrológica en EE.UU.



43

4.3.5.1.Verificación de la delineación de cauces

En este punto es donde hay que decidir si el MDE con el que se está

trabajando es adecuado, y por lo tanto se puede seguir trabajando con él hasta el final

del proceso, o si por el contrario requiere ciertas modificaciones o si hay que desecharlo

por completo.

Lo que hay que comprobar es si los cauces obtenidos por el algoritmo

de cálculo discurren en realidad por donde el programa indica. La mejor forma de

comprobarlo es poner debajo de la capa de los cauces una ortofoto de la zona de

estudio. Si se comprueba que la red definida no se aproxima lo suficiente a la red real

habrá que modificar el MDE. Este proceso de modificación está compuesto por dos

partes: la primera es realizar un reacondicionamiento del terreno con HEC-GeoHMS y

la segunda es modificar los datos de partida para obtener un nuevo MDE. Hay que

señalar que el proceso de modificación es un proceso iterativo y que el usuario deberá

elegir el valor de los parámetros a modificar y decidirá cuando el resultado es aceptable

en base a su experiencia y a la comprobación in situ de las zonas conflictivas.

4.3.5.2.Reacondicionamiento del terreno

Esta primera parte de la modificación del MDE se realiza en HEC-

GeoHMS, en el menú “Terrain Preprocessing” y con el comando “Terrain

Reconditioning”. Para realizar este paso es necesario disponer de la red de drenaje del

terreno en formato shapefile. Si no se dispone de ella pero se tiene una ortofoto de la

zona de estudio se puede crear un shapefile de líneas y dibujar los cauces sobre la

ortofoto. De esta forma se dispondrá de la red real.

Lo que se hace con el reacondicionamiento del terreno es modificar

los datos de elevación del MDE para hacerlos más consistentes con la red de drenaje.

Esto implica asumir que la información de la red de drenaje es más fiable que la

información cartográfica usada para obtener el MDE. Normalmente ambas

informaciones tendrán la misma fiabilidad, excepto en las zonas urbanas, donde, como

se comentó anteriormente, las curvas de nivel quedan cortadas por las edificaciones, y

por lo tanto, los datos de elevación del MDE no serán muy fiables.



44

El algoritmo usado para realizar el reacondicionamiento se conoce

como “AGREE2”. Este algoritmo lo que hace es modificar la elevación de la celda por

donde pasa el cauce una cierta cantidad definida por el usuario. Después se modifica la

elevación de una cantidad de celdas que forman parte de la sección transversal, para

crear una transición gradual de la sección desde la orilla hasta el fondo del cauce.

Por lo tanto el usuario necesita definir tres parámetros:

• Vector buffer (cells): Número de celdas alrededor del vector que

define el centro del cauce en que se realizará el

reacondicionamiento.

• Smooth drop/raise: Número de unidades que será modificada la

elevación de la celda que define el centro del cauce. Si el número

es positivo se bajará el cauce, si es negativo se elevará.

• Sharp drop/raise: Número de unidades adicionales en que será

modificada únicamente la elevación de la celda del centro del

cauce.

Figura 16. Sección transversal antes y después del reacondionamiento.

2 Originalmente desarrollado por Ferdi Hellweger en 1997.



45

Una vez realizado el reacondicionamiento se obtendrá un nuevo

MDE en formato raster, con el que nuevamente se realizará el proceso de llenado de

huecos, direcciones de flujo, acumulación de flujo y verificación de los cauces con la

ortofoto. El reacondicionamiento es un proceso en el que el usuario debe elegir los

parámetros de forma iterativa, considerando los resultados anteriores en un proceso de

prueba y error.

4.3.5.3.Modificación de los datos de partida

Si después de realizar un cierto número de reacondicionamientos el

usuario considera que la red de drenaje obtenida no es suficientemente parecida a la red

de drenaje real los datos de partida para obtener el MDE deben ser modificados, por lo

que habrá que desechar el MDE “primitivo” y todos los archivos obtenidos a partir de

éste. La modificación puede consistir en eliminar puntos que hacen de barrera e impiden

al flujo drenar por su camino real, o al contrario, crear puntos que formen una barrera

artificial para evitar que la red de drenaje se desvíe de su trazado real. Este proceso, al

igual que el reacondicionamiento es un proceso iterativo.

4.3.6. Finalización del preprocesado de la cuenca

El preprocesado de la cuenca finaliza realizando una serie de pasos que

se describen a continuación.

• Stream Segmentation (Segmentación de Cauce)

En este paso se divide el cauce en distintos tramos. Cada tramo de

cauce está formado por el punto de inicio de un cauce y una unión, por dos uniones o

por una unión y el punto final del cauce. Entonces a todas las celdas que formen parte

de un mismo tramo se les asignará el mismo número.

• Watershed Delineation (Delineación de Subcuenca)

Este paso delinea la subcuenca que vierte a cada tramo de cauce

definido en el paso anterior.



46

• Watershed Polygon Processing (Elaboración de las Subcuencas)

Este paso convierte el archivo en formato raster de las subcuencas

obtenidas en el paso anterior a un archivo en formato vectorial.

• Stream Segment Processing (Elaboración de los tramos de cauce)

Este paso convierte los cauces a formato vectorial.

• Watershed Aggregation (Agregación de Subcuenca)

Este paso agrega las subcuencas hacia aguas arriba en cada

confluencia de los cauce. Aunque no tiene ningún significado hidrológico es un paso

necesario, ya que mejora el proceso posterior de delineación de subcuencas y mejorar la

extracción de los datos.

4.4. Extracción de la cuenca de estudio

Una vez que ya se ha completado el preprocesado del terreno hay que extraer la

cuenca hidrográfica de estudio. Para ello hay que definir el punto de drenaje de la

cuenca. Esto se realiza con el menú “HMS Project Setup” en “MainView”.

En primer lugar hay que seleccionar “Start New Project”. El programa solicitará

un nombre para el nuevo proyecto que se va a crear. Después de dar el nombre hay que

seleccionar el botón especificar punto de salida y hacer clic sobre el punto de salida

de la cuenca. Seguidamente se selecciona el comando “Generate Project” y se indica

“Original stream definition”. De esta forma el nuevo proyecto se va a generar en base al

valor umbral para la definición de cauces indicado para la definición de cauces.

También se puede generar el nuevo proyecto en base a otro valor umbral seleccionando

“A new threshold”.

Una vez que la extracción de la cuenca de estudio es realizada los datos

aparecen en la ventana “ProjView”. Como se puede observar en la Figura 17, en la

ventana “ProjView” desaparecen los menús usados y aparecen nuevos menús y botones.

Es en esta ventana en la que se realizará el procesado hidrológico, consistente en el

procesado de cuenca, la obtención de las características físicas de cauces y subcuencas,

la estimación de los parámetros hidrológicos y la exportación de los datos a HEC-HMS.



47

Figura 17. Vista de los nuevos menús y botones en "ProjView".

4.5. Procesado de cuenca

Las herramientas que aparecen en el menú “Basin Processing” permiten

combinar o dividir subcuencas de forma interactiva, así como delinear subcuencas a

partir de un punto determinado.

• Basin Merge (Unión de Subcuencas)

Con esta herramienta se pueden unir varias subcuencas previamente

seleccionadas con el botón de selección . La unión se realiza de forma interactiva

presentando el resultado de la unión con una línea roja exterior, permitiendo al usuario

examinar el resultado y aceptar o cancelar la operación. Para que dos o más subcuencas

puedan unirse deben tener un punto confluencia común o ser adyacentes en forma de

aguas arriba hacia aguas abajo, es decir, que una subcuenca pueda verter en otra.

• Basin Subdivision (Subdivisión de Subcuencas)

Para dividir una subcuenca hay que usar el botón . Esta división se puede

realizar de tres maneras:

1. División de una subcuenca sobre un cauce existente

4. División de una subcuenca sin cauce existente

5. División de una subcuenca sobre un tributario

• River Merge (Unión de Cauces)

Cuando dos o más subcuencas son unidas en una sola es necesario combinar los

tramos de cauce de las subcuencas unidas para indicar que ahora pertenecen a una

misma subcuenca.



48

• River Profile (Perfil del Cauce)

La herramienta “River Profile” proporciona información sobre la pendiente de

un tramo de cauce seleccionado, que puede ser usada para la división de subcuencas. El

perfil del cauce es creado mediante los valores de elevación extraídos del MDE a lo

largo del cauce. El perfil se puede obtener de dos formas: teniendo la capa River.Shp

seleccionada se pulsa en el botón de selección , se seleccionan uno o varios cauces

continuos y se elige “River Profile” en el menú “Basin Processing”, o teniendo activada

la capa River.Shp se pulsa en el botón de obtener perfil y luego se elige el tramo o

tramos de cauce.

Una vez que se obtiene el perfil se puede dividir la subcuenca en el punto en el

que se produzca un cambio importante en la pendiente. Para ello hay que seleccionar el

botón de dividir el perfil cuando el gráfico del perfil del cauce esté activo y hacer

clic en el punto aproximado donde se produce el cambio de pendiente. Entonces

aparecerá la pantalla principal con la división de la subcuenca y se preguntará al usuario

si acepta o no la división. Si se acepta la división el programa pedirá dar un nombre al

punto de división creado.

4.6. Características de Cauces y Subcuencas

HEC-GeoHMS permite la extracción de varias características físicas de los

cauces y de las subcuencas. Estas características son almacenadas en tablas de atributos,

que pueden ser exportadas a hojas de cálculo o a otros programas. A partir de las

características físicas se obtendrán posteriormente los parámetros hidrológicos, que

forman parte de los datos de conforman en modelo hidrológico. La obtención se las

características físicas se realiza en el menú “Basin Characteristics”.

En las dos tablas siguientes se recogen las características físicas más

importantes, para los cauces y para las subcuencas, y el encabezado asociado a cada una

en la tabla de atributos. La capa donde se almacenan los datos de los cauces se llama

“River.Shp” y la capa donde se almacenan los datos de las subcuencas se llama

“WaterShd.Shp”.



49

Característica física Encabezado en tabla de atributos Longitud Riv_Length

Altitud del inicio del tramo us_Elv Altitud del final del tramo ds_Elv

Pendiente del tramo Slp_Endpt

Tabla 14. Características físicas de los cauces. Capa “River.Shp”.

Característica física Encabezado en tabla de atributos Área Area

Máxima longitud de flujo Longest_FL Máxima altitud USElv Mínima altitud DSElv

Pendiente de Longest_FL Slp_EndPt

Tabla 15. Características físicas de las subcuencas. Capa “WaterShd.Shp”.

A continuación se describe el funcionamiento de cada uno de los comandos del

menú “Basin Characteristics”.

• River Length (Longitud del Cauce)

Con este paso se obtiene la longitud de todos los cauces y se almacena en la

tabla de atributos del archivo de cauces, con el encabezado Riv_Length.

• River Slope (Pendiente del Cauce)

Este paso extrae las elevaciones de los puntos de inicio y fin de cada tramo de

cauce y con la longitud obtenida en el apartado anterior calcula la pendiente. Los datos

de elevación y pendiente se guardan en la tabla de atributos de los cauces, bajo los

encabezados “us_Elv”, “ds_Elv” y “Slp_Endpt”.

Una vez seleccionado “River Slope” hay que indicar las unidades verticales del

MDE, que normalmente serán metros.

• Basin Centroid (Centroide de Subcuenca)

El cálculo del centroide de una subcuenca a partir del cálculo de los momentos

respecto a los ejes X e Y no está implementado porque el centroide podría quedar fuera



50

de la subcuenca de estudio y caer sobre otra. Por este motivo HEC-GeoHMS

implementa cuatro métodos aproximados para la obtención del centroide de cada

subcuenca:

1. Bounding Box

Este método rodea la subcuenca con un rectángulo y asigna como

centroide de la subcuenca el centro del rectángulo. Es un método muy rápido pero no es

aplicable a la mayoría de las subcuencas.

2. Ellipse Method

A diferencia del anterior, este método rodea la subcuenca con una elipse

y coloca el centroide en el centro de la elipse. Es algo más lento pero generalmente

produce resultados más satisfactorios.

3. Flow Path

Este método calcula la máxima longitud de flujo en una subcuenca y

coloca el centroide en su punto medio.

4. User-Specified Centroid Location

Cuando los tres métodos anteriores no producen resultados satisfactorios

el usuario puede colocar el centroide en cualquier punto de la subcuenca.

Hay que indicar que realmente el centroide de cuenca no es una característica

que tenga una aplicación directa en la modelización hidrológica. En HEC-GeoHMS es

necesario calcularlo para poder situar posteriormente los elementos hidrológicos que

forman el modelo de cuenca de HEC-HMS.

• Longest Flow Path (Máximo Camino de Flujo)

Este paso calcula una serie de características físicas de la cuenca, como son la

máxima longitud de flujo, la elevación aguas arriba, la elevación aguas abajo, la

pendiente entre ambos puntos y la pendiente entre el 10% y el 85% de la máxima

longitud de flujo. Se genera un nuevo archivo llamado “Longestfp.Shp”, en cuya

representación gráfica aparece el máximo recorrido del agua en cada subcuenca. Todas

las características calculadas son almacenadas también en las tablas de atributos de

“Longestfp.Shp” y de “WaterShd.Shp”. De todas las características obtenidas las más



51

importantes son la máxima longitud de flujo, que está bajo el encabezado

“Longest_FL”, y la pendiente de la máxima longitud de flujo, que está bajo el

encabezado “Slp_EndPt”. Es con estas dos características con las que posteriormente se

determinará el tiempo de concentración de cada subcuenca, parámetro de entrada

necesario para HEC-HMS.

• Centroidal Flow Path (Camino de Flujo desde el Centroide)

Este paso calcula la longitud que recorre el flujo en una subcuenca desde la

proyección del centroide de la subcuenca sobre el máximo camino recorrido por el flujo

hasta el punto de salida de la subcuenca.

4.7. Estimación de los parámetros hidrológicos

Cuando las características físicas de los cauces y de las subcuencas han sido

extraídas hay que calcular los parámetros hidrológicos. Este cálculo se puede hacer de

dos formas: mediante una hoja de cálculo o mediante el menú “Hydrologic Parameters”

de HEC-GeoHMS. Este menú está preparado para utilizar los datos y las fórmulas

americanas, por eso es más conveniente realizar el cálculo de los parámetros

hidrológicos externamente con hoja de cálculo en lugar de utilizar este menú.

Los parámetros hidrológicos a determinar son el tiempo de concentración de

cada subcuenca y su Número de Curva.

4.7.1. Tiempo de concentración

El tiempo de concentración es el parámetro utilizado habitualmente para

caracterizar la respuesta de una cuenca ante episodios aislados de lluvia. En la literatura

existen diferentes definiciones de este concepto:

1. Tiempo que tarda una gota de agua, situada en el punto más alejado

(desde el punto de vista hidráulico) en alcanzar el punto de desagüe

de la cuenca.

2. Tiempo de equilibrio, al cabo del cual se estabiliza el caudal en el

punto de desagüe de la cuenca, bajo precipitación uniforme.



52

3. Tiempo transcurrido entre el final de la lluvia neta y el punto de

inflexión de la curva de descenso del hidrograma correspondiente.

Ante a imposibilidad de obtener el tiempo de concentración de una

cuenca a partir de datos específicos sobre caudales y precipitaciones hay que recurrir al

empleo de fórmulas empíricas. Aunque son muchas las fórmulas que aparecen en la

bibliografía, en este estudio sólo se comentan las dos más conocidas:

a) Fórmula de Kirpich

Esta fórmula, fue calibrada con base a los datos registrados en 7 cuencas

rurales de Tennesse, en Estados Unidos. Las cuencas consideradas presentaban una

superficie inferior a 50 hectáreas (0.5 km2) y cauces bien definidos, con pendientes que

oscilaban entre el 3 y el 10 %. Su expresión en unidades métricas es la siguiente:

385.0

77.0

0195.0JLtc = (8)

donde:

tc: Tiempo de concentración en minutos.

L: Longitud en metros.

J: Pendiente en m/m.

b) Fórmula de Témez

En la publicación del Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo

“Cálculo Hidrometerológico de Pequeñas Cuencas Naturales”, de 1978, J.R. Témez

propuso una fórmula de cálculo del tiempo de concentración, de amplia difusión en

España, que se incluye en la formativa 5.2-IC de drenaje superficial, y cuya expresión

es:

76,0

25,03,0 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

JLtc (9)

donde:

tc: Tiempo de concentración, en horas.



53

L: Longitud máxima del flujo en km.

J: Pendiente del tramo en m/m.

Esta fórmula está basada en la establecida por el U.S. Corps of Engineers

para el tiempo de demora, expresada en la forma siguiente:

76,0

25,0126,0 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

JLt g (10)

siendo tg el tiempo de demora en horas.

El tiempo de demora se puede definir como la diferencia existente entre

el tiempo correspondiente al centro de gravedad del hietograma de precipitación neta y

el correspondiente al centro de gravedad de hidrograma que produce. El análisis de la

información recogida en varias cuencas americanas y españolas permitió establecer una

relación entre ambos tiempos del orden de 0,45, dando finalmente como resultado la

fórmula de Témez.

En este estudio se ha utilizado la fórmula de Témez ya que es la única

que ha tenido una cierta calibración en España y es la más usada en el territorio

nacional, estando sus resultados ampliamente aceptados.

4.7.2. Número de Curva

El Número de Curva es un parámetro que sirve para estimar la

infiltración del terreno. Depende del tipo de suelo, del uso y tratamiento del mismo, de

su condición de humedad antecedente y de la pendiente. La infiltración estimada con el

método del mismo nombre será descontada de la precipitación de cálculo para así

obtener la precipitación neta o efectiva, estimándose a partir de ésta la escorrentía

superficial.



54

4.8. Exportar datos a HEC-HMS

El objetivo último de HEC-GeoHMS es obtener una serie de datos hidrológicos

que formarán parte de los datos de entrada para HEC-HMS.

Como los parámetros hidrológicos serán calculados externamente y el modelo

meteorológico también se calculará externamente, únicamente se exportará el modelo

de cuenca con el área de las subcuencas y el mapa de fondo con los cauces y

subcuencas.

Las herramientas, que están en el menú “HMS”, permiten nombrar

automáticamente los cauces y las subcuencas, comprobar si hay errores en la

conectividad entre cauces y subcuencas y producir el esquema del modelo de cuenca

para HEC-HMS.

• Reach AutoName (Autonombrado de los Cauces)

Este proceso nombra los cauces en una secuencia desde aguas arriba hacia

aguas abajo. El nombre de cada cauce combina la letra “R” (que viene del inglés Reach)

con un número. Por ejemplo, el tramo de aguas arriba empieza con R10 y luego R20,

R30, R40 y así sucesivamente hacia aguas abajo. Los nombres se almacenan en la tabla

de atributos de la capa “River.Shp”, en la columna “Name”.

El usuario puede cambiar estos nombres dados por defecto. Para ello basta con

iniciar una edición y modificar los valores en la tabla de atributos.

• Basin AutoName (Autonombrado de la Subcuencas)

Este proceso nombra las subcuencas de forma similar a como se nombran los

cauces, con la variación de que en este caso la letra “R” se sustituye por una “W” (del

inglés Watershed). El nombre de cada subcuenca estará en la columna “Name” de la

tabla de atributos de la capa “WaterShd.Shp” y de igual forma que con los cauces se

puede cambiar su nombre.

• Map to HMS Units (Unidades del mapa a HMS)

Este paso convierte las características físicas de los cauces y subcuencas,

expresadas en unidades de mapa a unidades de HMS. Las unidades de mapa son las

unidades de los datos del terreno, que normalmente son metros. El usuario tiene la

opción de convertir las unidades del mapa a unidades inglesas o a unidades del Sistema



55

Internacional para trabajar en HMS. El proceso de conversión de unidades añadirá tres

columnas en la tabla de atributos de “River.Shp” (“Riv_Length_HMS”, “us_Elv_HMS”

y “ds_Elv_HMS”) y seis en la tabla de atributos de “WaterShd.Shp”

(“LongestFL_HMS”, “CentroidalFL_HMS”, Elevation_HMS”, “USElv_HMS”,

“DSElv_HMS” y “Area_HMS”). En el caso de estar trabajando en metros los valores

no cambiarán, simplemente se generarán nuevas columnas cuyo encabezado acabará en

“_HMS” y que serán los datos que luego van a ser exportados a HEC-HMS.

• HMS Data Check (Comprobación de datos de HMS)

Este paso lo que hacer es verificar la consistencia y la conectividad de la

estructura hidrológica del modelo. El programa comprueba que los cauces, las

subcuencas y los puntos de salida tienen nombres únicos. Además confirma que los

cauces y los centroides están dentro de su subcuenca correspondiente y que los cauces

están conectados con puntos característicos del modelo hidrológico. Este proceso de

verificación genera un archivo llamado “SkelConsChk.txt “. Este archivo debe ser

revisado por el usuario para ver posibles errores, ya que el programa no indica por sí

solo los errores, únicamente señala que se ha creado el fichero de verificación.

• HEC-HMS Basin Schematic (Esquema de Cuenca de HEC-HMS)

El esquema de cuenca de HMS es la representación SIG del modelo hidrológico

de cuenca, con los elementos de la cuenca y su conectividad. Este paso crea un shapefile

de puntos “HMSPoint.shp” y otro shapefile de líneas “HMSConnect.shp”.

El archivo “HMSPoint.shp” contiene puntos característicos como el centroide

de cada subcuenca, los puntos de unión de cauces y el punto de salida.

El archivo “HMSConnect.shp” contiene las líneas que unen las subcuencas.

• HMS Legend (Leyenda de HMS)

Este paso implementa al modelo la simbología de HEC-HMS para representar

los puntos y líneas características como elementos hidrológicos. Hay dos opciones:

“HMS Legend” o “Regular Legend”.



56

• Add Coordinates (Añadir Coordenadas)

Este paso asigna coordenadas geográficas a los elementos hidrológicos en las

tablas de atributos de “HMSPoint.shp” y “HMSConnect.shp”. Con esto se asegura que

la información geográfica no se pierda.

• Background Map File (Mapa de fondo)

Este paso captura la información geográfica de los límites de las subcuencas de

los cauces en un fichero de texto ASCII que puede ser utilizado como mapa de fondo en

HEC-HMS.

• Lumped Basin Model (Modelo de Cuenca Agregado)

Este paso captura los elementos hidrológicos, su conectividad e información

geográfica en un archivo de texto ASCII que puede ser leído por HMS. Este archivo

sólo puede ser utilizado para modelos agregados.



57

5. Obtención de los caudales punta mediante HEC-HMS

5.1. Descripción

HEC-HMS es programa desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los EE.UU.

para simular el proceso de Precipitación-Escorrentía. Permite modelización tanto

agregada como distribuida así como simulación continua y de eventos.

Un proyecto de HEC-HMS está compuesto básicamente por cuatro bloques:

Modelo de cuenca: La representación física de la cuenca se realiza mediante el

modelo de cuenca. El modelo de cuenca es construido mediante la conexión de una

serie de elementos hidrológicos, de modo que formen una red que refleje el movimiento

real del agua en la cuenca. El proceso de cálculo se realiza desde los elementos situados

aguas arriba hacia aguas abajo. La mayoría de los elementos hidrológicos requieren

parámetros para que el programa pueda modelar el proceso hidrológico representado

por el elemento. Los tres elementos fundamentales son: subcuenca, tramo de tránsito y

confluencia.

• En el elemento subcuenca hay implementados varios modelos matemáticos

para describir los tres procesos físicos que se producen en él, que son:

pérdidas de precipitación por infiltración, transformación del exceso de

precipitación en escorrentía a través de un cauce y hasta un único punto de

salida y aportes de flujo base.

• En el elemento tramo de tránsito el proceso a modelizar es el movimiento de

una onda a través de un cauce, que está sujeto a dos procesos: traslación y

atenuación. La traslación es el movimiento hacia aguas abajo de la onda sin

cambiar su forma. La atenuación cambia la forma del hidrograma

reduciendo su pico y extendiendo el tiempo base a medida que la onda se

desplaza.

• Una confluencia lo que hace es sumar dos o más caudales entrantes para dar

un único caudal de salida, sin atenuación ni traslación.

Modelo meteorológico: El análisis de los datos meteorológicos es realizado a través

del modelo meteorológico, que incluye los datos de precipitación, evapotranspiración y



58

derretimiento nival. Con el modelo meteorológico lo que se hace es asignar el valor de

precipitación que le corresponde a cada subcuenca y como se distribuye en el tiempo,

descontando las pérdidas por evapotranspiración y añadiendo los posibles aportes

procedentes del derretimiento nival.

Especificaciones de control: Las especificaciones de control incluyen las horas de

inicio y fin de la simulación, así como el intervalo temporal de cálculo.

Resultados de la simulación: Para crear una simulación hay que combinar un

modelo de cuenca, un modelo meteorológico y unas especificaciones de control. Los

resultados de la simulación pueden verse tanto para la cuenca completa como para un

elemento en particular, y en formato tabla o en formato gráfico.

5.2. Métodos de cálculo elegidos

Los métodos de cálculo elegidos en este estudio son:

• Método del Número de Curva del Soil Conservation Service3 (SCS) para las

pérdidas por infiltración.

• Hidrograma Unitario del SCS para el proceso de transformación

precipitación neta-escorrentía.

• Método de Muskingum-Cunge para los tránsitos en cauce.

Los aportes por flujo base no se consideran ya que en la zona de estudio no se

dan. Tampoco se consideran las pérdidas por evapotranspiración, ya que la

modelización de avenidas es un proceso de tipo evento, cuya duración es de unas pocas

horas, o a lo sumo dos o tres días, siendo por tanto despreciables las posibles pérdidas

ocasionadas por la evapotranspiración en tan corto espacio de tiempo.

Respecto al modelo meteorológico no se han usado los patrones de distribución

de precipitación que lleva implementados el programa, sino que se han creado los

hietogramas de precipitación externamente.

3 Ahora es el Natural Resources Conservation Service (NRCS).



59

5.2.1. Método del Número de Curva del SCS

El método del Número de Curva (CN) es una técnica semiempírica

desarrollada por el SCS para estimar la infiltración.

Este método considera todas las pérdidas netas menos la evaporación

real. Para tormentas simples presume que se cumple la siguiente relación: el

escurrimiento real “Q” es al escurrimiento potencial “P” como el déficit real “P-Q” es al

déficit potencial “S”. Matemáticamente:

SQP

PQ −= (11)

Si se despeja “Q” de la ecuación anterior:

SPPQ+

=2

(12)

Introduciendo una retención inicial denominada “Ia”:

( )SIaP

IaPQ+−

−=

2

(13)

La expresión anterior es válida si se cumple que IaP ≥ y FIaS +≥ ,

siendo “F” el volumen infiltrado. La retención inicial “Ia” incluye la intercepción por la

cobertura vegetal, el almacenamiento superficial y la infiltración. Empíricamente

SIa %20≈ . Remplazando este valor de “Ia” en la ecuación anterior se obtiene

finalmente:

( )SPSPQ

8,02,0 2

+−

= (14)

El parámetro “S” se expresa en función del Número de Curva (CN),

mediante la siguiente ecuación:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅= 1010004,25

CNS (15)

El parámetro “S” varía desde 0 hasta un valor indefinido, por ello se

expresa en función del Número de Curva, ya que este valor en cambio varía entre 0 y

100.



60

El parámetro del Número de Curva, que se encuentra tabulado, depende

de tres parámetros:

• Tipo de suelo, relacionado con el potencial de escurrimiento del

suelo.

• Uso y tratamiento del suelo.

• Condición de humedad antecedente.

Respecto al tipo de suelo hay que clasificarlo en uno de los cuatros

grupos hidrológicos existentes. Estos grupos van desde A hasta D, representando el

grupo A un potencial de escurrimiento mínimo y el D un potencial de escurrimiento

alto. Para asignar a un suelo un grupo determinado hay que considerar su composición,

su textura y la profundidad del nivel freático.

Grupo Infiltración (cuando están muy húmedos) Potencia Textura Drenaje

A Rápida Grande Arenosa Arenosa-limosa

Prefecto

B Moderada Media a grande

Franca Franco-arcillosa-

arenosa Franco-limosa

Bueno a moderado

C Lenta Media a pequeña

Franco-arcillosa Franco-arcillo-

limosa Arcillo-arenosa

Imperfecto

D Muy lenta

Pequeña (litosuelo) u horizontes de

arcilla

Arcillosa Pobre o muy pobre

Tabla 16. Clasificación de suelos a efectos del umbral de escorrentía.



61

Figura 18. Diagrama triangular para la determinación del grupo hidrológico del suelo en función de la

textura.

El uso y tratamiento del suelo es otro aspecto importante a considerar, ya

que tiene la particularidad de poder cambiar estacionalmente.

La condición de humedad antecedente se refiere a la precipitación caída

en los cinco días anteriores a la fecha de estudio. Hay tres condiciones: condición I para

suelos secos, condición II para suelos con una humedad promedio y condición III para

suelos con mucha humedad. En estudios de avenidas normalmente se considera la

condición II o III.

5.2.2. Hidrograma unitario del SCS

El método del hidrograma unitario del SCS fue originalmente

desarrollado a partir de datos observados en pequeñas cuencas agrícolas de los Estados

Unidos. En este hidrograma el caudal de descarga para un tiempo cualquiera es función

del caudal pico y del tiempo al pico del hidrograma producido. El caudal pico es a su



62

vez función del tiempo al pico y del área de la cuenca. Por lo tanto es el tiempo al pico

el parámetro que define el hidrograma.

El tiempo al pico en este hidrograma se define como la suma de la mitad

de la duración de la precipitación efectiva y un tiempo denominado tiempo lag o de

retraso. Conceptualmente este tiempo de retraso se define como la distancia entre el

centro de gravedad de la precipitación neta y el pico del hidrograma producido. Este

tiempo es el que hay que introducir en el programa, y empíricamente se asume que es

igual al 60% del tiempo de concentración de la cuenca, expresado en minutos.

Hidrograma adimensional del SCS

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

t / tp

Q /

Qp

Figura 19. Hidrograma adimensional del SCS.

5.2.3. Método de Muskingum-Cunge

En los puntos en los que se unen varios elementos hidrológicos y el flujo

resultante viaja en cauce es necesario realizar un tránsito del hidrograma entrante para

obtener el hidrograma de salida. Este tránsito estará formado por una traslación y una

atenuación del hidrograma de entrada.

En este trabajo se propone usar el método de Muskingum-Cunge, que es

una modificación del método de Muskingum. El método de Muskingum, aunque está

muy aceptado y es muy fácil de usar, incluye parámetros que no están físicamente



63

basados y por lo tanto son difíciles de estimar. Una extensión del método de

Muskingum es el método de Muskingum-Cunge que supera estas limitaciones.

El método de Muskingum original se basa en la solución de la ecuación

de la continuidad, que para un tramo de un cauce establece que:

Q entrada - Q salida = Variación del almacenamiento / ∆t, es decir:

tSOI ∆∆=− (16)

donde:

I: Caudal de entrada medio

Q: Caudal de salida medio.

∆S = S2 – S1: Variación del almacenamiento en el intervalo ∆t.

Para calcular con exactitud los caudales medios en cada intervalo de

tiempo ∆t se debería disponer de un hidrograma continuo, pero si solamente de dispone

de un dato de caudal para cada ∆t los caudales medios pueden ser evaluados haciendo la

media de los caudales en dos ∆t consecutivos. Así la expresión 16 quedaría:

tSSOOII

∆−

=+

++ 122121

22 (17)

El almacenamiento (S) en un tramo del cauce puede descomponerse en

dos partes: un almacenamiento en prisma, que es proporcional al caudal de salida (O), y

un almacenamiento en cuña, que es función de la diferencia entre el caudal de entrada y

el de salida (I-Q), ya que cuanto mayor sea la diferencia más pronunciada será la cuña:

Figura 20. Almacenamiento en prisma y en cuña en un tramo de cauce.



64

OKS prisma ⋅= (18)

( )OIXKScúña −⋅⋅= (19)

Sumando las dos expresiones anteriores se obtiene:

( )[ ]OXIXKS ⋅−+⋅= 1 (20)

siendo:

S: Almacenamiento en el tramo de cauce considerado.

I: Caudal de entrada al tramo.

O: Caudal de salida del tramo.

K, X: Constantes para el tramo.

Si se aplica la ecuación 20 a dos incrementos de tiempo consecutivos se

obtiene:

( )[ ]111 1 OXIXKS ⋅−+⋅= (21)

( )[ ]222 1 OXIXKS ⋅−+⋅= (22)

Sustituyendo las dos expresiones anteriores en la ecuación 17 y

despejando O2 resulta finalmente la expresión utilizada para el cálculo:

1211202 OCICICO ++= (23)

siendo:

I1, I2: Caudales de entrada en dos incrementos de tiempo sucesivos.

O1, O2: Caudales de salida en los mismos incrementos de tiempo.

( ) ( )tKXKtKXC ∆+−∆+−= 5.0/5.00 (24)

( ) ( )tKXKtKXC ∆+−∆+= 5.0/5.01 (25)

( ) ( )tKXKtKXKC ∆+−∆−−= 5.0/5.02 (26)

K, X: Constantes que dependen de cada tramo de cauce.

Nótese que 1210 =++ CCC



65

“K” puede asimilarse al tiempo de recorrido de la onda de un extremo a

otro del tramo estudiado, debiendo expresarse en las mismas unidades que ∆t (horas o

días).

“X” es una constante que en teoría puede estar entre 0 y 0.5, pero que

normalmente vale entre 0.2 y 0.3. Junto con el valor de K, de ella va a depender la

mayor o menor amortiguación del hidrograma a lo largo del tramo del cauce. Si por

ejemplo K=∆t y X=0.5, el hidrograma de salida es idéntico al de entrada pero

desplazado a la derecha un tiempo igual a K.

La principal problemática de este método es la determinación de K y X,

ya que para su estimación se necesitan conocer los caudales de entrada y salida

simultáneos para el tramo de cauce de estudio.

En el método de Muskingum-Cunge el cálculo de las constantes K y X se

realiza mediante parámetros del cauce:

cxK /∆= (27)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∆⋅⋅⋅

−=xcSB

QX0

121 (28)

siendo:

∆x: Longitud del tramo de cauce considerado.

c: Celeridad = Velocidad media · m

Velocidad media: Velocidad obtenida con la expresión de Manning:

2/10

3/21 SRn

V ⋅⋅= (29)

m: Aproximadamente 5/3 para cauces naturales amplios.

S0: Pendiente media del tramo.

Q: Caudal.

B: Ancho del cauce.



66

Por lo tanto, los parámetros necesarios para aplicar el método de

Muskingum-Cunge son:

• Longitud del tramo

• Pendiente media del tramo

• Coeficiente de rugosidad del tramo

• Forma y dimensiones de la sección

5.3. Obtención de los Números de Curva

En este escrito se comentan dos métodos distintos para la obtención del Número

de Curva mediante herramientas SIG. Ambos requieren cierta experiencia y habilidad

en el trabajo con SIG, ya que hay que realizar continuas modificaciones en las tablas de

atributos, creando nuevos campos, realizando uniones entre tablas, combinando campos,

reclasificando distintas tablas y multiplicándolas, etc.

El primer método es el que viene implementado en HEC-GeoHMS, en el menú

“Utility” en “ProjView”. Este método está basado en las tablas originales del SCS, en

las que el Número Curva se calcula como función de la combinación del uso y del tipo

de suelo, sin que la pendiente tenga que ser determinada. Este método es bastante

laborioso ya que el algoritmo de cálculo está preparado para trabajar con las bases de

datos geológicas y de usos de suelo de los Estados Unidos, siendo estas bases de datos

totalmente distintas de las de España.

El segundo método está basado en la publicación del CEDEX “Generación

automática del Número de Curva con Sistemas de Información Geográfica”. Este

método está basado en la transformación de las tablas del umbral de escorrentia (P0) a

valores de Número de Curva. Los valores de P0 se usan en el método de la Instrucción

de Drenaje 5.2-IC del Ministerio de Fomento para determinar los caudales punta. El

valor de P0, además de depender del uso y del tipo de suelo, depende también de la

pendiente, por lo que la diferencia fundamental entre ambos métodos para obtener los

Números de Curva está en considerar o no la pendiente del terreno.



67

La fórmula empleada para pasar de P0 a CN es la siguiente:

( )0505000

PCN

−= (30)

5.3.1. Tratamiento de la información geológica

La información geológica corresponde a los mapas geológicos editados

por el Instituto Tecnológico GeoMinero de España en 1977, a escala 1:50.000 y en

formato shapefile.

El tratamiento a realizar con la información geológica es asignarle a cada

elemento de la leyenda un grupo hidrológico del suelo A, B, C o D. La asignación de un

grupo hidrológico a una clase geológica no es directa, por lo que hay que realizar un

estudio de la memoria geológica de cada hoja, donde se dan indicaciones más precisas

de cada tipo de suelo. En la Tabla 17 se muestra una clasificación propuesta.

5.3.2. Tratamiento de la información de usos de suelo

La información utilizada para la caracterización de los usos del suelo en

este proyecto ha sido la suministrada por el proyecto CORINE Land Cover 2000

(CLC2000). El objetivo fundamental del proyecto CLC es la captura de datos de tipo

numérico y geográfico para la creación de una base de datos sobre la cobertura y uso de

todo el territorio europeo, y la permanente actualización de dicha base de datos

geográfica. La nomenclatura es jerárquica, distinguiendo 5 niveles y 85 clases.

La escala cartográfica de esta base de datos es 1:100.000, aunque

utilizando como referencia IMAGE2000 se ha conseguido que la precisión cartográfica

mínima sea de 25 metros. Esta es la gran ventaja del proyecto CORINE, ya que la

identificación de cada punto es muy buena, aunque por contra existe el inconveniente de

que los bordes de los polígonos no están bien definidos. Este inconveniente se puede

solucionar modificando los polígonos sobre una ortofoto tomada en fecha similar a la

captura de la información del CORINE (año 1999-2000).

Será necesario realizar dos transformaciones de la leyenda de usos del

suelo, una para cada método de obtención del Número de Curva.



68

Codigo_DLO Grupo Aluviones y Coluviones actuales A

Arenas y margas B Areniscas rojas, filitas, cuarcitas y pizarras C

Basaltos D Calizas recristalizadas cremas B

Calizas tableadas azules B Coluvial A

Conos de deyección A Cuarcitas blancas, micaesquistos plateados y gneises albíticos B

Cuarcitas micaceas D Diabasas D

Dolomías negras y calizas B Filitas, cuarcitas y calcoesquistos C

Glacis. Limos negros y rojos y cantos encostrados C Indiferenciado C*

Limos y arcillas rojas con episodios de caliche C Margas arenosas y margas C

Margas blancas D Margas grises D

Margas y areniscas B Marmoles calizos y dolomiticos C

Mármoles fajeados y mármoles blancos y crema C Micacitas con granates C

Micaesquistos y cuarcitas C Pizarras micaceas y micacitas D

Terrazas B Yesos C

Tabla 17. Clasificación propuesta de grupos hidrológicos del suelo.

5.3.3. Generación con HEC-GeoHMS

Como se comentó anteriormente este método para la obtención de los

Números de Curva es bastante complejo, ya que está preparado para utilizar las bases de

datos desarrolladas en los Estados Unidos. En ese país la información sobre tipos de

suelo no solo está caracterizada según el grupo hidrológico del suelo, sino que van un



69

paso más allá y clasifican cada suelo con el porcentaje que contiene de cada grupo

hidrológico.

A continuación se describe el proceso de obtención:

• Clasificar la leyenda geológica a grupos hidrológicos del suelo, según

la Tabla 17.

• Clasificar los usos del suelo de acuerdo a la leyenda de usos que

aparece en las tablas originales del SCS y asignar a cada uso un

código de uso del suelo, que se llamará “Landuse”. La conversión

propuesta aparece en la Tabla 18.

• Intersectar los shapefiles de usos y tipos de suelo en ArcGIS. Se

obtiene así un shapefile de polígonos, llamado CN_Poly, en el que

cada polígono tiene una única combinación de tipo y uso de suelo.

• Crear y rellenar los siguientes campos en la tabla de atributos del

CN_Poly: SoilCode, Pcta, Pctb, Pctc, Pctd y Landuse. El primero es

código para identificar el tipo de suelo, los cuatro siguientes indican

el porcentaje de cada tipo de suelo y el último es un código para

indicar el uso del suelo. La ventaja de este método está en que se

puede considerar que un tipo de suelo está formado por una

combinación de distintos grupos del suelo.

• Actualizar el área del CN_Poly. El necesario actualizar el área del

shapefile para obtener en un nuevo campo de la tabla de atributos el

área de cada uno de los polígonos que componen el CN_Poly.

• Pasar a Excel la tabla de números de curva del SCS, poniendo en

lugar de la descripción del uso del suelo el código “Landuse” que

caracteriza el uso del suelo. Esta tabla se guardará en formato .dbf

con el nombre de CN_Table.

• Pasar a HEC-GeoHMS, añadir el CN_Poly, poner unidades y guardar

el archivo.



70

Usos de suelo - CORINE Usos de suelo - Tablas CSC Landuse Autopistas, autovías y asociados Carreteras pavimentadas 35

Bosques de coníferas Bosques, condición hidrológica* pobre 29

Cítricos en regadío Cultivos en hilera, en línea recta, condición hidrológica buena 5

Cultivos agrícolas en secano con zonas de vegetación natural

Combinación de cultivos y herbazal, condición hidrológica pobre 101

Cultivos anuales permanentes en regadío

Cultivos densos leguminosos en línea recta, condición hidrológica buena 17

Cultivos anuales permanentes en secano

Cultivos en hilera, condición hidrológica pobre 6

Cultivos herbáceos en regadío Cultivos densos leguminosos en línea recta, condición hidrológica buena 17

Frutales en secano Cultivos en hilera, en línea recta, condición hidrológica pobre 4

Grandes formaciones de matorral medianamente denso

Matorrales, condición hidrológica regular 102

Grandes superficies de equipamientos y servicios Zonas comerciales 36

Matorral boscoso de coníferas Bosques, condición hidrológica buena 31 Matorrales subarbustivos muy

poco densos Matorrales, condición hidrológica

pobre 103

Otras instalaciones deportivas y recreativas

Zonas de césped y parques, condición hidrológica pobre 38

Otros frutales en regadío Cultivos en hilera, en línea recta, condición hidrológica buena 5

Pastizales naturales mediterráneos Pastos, condición hidrológica regular 26

Tejido urbano continuo Zonas urbanas muy impermeables 41 Tejido urbano discontinuo Zonas urbanas muy impermeables 41

Tierras de labor en secano Cultivos en hilera, condición hidrológica pobre 6

Xeroestepa subdesértica Barbecho - Suelo desnudo 1 Zonas industriales Zonas industriales 37 Zonas portuarias Zonas industriales 37

Zonas verdes urbanas Zonas urbanas poco impermeables 46

Tabla 18. Clasificación de usos del suelo en función de las tablas originales del SCS.

* Vease la Tabla 19.



71

La condición hidrológica hace referencia a la densidad de la cobertura

vegetal. Para su estimación más exacta se recomienda el uso de una ortofoto.

Condición hidrológica Cobertura vegetalBuena > 75%

Regular 50 - 75% Mala < 50%

Tabla 19. Condición hidrológica del suelo en función de la cobertura vegetal.

• Seleccionar Generate CN Theme del Menú Utility. Elegir como

shapefile el CN_Poly y como tabla de números de curva la tabla

CN_Table. Indicar si se va a crear un campo nuevo o si se va a

actualizar uno existente. Si es la primera vez hay que crear un campo,

que se llamará CN. De esta forma ya se tiene el número de curva para

cada polígono del CN_Poly.

• Se vuelve a ArcGIS y en la tabla de atributos de CN_Poly se crea un

campo que sea el producto entre el número de curva de cada polígono

y su área.

• Finalmente, el número de curva de una subcuenca será el sumatorio

del nuevo campo cread, para todos los polígonos que pertenezcan a la

subcuenca y divido entre el área de esa subcuenca:

∑∑ ⋅

=i

ii

AACN

CN (31)

5.3.4. Generación con la publicación del CEDEX

En la publicación del CEDEX “Generación automática del Número de

Curva con Sistemas de Información Geográfica” se propone una metodología para la

obtención del Número de Curva utilizando herramientas SIG. Esta metodología se basa

en transformar de los valores de umbral de escorrentía P0 de la Instrucción 5.2-IC a

valores de Número de Curva y posteriormente reclasificar las fuentes de información

necesarias con números primos.



72

La metodología es la siguiente:

• Clasificar la leyenda geológica a grupos hidrológicos del suelo, según

la Tabla 17.

• Generar el mapa de pendientes y clasificar en dos grupos: < 3% y ≥

3%. Después hay que reclasificar, asignando el valor 1 a las celdas

con pendiente inferior el 3% y el valor 2 a las celdas con pendiente

igual o superior al 3%.

• Clasificar los usos del suelo de acuerdo a la leyenda propuesta en el

método. Una propuesta se recoge en la Tabla 20.

• Convertir a raster los shapefiles de tipos y usos de suelo, con tamaño

de celda igual al del MDE.

• Reclasificar pendientes, tipos y usos de suelo de acuerdo a la Tabla

21 de números primos.

• Multiplicar las tres capas con “Spatial Analyst”. Como están en

formato raster se pueden multiplicar (el formato raster se trata

matemáticamente como una matriz, esa es su principal ventaja). El

motivo de hacer una reclasificación con números primos es que al

multiplicar las tres capas reclasificadas solo habrá un único número

expresado como combinación de las tres variables que condicionan el

valor del número de curva.

• Por último hay que deshacer la reclasificación pasando de números

primos a números de curva, utilizando las tablas 22 y 23. Así a cada

número primo le corresponderá un número de curva.



73

A continuación se muestran las tablas usadas en el método:

Usos de suelo - CORINE Usos de suelo - Método CEDEX Autopistas, autovías y terrenos asociados Impermeable

Bosques de coníferas Masa forestal espesa

Cítricos en regadío Plantación regular de aprovechamiento forestal medio

Cultivos agrícolas en secano con zonas de vegetación natural Rotación de cultivos pobres

Cultivos anuales permanentes en regadío Rotación de cultivos densos Cultivos anuales permanentes en secano Rotación de cultivos pobres

Cultivos herbáceos en regadío Rotación de cultivos densos

Frutales en secano Plantación regular de aprovechamiento forestal pobre

Grandes formaciones de matorral medianamente denso Masa forestal clara

Grandes superficies de equipamientos y servicios Impermeable

Matorral boscoso de coníferas Masa forestal media Matorrales subarbustivos muy poco

densos Masa forestal muy clara

Otras instalaciones deportivas y recreativas Impermeable

Otros frutales en regadío Plantación regular de aprovechamiento forestal medio

Pastizales naturales mediterráneos Pradera pobre Tejido urbano continuo Impermeable

Tejido urbano discontinuo Impermeable Tierras de labor en secano Rotación de cultivos pobres Xeroestepa subdesértica Masa forestal muy clara

Zonas industriales Impermeable Zonas portuarias Impermeable

Zonas verdes urbanas Pradera pobre

Tabla 20. Clasificación de los usos del suelo para aplicar el método del CEDEX.



74

Característica Número primo Pendiente < 3% 1 Pendiente ≥ 3% 2

Grupo hidrológico de suelo A 3 Grupo hidrológico de suelo B 5 Grupo hidrológico de suelo C 7 Grupo hidrológico de suelo D 11

Barbecho 13 Cultivos en hilera 17

Cereales de invierno 19 Rotación de cultivos pobres 23 Rotación de cultivos densos 29

Pradera pobre 31 Pradera media 37 Pradera buena 41

Pradera muy buena 43 Plantaciones regulares de aprovechamiento forestal pobre 47 Plantaciones regulares de aprovechamiento forestal medio 53 Plantaciones regulares de aprovechamiento forestal bueno 59

Masa forestal (bosques, monte bajo, …) muy clara 61 Masa forestal (bosques, monte bajo, …) clara 67 Masa forestal (bosques, monte bajo, …) media 71 Masa forestal (bosques, monte bajo, …) espesa 73

Masa forestal (bosques, monte bajo, …) muy espesa 79 Rocas permeables 83

Rocas impermeables 89

Tabla 21. Reclasificación de números primos.



75

Uso del suelo Pendiente A B C D Barbecho ≥ 3% 77 68 89 93 Barbecho < 3% 71 78 82 86

Cultivos en hilera ≥ 3% 69 79 86 89 Cultivos en hilera < 3% 64 73 78 82

Cereales de invierno ≥ 3% 63 75 83 86 Cereales de invierno < 3% 59 70 78 81

Rotación de cultivos pobres ≥ 3% 66 77 85 89 Rotación de cultivos pobres < 3% 63 73 79 83 Rotación de cultivos densos ≥ 3% 58 71 81 85 Rotación de cultivos densos < 3% 52 67 76 79

Pradera pobre ≥ 3% 68 78 86 89 Pradera media ≥ 3% 49 69 78 85 Pradera buena ≥ 3% 42 60 74 79

Pradera muy buena ≥ 3% 39 55 69 77 Pradera pobre < 3% 46 67 81 88 Pradera media < 3% 39 59 75 83 Pradera buena < 3% 29 48 69 78

Pradera muy buena < 3% 17 33 67 76 Plantac. regul. aprovech. forestal pobre ≥ 3% 45 66 77 83 Plantac. regul. aprovech. forestal medio ≥ 3% 39 60 73 78 Plantac. regul. aprovech. forestal bueno ≥ 3% 33 54 69 77 Plantac. regul. aprovech. forestal pobre < 3% 40 60 73 78 Plantac. regul. aprovech. forestal medio < 3% 35 54 69 77 Plantac. regul. aprovech. forestal bueno < 3% 25 50 67 76

Masa forestal muy clara no depende 56 75 86 91 Masa forestal clara no depende 46 68 78 83 Masa forestal media no depende 40 60 69 76 Masa forestal espesa no depende 36 52 62 69

Masa forestal muy espesa no depende 29 44 54 60 Rocas permeables ≥ 3% 94 94 94 94 Rocas permeables < 3% 91 91 91 91

Rocas impermeables ≥ 3% 96 96 96 96 Rocas impermeables < 3% 93 93 93 93

Tabla 22. Números de curva.



76

Uso del suelo Pendiente A B C D Barbecho ≥ 3% 78 130 182 286 Barbecho < 3% 39 65 91 143

Cultivos en hilera ≥ 3% 102 170 238 374 Cultivos en hilera < 3% 51 85 119 187

Cereales de invierno ≥ 3% 114 190 266 418 Cereales de invierno < 3% 57 95 133 209

Rotación de cultivos pobres ≥ 3% 138 230 322 506 Rotación de cultivos pobres < 3% 69 115 161 253 Rotación de cultivos densos ≥ 3% 174 290 406 638 Rotación de cultivos densos < 3% 87 145 203 319

Pradera pobre ≥ 3% 186 310 434 682 Pradera media ≥ 3% 222 370 518 814 Pradera buena ≥ 3% 246 410 574 902

Pradera muy buena ≥ 3% 258 430 602 946 Pradera pobre < 3% 93 155 217 341 Pradera media < 3% 111 185 259 407 Pradera buena < 3% 123 205 287 451

Pradera muy buena < 3% 129 215 301 473 Plantac. regul. aprovech. forestal pobre ≥ 3% 282 470 658 1034Plantac. regul. aprovech. forestal medio ≥ 3% 318 530 742 1166Plantac. regul. aprovech. forestal bueno ≥ 3% 354 590 826 1298Plantac. regul. aprovech. forestal pobre < 3% 141 235 329 517 Plantac. regul. aprovech. forestal medio < 3% 159 265 371 583 Plantac. regul. aprovech. forestal bueno < 3% 177 295 413 649

Masa forestal muy clara ≥ 3% 366 610 854 1342Masa forestal clara ≥ 3% 402 670 938 1474Masa forestal media ≥ 3% 426 710 994 1562Masa forestal espesa ≥ 3% 438 730 1022 1606

Masa forestal muy espesa ≥ 3% 474 790 1106 1738Masa forestal muy clara < 3% 183 305 427 671

Masa forestal clara < 3% 201 335 469 737 Masa forestal media < 3% 213 355 497 781 Masa forestal espesa < 3% 219 365 511 803

Masa forestal muy espesa < 3% 237 395 553 869 Rocas permeables ≥ 3% 498 830 1162 1826



77

Uso del suelo Pendiente A B C D Rocas permeables < 3% 249 415 581 913

Rocas impermeables ≥ 3% 534 890 1246 1958Rocas impermeables < 3% 267 445 623 979

Tabla 23. Valores resultantes del producto de los números primos.

5.4. Datos pluviométricos

Para obtener los valores de precipitación de cálculo hay que aplicar unos

coeficientes correctores a los valores de precipitación máxima calculados. Además, el

valor de precipitación de cálculo tiene que ser distribuido mediante un patrón de

distribución, para obtener así la tormenta de proyecto.

5.4.1. Correcciones

Para obtener la precipitación de cálculo sobre una cuenca la

Organización Meteorológica Mundial propone aplicar tres correcciones a los valores de

precipitación máxima diaria obtenidos para cada período de retorno. Estas tres

correcciones son: por número de observaciones, por simultaneidad y por área de la

cuenca-duración del chubasco.

5.4.1.1.Número de observaciones

Los datos de precipitación facilitados por el INM corresponden a un

valor de precipitación cada 24 horas. Cuanto menor sea el número de observaciones de

los datos de precipitación mayor será el valor del coeficiente corrector, ya que habrá que

compensar las pérdidas por evaporación, mientras que cuantas más observaciones se

hagan el coeficiente tenderá a valer 1, ya que las pérdidas se irán reduciendo. Según la

Figura 21, para un valor observado cada 24 horas, el coeficiente de corrección a aplicar

será 1,13.



78

Figura 21. Valores del coeficiente de corrección en función del número de observaciones en 24 horas.

5.4.1.2.Simultaneidad

La corrección por simultaneidad se aplica para obtener valores de

precipitación areal sobre una cuenca a partir de los valores puntuales previamente

estimados. La estimación de este factor de simultaneidad se realiza aplicando la

siguiente fórmula:

15log1 AKA −= (32)

donde A es el área de la cuenca en km2.

5.4.1.3.Área de la cuenca-Duración del chubasco

Por último, la Organización Meteorológica Mundial propone aplicar

también un factor de corrección en función del área de la cuenca y de la duración de

tormenta de proyecto. Para cuencas con una superficie menor de 25 km2 este factor vale

1, y se va reduciendo a medida que la superficie de la cuenca aumenta y la duración de



79

la tormenta de proyecto se reduce. Mediante la Figura 22 se puede determinar el valor

del coeficiente corrector.

Figura 22. Curvas de corrección de la precipitación en función de la superficie y de la duración de la

tormenta de proyecto.

5.4.2. Patrones de precipitación

A la hora de representar la variabilidad temporal de la precipitación, se

han considerado tres patrones de distribución de los valores de precipitación máxima

diaria de cálculo.

5.4.2.1.Huff 24 horas

Este es un patrón con una duración de 24 horas, compuesto por 24

bloques alternos. Este patrón fue desarrollado por Huff en base a la observación de la

forma de las tormentas en la zona de Illinois en los EE.UU. Por eso, en teoría este

patrón sólo es válido para la zona en la que fue desarrollado, aunque como en España



80

los estudios para determinar patrones de precipitación son muy escasos, es ampliamente

utilizado. Los datos numéricos y gráficos se muestran a continuación:

t (h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ∆H 1.0 1.1 1.2 1.6 2.0 2.2 3.0 3.2 4.0 5.0 6.0 9.5

t (h) 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ∆H 18.0 10.0 6.0 4.5 3.5 3.4 2.5 2.4 1.8 1.5 1.4 1.0

Tabla 24. Datos del patrón de precipitación de Huff de 24 horas.

Patrón de precipitación de Huff de 24 horas

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Tiempo (h)

Prop

orci

ón d

e pr

ecip

itaci

ón

Figura 23. Gráfico del patrón de precipitación de Huff de 24 horas.

5.4.2.2.Huff con tiempo de concentración

Este patrón tiene una duración igual al tiempo de concentración de la

cuenca, por lo que en esta situación toda la cuenca está aportando caudal al punto de

salida. Si la duración del patrón fuera inferior al tiempo de concentración de la cuenca,

el hietograma sería más extremo (habría que concentrar el valor de precipitación en

menos tiempo), pero entonces no estaría aportando la totalidad de la cuenca y por lo

tanto no se alcanzaría el caudal máximo. Si por el contrario la duración del patrón fuera

superior al tiempo de concentración de la cuenca, sí que estaría aportando la cuenca al



81

completo, pero al repartir la precipitación en un tiempo mayor el hietograma sería más

suave, obteniéndose también caudales inferiores. Por lo tanto el patrón de duración igual

al tiempo de concentración de la cuenca es el más desfavorable desde el punto de visto

hidrológico, ya que producirá los mayores caudales.

Si el tiempo de concentración de la cuenca es “n” horas, para

construir este patrón simplemente hay que seleccionar los “n” bloques más

desfavorables del patrón de Huff de 24 horas y colocarlos de forma alterna.

5.4.2.3.LINDE modificado

Originalmente en el proyecto LINDE4 se utilizó un patrón de

distribución de precipitación de una duración de 6 horas.

Por otro lado, según la OMM, en un chubasco de 24 horas de

duración, el 80% de la precipitación cae en seis horas y el 20% restante en las otras 18

horas (ver Figura 24).

Por lo tanto, para transformar el patrón original de 6 horas de

duración y obtener un patrón con una duración de 24 horas se ha optado por concentrar

el 80% de la precipitación máxima diaria en 6 horas con la distribución original del

proyecto LINDE, y el 20% restante distribuirlo en las 9 horas anteriores y en las 9 horas

posteriores. Como el valor de precipitación aportado por estas dos largas colas no va a

influir en el valor del caudal pico se ha optado por hacer una distribución uniforme.

4 El proyecto LINDE surgió en 1993 como respuesta a la necesidad de definir con claridad los límites

del Dominio Público Hidráulico y sus zonas asociadas, con objeto, no solo de proteger dicho dominio

sino también de poder evitar o disminuir riesgos potenciales por inundaciones, tanto en terrenos

propiedad del Estado, como en áreas contiguas de propiedad privada.



82

Figura 24. Curva de precipitación máxima-duración de la tormenta, promediada sobre superficies que

llegan hasta 1000 km2, en Illinois, EE.UU.

La forma final del patrón de precipitación, con intervalos de 15

minutos, es la siguiente:

Patrón de LINDE modificado

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0:15

1:00

1:45

2:30

3:15

4:00

4:45

5:30

6:15

7:00

7:45

8:30

9:15

10:0

0

10:4

5

11:3

0

12:1

5

13:0

0

13:4

5

14:3

0

15:1

5

16:0

0

16:4

5

17:3

0

18:1

5

19:0

0

19:4

5

20:3

0

21:1

5

22:0

0

22:4

5

23:3

0

Tiempo (h)

Prec

ipita

ción

(%)

Figura 25. Patrón de precipitación de LINDE modificado.



83

En la siguiente tabla se muestran los valores de precipitación

porcentual del patrón deLINDE modificado, para cada intervalo de 15 minutos.

Tiempo (h) Precipitación (%) Tiempo (h) Precipitación (%) 0:15 0.28 12:15 6.15 0:30 0.28 12:30 3.95 0:45 0.28 12:45 2.95 1:00 0.28 13:00 2.36 1:15 0.28 13:15 1.97 1:30 0.28 13:30 1.69 1:45 0.28 13:45 1.48 2:00 0.28 14:00 1.32 2:15 0.28 14:15 1.18 2:30 0.28 14:30 1.07 2:45 0.28 14:45 0.98 3:00 0.28 15:00 0.94 3:15 0.28 15:15 0.28 3:30 0.28 15:30 0.28 3:45 0.28 15:45 0.28 4:00 0.28 16:00 0.28 4:15 0.28 16:15 0.28 4:30 0.28 16:30 0.28 4:45 0.28 16:45 0.28 5:00 0.28 17:00 0.28 5:15 0.28 17:15 0.28 5:30 0.28 17:30 0.28 5:45 0.28 17:45 0.28 6:00 0.28 18:00 0.28 6:15 0.28 18:15 0.28 6:30 0.28 18:30 0.28 6:45 0.28 18:45 0.28 7:00 0.28 19:00 0.28 7:15 0.28 19:15 0.28 7:30 0.28 19:30 0.28 7:45 0.28 19:45 0.28 8:00 0.28 20:00 0.28 8:15 0.28 20:15 0.28



84

Tiempo (h) Precipitación (%) Tiempo (h) Precipitación (%) 8:30 0.28 20:30 0.28 8:45 0.28 20:45 0.28 9:00 0.28 21:00 0.28 9:15 1.02 21:15 0.28 9:30 1.12 21:30 0.28 9:45 1.24 21:45 0.28 10:00 1.39 22:00 0.28 10:15 1.58 22:15 0.28 10:30 1.82 22:30 0.28 10:45 2.14 22:45 0.28 11:00 2.62 23:00 0.28 11:15 3.37 23:15 0.28 11:30 4.79 23:30 0.28 11:45 8.87 23:45 0.28 12:00 24.02 24:00 0.28

Tabla 25. Datos de precipitación del patrón del proyecto LINDE modificado.



85

6. Aplicación de la metodología a un caso real: Cuenca de la Rambla

de Benipila

6.1. Descripción de la zona de estudio

Se trata una zona situada en la cuenca del Segura, al sur de la Región de Murcia

y que ocupa fundamentalmente parte de los términos municipales de Cartagena y Fuente

Álamo. Dentro de la zona de estudio se pueden distinguir dos partes muy distintas

respecto a la topografía: por un lado la parte oeste, que se trata de una zona montañosa,

caracterizada por tener pendientes elevadas, y por otro lado la zona este, ocupada por

parte del campo de Cartagena, que se trata de una zona muy llana y que esta cultivada

en su mayor parte.

En algunos casos las zonas de cultivos han invadido los cauces, por lo que en

muchas ocasiones no se distingue por donde discurren éstos. También hay que destacar

las zonas urbanas, como el casco urbano de Cartagena, y las actuaciones sobre el propio

cauce de la Rambla de Benipila, con encauzamiento de su tramo final. Por lo tanto se

trata de una cuenca que está afectada por una fuerte antropomorfización, de modo que el

régimen fluvial de la cuenca se encuentra alterado de manera muy notable.

En la cuenca no existen cursos permanentes de agua. Sólo hay cursos de cauces

anchos y planos que recogen las aguas en épocas de lluvia. Tampoco hay aportes de

escorrentía subterránea.

Respecto a la climatología, la zona se puede considerar como semiárida. Las

precipitaciones medias anuales son escasas, ya que apenas superan los 300 mm, y se

caracterizan por una fuerte irregularidad espacial y temporal, ya que la mayor parte de

la precipitación se concentra en el periodo inicial del otoño, en el fenómeno conocido

como gota fría.

También hay que destacar el importante problema de las inundaciones que han

azotado a la ciudad de Cartagena en los últimos tiempos, ya que han sido registradas

catorce avenidas importantes en los últimos cien años. Por este motivo es muy necesario

caracterizar el régimen hidrológico de la cuenca.



86

6.2. Obtención del MDE en formato raster

Se ha partido de la información del Mapa Topográfico Regional a escala 1:5000

con equidistancia entre curvas de nivel de 5 metros del año 1998. En este estudio se han

utilizado las 64 hojas que componen la hoja 955 de Fuente Álamo y las 46 que

componen la hoja 977 de Cartagena.

Una vez unidas todas las hojas en un único archivo de AutoCAD se ha

procedido a aislar la capa de las curvas de nivel por un lado y por otro la de los puntos,

y después se han convertido a shapefile mediante en ArcGIS.

Como se observa en la Figura 26, la mayoría de las curvas de nivel en la zona

del casco urbano de Cartagena no están dibujadas. También se puede observar que

tampoco está dibujado el contorno de la costa en la zona del puerto.

Figura 26. Vista de la falta de curvas de nivel en la zona urbana de Cartagena.

Las curvas de nivel del casco urbano no se pueden reconstruir, por lo tanto la

única información sobre la altitud de la que se dispone en esa zona es la que aportan los

puntos.



87

Por el contrario, la curva de nivel de cota cero (la del contorno de costa) si se

puede reconstruir, poniendo una ortofoto bajo el archivo de curvas. En este trabajo se ha

utilizado la ortofoto del Quick Bird, del año 2003, con tamaño de píxel de 2.8 metros y

escala 1:25000.

Figura 27. Vista de la curva de nivel reconstruida en la zona del puerto.

Posteriormente se han revisado los valores de elevación de las curvas de nivel,

garantizando que su valor de elevación sea múltiplo de 5, ya que en la cartografía

1:5000 utilizada la equidistancia entre curvas es de 5 metros. También se ha revisado la

elevación de los puntos, eliminando aquellos tuvieran elevación cero. Además, se han

eliminado los puntos marcados en rojo en la Figura 28, ya que indican la cota de los

puentes sobre los que están situados y no la cota del fondo del cauce, que es la

necesaria.



88

Figura 28. Vista de los puntos eliminados en el puente del Cartagonova y en el puente de la Avenida de

Pío XII.

Una vez realizada la revisión y el completado de los datos se ha procedido a la

obtención del modelo TIN a partir de las curvas de nivel. Seguidamente se han añadido

los puntos al TIN, obteniendo un TIN modificado. Finalmente, este último TIN se ha

convertido a raster con un tamaño de celda de 10 metros, es decir, el doble de la

equidistancia de las curvas de nivel.

Ahora hay que solucionar el problema de la pérdida del contorno de la costa,

siguiendo las indicaciones del punto 3.4.1.

Una vez obtenido el MDE con el contorno de costa corregido hay que

comprobar su bondad. Para ello se han vuelto a obtener las curvas de nivel a partir de

MDE creado, con equidistancia entre curvas de 5 metros y se han comparado con las

curvas originales.

Como se observa en la Figura 29, ambos archivos no coinciden exactamente,

algo que en principio era de esperar. Las diferencias son debidas a dos motivos: por un



89

lado a la utilización de la información aportada por los puntos, que no es utilizada para

la obtención de las curvas de nivel de partida, y por otro a la pérdida de información

motivada por el triple proceso de interpolación, ya que se ha partido de un modelo de

contornos para obtener un modelo TIN, posteriormente ese TIN se ha convertido a

raster y finalmente el raster se ha convertido nuevamente en un modelo de contornos.

Aunque el ajuste no sea totalmente exacto es bastante satisfactorio, por lo que

se da por bueno el MDE obtenido.

Figura 29. Comparación de curvas de nivel. En rojo las curvas obtenidas y en azul las curvas originales.

6.3. Preprocesado de cuenca

Una vez que se ha obtenido un MDE correcto desde el punto de vista

cartográfico se puede pasar a HEC-GeoHMS y comenzar el preprocesado del terreno.

En las figuras siguientes se muestra el MDE “primitivo” y los resultados del

llenado de huecos, de las direcciones de flujo, de la acumulación de flujo y los cauces

obtenidos. El valor umbral de área aportante elegido para la obtención de los cauces ha

sido 4.5 km2.



90

Figura 30. MDE "primitivo".

Figura 31. MDE sin huecos.



91

Figura 32. Direcciones de flujo.

Figura 33. Acumulación de flujo.



92

Figura 34. Definición de cauce.

Ahora hay que superponer la capa de los cauces a la ortofoto para comprobar si

los cauces calculados discurren por donde lo hacen en realidad y así decidir si el MDE

con el que se está trabajando es correcto o tiene que ser modificado.

Como se observa en la Figura 35, la red de drenaje calculada se ajusta

satisfactoriamente a la red real, excepto en la zona de la desembocadura de la rambla de

Benipila.



93

Figura 35. Red de drenaje calculada con el primer MDE.

En la red calculada, una vez pasada la Plaza de España, el cauce gira en

dirección sureste y desemboca directamente al puerto. Pero en realidad, una vez pasada

la Plaza de España la rambla gira y discurre en dirección suroeste, bordeando el Arsenal

y desembocando la zona conocida como “la Algameca Chica”, fuera del puerto. Este

error no se debe a un fallo del algoritmo de cálculo sino a un problema de falta de

información. Como se comentó anteriormente en esta zona no se dispone de curvas de

nivel, solo se dispone de una serie puntos dispersos, siendo por tanto la información

altitudinal insuficiente. En este caso se podría considerar válido el modelo ya que el

error se produce en un tramo pequeño y al final de la cuenca, siendo la variación del

área de la cuenca mínima, y en consecuencia, siendo también mínima la variación de los

caudales. Pero ya que uno de los objetivos de este estudio es desarrollar una

metodología completa para la realización de estudios de avenidas se ha procedido a

intentar dar solución a este problema.



94

La primera solución aplicada ha consistido en realizar una serie de

reacondicionamientos del MDE definido anteriormente como “primitivo” con el

comando “Terrain Reconditioning” del menú “Terrain Preprocessing”. En principio no

existe ninguna forma para estimar los parámetros del reacondicionamiento, por lo que el

procedimiento se realizará por prueba y error, es decir, una vez realizado el

reacondicionamiento se volverá a realizar el preprocesado del terreno hasta obtener la

capa con los cauces calculados. Y esta capa se comparará de nuevo con la ortofoto. En

caso de no considerarse correcto el trazado de los cauces habrá que volver a realizar un

nuevo reacondicionamiento del MDE “primitivo” cambiando los parámetros del

reacondicionamiento, repitiendo el proceso hasta que se consigan resultados

satisfactorios.

En este caso en concreto, como el error es debido a la información incompleta

en la zona, no se ha conseguido resolver el problema con esta solución. Además uno de

los mayores inconvenientes de realizar un reacondicionamiento es que se modifica

totalmente la forma de la sección del cauce (ver Figura 16), por lo que el MDE obtenido

del reacondicionamiento no será válido para la realización de un posible estudio

hidráulico posterior, por ejemplo, con HEC-RAS5.

Una vez que el proceso de reacondicionar el terreno no ha dado los resultados

esperados se desecha el MDE obtenido, y modificando los datos de partida se obtiene

un nuevo modelo “primitivo”. En este caso se ha optado por crear una barrera con una

curva de nivel de cota 10 en la margen izquierda de la rambla de Benipila para impedir

que el cauce discurra en dirección sureste y así conseguir que gire hacia el suroeste.

También se ha añadido una serie de puntos en el cauce respetando la pendiente media

del tramo, que es del 2/1000.

Como se puede observar en la Figura 36 con este procedimiento sí se ha resulto

satisfactoriamente el problema. Por lo tanto, el MDE es válido desde el punto de vista

hidrológico y se puede continuar con el preprocesado el terreno.

5 HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System) es un programa desarrollado

por el Cuerpo de Ingenieros de los EE.UU. para realizar cálculos hidráulicos unidimensionales en flujo

permanente y no permanente.



95

Figura 36. Cauces calculados con el MDE corregido.

Una vez obtenido el MDE hidrológicamente correcto se puede proseguir con el

preprocesado del terreno.



96

Figura 37. Segmentacion del cauce.

Figura 38. Delineación de cauces y subcuencas.



97

Una vez completado el menú “Terrain Preprocessing” se ha realizado la

extracción la cuenca de estudio con el menú “HMS Project Setup” y seleccionando el

punto de salida de la cuenca, situado en las coordenadas UTM X = 676563 e Y =

4162384, y seleccionando “Original stream definition”, para que así el nuevo proyecto

se genere en base al valor umbral para la definición de cauces indicado en el “Stream

Definition”.

6.4. Procesado de cuenca

Una vez terminado el proceso de extracción de la cuenca de estudio los datos

aparecerán en la ventana “ProjView”.

Figura 39. Vista de ArcView una vez extraída la cuenca de estudio.

Como se puede observar en la figura anterior hay un número elevado de

subcuencas, ya que HEC-GeoHMS ha delineado una subcuenca para cada tramo de

cauce. Trabajar con este esquema propuesto por el programa es absurdo ya que por un

lado no es necesario calcular los caudales en tantos puntos (se obtendrá un valor de



98

caudal para punto de unión entre cauces), y por otro lado el tiempo de trabajo se

alargará considerablemente al tener que calcular los parámetros hidrológicos de tantas

subcuencas. Con el procesado de la cuenca se unirán y/o dividirán las subcuencas a

criterio del usuario, para obtener los caudales únicamente en los puntos en los que el

usuario lo desee.

En este caso se ha optado por realizar una modelización semidistribuida,

dejando solamente seis subcuencas, definidas por los puntos de unión entre los tramos

fluviales más importantes.

Figura 40. Modelo de cuenca formado por seis subcuencas.



99

6.5. Obtención de características de cauces y subcuencas

Una vez que ya se ha modificado el esquema de la cuenca hay que obtener las

características físicas de los cauces y de las subcuencas.

Para cada subcuenca hay que determinar el área, la longitud máxima de flujo en

ella y sus cotas superior e inferior.


Long. máx. de flujo (km)

Cota superior

Cota inferior

Barreros 66.84 26.333 346.93 7.42 Peñas Blancas 39.65 18.176 355.00 22.31

Ladrilleros 23.67 16.886 541.63 21.78 Canteras 10.36 7.011 306.20 7.42

Intercuenca Benipila 2.25 3.438 71.47 7.42

Benipila tramo final 4.14 5.130 120.00 0.00


Para los cauces hay que determinar las características de los tramos donde halla

que realizar tránsitos. En este caso hay dos tramos: el tramo “Benipila no encauzada”,

que está en la Intercuenca de Benipila, y el tramo “Benipila encauzada”, que está en la

subcuenca de Benipila tramo final.

Como se comentó anteriormente, las características a determinar son: longitud,

pendiente, forma de la sección transversal y coeficiente de rugosidad.

Tramo Longitud (m) Pendiente Características de la sección

Coef. de rugosidad

Benipila no encauzada 2533.8 0.0054 Ocho puntos 0.045



El coeficiente de rugosidad de Manning ha sido determinado in situ.



100

Las dimensiones utilizadas para la sección trapezoidal han sido las indicadas en

el Proyecto de Encauzamiento de la Rambla de Benipila, siendo el ancho del fondo de

27 metros y la pendiente del talud 1.6H:1V.

Para el tramo no encauzado se ha calculado una sección media de ocho puntos,

cuyas dimensiones se muestran en la siguiente tabla.

Distancia al origen Altura sobre el fondo del cauce 0.00 10.00 62.29 6.28 76.78 0.28 82.2 0.00 91.90 0.28 99.91 6.28 102.15 8.28 114.22 10.00

Tabla 28. Dimensiones de la sección no encauzada.



101

6.6. Obtención de los parámetros hidrológicos

Los parámetros hidrológicos a determinar son el tiempo de concentración y los

Número de Curva.

6.6.1. Tiempo de concentración

El tiempo de concentración de cada subcuenca se ha calculado con la

fórmula de Témez. Seguidamente se ha calculado el tiempo lag o de retraso en minutos,

necesario para la realizar la transformación precipitación-escorrentía con el hidrograma

adimensional del SCS.

Subcuenca Cota

superior (m)

Cota inferior

(m)

Long. máx. de

flujo (km) Pendiente

Tiempo de concentración

(horas)

Tiempo lag

(min) Barreros 346.93 7.42 26.333 0.013 8.240 296.640

Peñas Blancas 355.00 22.31 18.176 0.018 5.814 209.304

Ladrilleros 541.63 21.78 16.886 0.031 4.975 179.100 Canteras 306.20 7.42 7.011 0.043 2.397 86.292

Intercuenca Benipila 71.47 7.42 3.438 0.019 1.620 58.320

Benipila tramo final 120.00 0.00 5.130 0.023 2.572 92.592

Tabla 29. Tiempo de concentración y tiempo lag para cada subcuenca.

6.6.2. Números de Curva

Para la obtención de los Números de Curva se ha utilizado el método

propuesta en la publicación del CEDEX.

En principio se ha asignado al indiferenciado el grupo hidrológico C,

excepto al indiferenciado de la subcuenca de Barreros, que se ha considerado como B.

El motivo por el que se asigna como grupo B es evitar una sobreestimación de caudales.

Esto se debe a que en la mayor parte de la subcuenca de Barreros no hay un cauce

definido, ya que el cauce teórico se encuentra “invadido” por cultivos agrícolas, y

además, se trata de una subcuenca muy llana. Por lo tanto, el desarrollo del flujo en



102

cauce no es tan inmediato y su velocidad de viaje es menor que en subcuencas donde si

hay un cauce perfectamente definido, siendo en consecuencia los caudales inferiores.

En la siguiente tabla se muestran los Números de Curva de cada

subcuenca.

Subcuenca Número de CurvaBarreros 72.98

Peñas Blancas 76.41 Ladrilleros 77.05 Canteras 77.29

Intercuenca Benipila 87.28 Benipila tramo final 81.17

Tabla 30. Números de Curva para cada subcuenca.

6.7. Obtención del modelo de cuenca de HEC-HMS

Una vez obtenidos los parámetros hidrológicos se ha creado el esquema de

HEC-HMS y se han exportado los datos de HEC-GeoHMS a HEC-HMS, mediante el

menú “HMS” de GeoHMS.

Figura 41. Vista del modelo de cuenca de HEC-HMS en ArcView.



103

Una vez exportados los datos se pasa a HEC-HMS y se crean un nuevo

proyecto. Para la obtención del modelo de cuenca se elige File > Import > Basin Model

y se selecciona el archivo con extensión “.basin”. Como se observa en la figura

siguiente, la descripción del archivo indica que es el archivo del modelo de cuenca y

que ha sido creado con HEC-GeoHMS.

Figura 42. Archivo que contiene el modelo de cuenca.

Después para añadir el mapa de fondo hay que seleccionar View > Background

Maps y elegir el archivo con extensión “.map” con igual nombre que el archivo del

modelo de cuenca.



104

Figura 43. Archivo que contiene el mapa de fondo.

El resultado una vez añadido el modelo de cuenca y el mapa de fondo es el

siguiente.

Figura 44. Vista del modelo de cuenca en HEC-HMS.



105

6.8. Modelo meteorológico

Para la construcción del modelo meteorológico es necesario determinar la

precipitación máxima diaria de cálculo para cada periodo de retorno y elegir un patrón

de distribución temporal para esa precipitación.

6.8.1. Precipitación máxima diaria

Como datos de precipitación máxima diaria se han tomado los calculados

en el proyecto “Estudio de Inundabilidad de la zona norte de la confluencia de las

Ramblas de Los Dolores y Los Barreros con la de Benipila y alternativas de solución”,

Castillo (2007).

En el proyecto mencionado la precipitación máxima diaria fue obtenida

aplicando los siguientes procedimientos:

• Ajuste de distribuciones extremales a los datos de la estación

pluviométrica de Cartagena Puerto:

• Ajuste tipo Gumbel mediante los siguientes métodos: momentos,

máxima verosimilitud, mínimos cuadrados con la distancia según

una recta de pendiente contraria y mínimos cuadrados con la

distancia según la normal.

• Ajuste tipo SQRT-ET por el método de la máxima verosimilitud.

• Método de regionalización de Máximas lluvias diarias en la España

Peninsular.

La estación de Cartagena Puerto, utilizada para el cálculo de los ajustes

de distribuciones extremales, se encuentra ubicada a una altitud de 14 metros sobre el

nivel del mar y su coordenadas UTM son X = 677792 e Y = 4163230, y se dispone de

un registro fiable de 36 años, en el periodo comprendido entre 1968 y 2003.

Respecto al ajuste de Gumbel, los máximos resultados se obtuvieron con

el método de mínimos cuadrados con la distancia según la normal.

A continuación se muestran los valores de precipitación diaria para cada

periodo de retorno obtenidos con el ajuste de Gumbel por el método de mínimos



106

cuadrados con la distancia según la normal, con el ajuste SQRT-ET y con el método de

regionalización.

Periodo de retorno Gumbel SQRT-ET Regionalización 5 años 83.0 73 73.2 10 años 103.7 90 91.8 50 años 149.2 136 138.0 100 años 168.5 157 160.2 200 años 185.4 178 183.7 500 años 213.0 212 216.2

Tabla 31. Resultados del ajuste de Gumbel de mínimos cuadrados según distancia normal, del ajuste

SQRT-ET y del método de regionalización, en mm.

Como valor de precipitación máxima diaria se han tomado las

envolventes superiores, mostrándose a continuación los valores adoptados.

P5 P10 P50 P100 P200 P500 Precipitación máxima diaria

(mm) 83.0 103.7 149.2 168.5 185.4 216.2

Tabla 32. Precipitación máxima diaria para cada período de retorno.

6.8.2. Coeficientes de corrección de precipitación y precipitación corregida

Seguidamente se han calculado los coeficientes de corrección de

precipitación de cada subcuenca y después se ha obtenido la precipitación de cálculo en

cada una de ellas. Los resultados se muestran en las dos tablas siguientes.


Por nº de observaciones

Por simultaneidad

Por Área-Duración





Tabla 33. Coeficientes de corrección de precipitación para cada subcuenca.



107

Subcuenca Coefic. total de corrección P5c P10c P50c P100c P200c P500c

Barreros 0.973 80.7 100.9 145.1 163.9 180.3 210.3 Peñas Blancas 1.000 83.0 103.6 149.1 168.4 185.3 216.1

Ladrilleros 1.026 85.2 106.4 153.2 173.0 190.3 221.9 Canteras 1.054 87.4 109.2 157.2 177.5 195.3 227.8

Intercuenca Benipila 1.103 91.6 114.4 164.6 185.9 204.6 238.6

Benipila tramo final 1.084 89.9 112.4 161.7 182.6 200.9 234.3

Tabla 34. Coeficiente total de corrección y precipitación de cálculo para cada subcuenca en mm.

6.8.3. Patrón de precipitación

Se ha considerado oportuno utilizar el patrón del proyecto LINDE

modificado. Mientras que el patrón de Huff de 24 horas fue originalmente desarrollado

en Illinois, en los Estados Unidos, y el patrón con duración igual al tiempo de

concentración responde más bien a un concepto teórico de situación más desfavorable

en la cuenca, el patrón del proyecto LINDE fue utilizado en la delimitación del Dominio

Público Hidráulico de la cuenca de estudio, por lo que se ha considerado más

conveniente utilizar este patrón, transformándolo a una duración de 24 horas.

Se espera que a priori los resultados obtenidos con el patrón del proyecto

LINDE modificado sean intermedios entre los que se obtendrían aplicando los otros dos

patrones.

6.9. Resultados

A continuación se muestra una tabla resumen en la que aparecen los caudales

punta de todas las subcuencas y de la cuenca completa para todos los períodos de

retorno.



108

Subcuenca Q5 Q10 Q50 Q100 Q200 Q500 Barreros 51.04 81.45 157.53 193.19 224.39 283.37

Peñas Blancas 51.36 78.33 143.94 173.85 199.76 248.79




Cuenca completa 145.32 223.13 413.96 501.22 577.52 722.04

Tabla 35. Resumen de caudales punta en m3/s.

También se muestran a continuación los hidrogramas de salida de cada

subcuenca y de la cuenca completa para el periodo de retorno de 500 años.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800


Figura 45. Hidrogramas de salida de cada subcuenca y de la cuenca completa para el periodo de retorno

de 500 años en m3/s.



109

7. Aplicación a la cuenca de estudio de la Instrucción 5.2-IC Para comprobar los caudales obtenidos con HEC-HMS se propone comparar los

resultados con el método de cálculo de la Instrucción 5.2-IC.

El método de cálculo de caudales de la Instrucción de Drenaje 5.2-IC, desarrollada

por el antiguo MOPU, es un método hidrometeorológico que supone una ligera

modificación del Método Racional. Con esta modificación se busca corregir los

resultados poco satisfactorios que se obtienen con el Método Racional, que en general

sobreestiman la ley de frecuencia de caudales, especialmente en el rango de bajos y

medios períodos de retorno, manteniendo a su vez la sencillez del método, compuesto

por un número muy reducido de parámetros que tienen un claro sentido físico que

favorece el control de los cálculos.

7.1. Fundamento teórico

Para cuencas pequeñas el método hidrometeorológico de la Instrucción es muy

apropiado, ya que se basa en la aplicación de una intensidad media de precipitación

sobre la superficie de la cuenca. Sin embargo, conforme aumenta el tamaño de la cuenca

esta hipótesis va perdiendo sentido, disminuyendo por tanto la precisión en los cálculos.

• Fórmula de cálculo

La fórmula de cálculo es la siguiente:

KAICQ6.3⋅⋅

= (33)

siendo:

Q (m3/s): Caudal punta.

I (mm/h): Máxima intensidad media en el intervalo de duración tc, siendo

tc el tiempo de concentración de la cuenca estimado mediante la fórmula de Témez.

A (km2): Área de cuenca.

C: Coeficiente de escorrentía.

K: Coeficiente de uniformidad.



110

• Precipitación de cálculo

El método considera un factor de simultaneidad que permite obtener valores de

precipitación areal sobre la cuenca a partir de valores puntuales previamente estimados.

El factor de simultaneidad puede estimarse usando la siguiente formula:

15log

1A

K A −= (34)

donde A es el área de la cuenca en km2.

Luego se obtiene el valor de la precipitación de cálculo “P” como:

dA PKP ⋅= (35)

siendo Pd el valor de la precipitación máxima diaria correspondiente al período

de retorno de análisis.

• Máxima intensidad media de precipitación

La aplicación del método es compatible con el empleo de cualquier curva de

Intensidad - Duración, aunque normalmente se utiliza la fórmula siguiente, donde en el

caso concreto de España, la Dirección General de Carreteras facilita un mapa (ver

Figura 46) con la variación espacial del parámetro dII1 .

12828

11.0

1.01.0

24−

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

t

dt I

IPI (36)

siendo:

Id: Intensidad media diaria de precipitación (mm/h), igual a 24dP ,

correspondiente al período de retorno considerado.

I1: Intensidad horaria de precipitación (mm/h) correspondiente a dicho

período de retorno. El valor de dII1 se obtiene de la Figura 46.

t: Duración del intervalo al que se refiere It, que se considerará igual al

tiempo de concentración de la cuenca.



111

Figura 46. Mapa de isolíneas I1/Id.

• Coeficiente de escorrentía

El coeficiente de escorrentía se obtiene aplicando la siguiente fórmula:

2

0

00

11

231

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=

PP

PP

PP

C (37)

siendo:

P: Precipitación de cálculo.

P0: Umbral de escorrentía.

P0 es función de las condiciones de humedad del suelo, de su capacidad de

infiltración, de su uso y de la pendiente del terreno. Su valor se determina mediante las



112

tablas que propone el método, aunque también puede determinarse en función del

número de curva:

5050000 −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

CNP (38)

Al valor de P0 se le puede aplicar un factor corrector que considere la variación

regional de la humedad del suelo al comienzo de aguaceros significativos. Este factor

intenta evitar sobrevaloraciones del caudal. En la Figura 47 se muestran los valores de

este factor de corrección para el territorio nacional.

Figura 47. Coeficiente corrector del umbral de escorrentía P0.



113

• Coeficiente de uniformidad

Como se comentó anteriormente, al ir aumentando el tamaño de la cuenca

algunas de las hipótesis implícitas en la formulación del método dejan de cumplirse y

por lo tanto los resultados obtenidos deben ser corregidos. Uno de los efectos más

importantes a corregir es el relativo al supuesto reparto uniforme de la escorrentía

dentro del intervalo de cálculo de duración tc. El coeficiente de uniformidad K varía de

un aguacero a otro, pero su valor medio en una cuenca concreta depende principalmente

del valor de su tiempo de concentración. Puede estimarse usando la siguiente fórmula:

14

1 25.1

25.1

++=

c

c

tt

K (39)

7.2. Aplicación a la cuenca de estudio

A continuación se muestran los resultados para cada subcuenca y para la cuenca

completa, además de un cuadro resumen con los caudales punta.

Metodología para el estudio de avenidas en ramblas de cuencas mediterráneas utilizando Sistemas de Información Geográfica y Modelos Semidistribuidos

114

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA

P (mm) I1/Id tc (h) It

(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0

P0c (mm) C K Q (m3/s)

5 años 83 66.84 0.878 72.90 11.5 8.240 8.193 72.98 18.51 1.5 27.77 0.224 1.499 51.169 10 años 103.7 66.84 0.878 91.08 11.5 8.240 10.237 72.98 18.51 1.5 27.77 0.294 1.499 83.735 50 años 149.2 66.84 0.878 131.05 11.5 8.240 14.728 72.98 18.51 1.5 27.77 0.417 1.499 171.061 100 años 168.5 66.84 0.878 148.00 11.5 8.240 16.633 72.98 18.51 1.5 27.77 0.460 1.499 212.987 200 años 185.4 66.84 0.878 162.84 11.5 8.240 18.301 72.98 18.51 1.5 27.77 0.494 1.499 251.514 500 años 216.2 66.84 0.878 189.90 11.5 8.240 21.342 72.98 18.51 1.5 27.77 0.547 1.499 325.255

Tabla 36. Resultados para la subcuenca de Barreros.

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA


(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0



Tabla 37.Resultados para la subcuenca de Peñas Blancas.


115

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA


(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0



Tabla 38. Resultados para la subcuenca de Ladrilleros.

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA


(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0



Tabla 39. Resultados para la subcuenca de Canteras.


116

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA


(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0



Tabla 40. Resultados para la Intercuenca Benipila.

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA


(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0



Tabla 41. Resultados para la subcuenca Benipila tramo final.


117

Período de retorno

Pd (mm)

Área (km2) KA


(mm/h) CN P0 (mm)

Factor de P0



Tabla 42. Resultados para la cuenca completa.

Período de retorno Barreros Peñas Blancas Ladrilleros Canteras Intercuenca Benipila Benipila tramo final Cuenca completa 5 años 51.2 47.5 33.1 22.6 11.5 11.5 115.9 10 años 83.7 74.7 51.6 34.9 16.2 17.1 185.8 50 años 171.1 145.3 99.3 66.6 27.1 31.0 370.4 100 años 213.0 178.5 121.5 81.4 31.9 37.3 458.1 200 años 251.5 208.8 141.7 94.7 36.1 42.9 538.3 500 años 325.3 265.9 179.9 119.9 43.8 53.5 691.0

Tabla 43. Resumen de los caudales punta, en m3/s, para cada período de retorno.



118

Respecto a la comparación entre los caudales obtenidos mediante HEC-

HMS con el patrón del LINDE modificado, se observa que los caudales de salida de las

subcuencas son muy parecidos, dándose las mayores diferencias para la cuenca

completa, pero manteniéndose en valores aceptables.


Peñas Blancas 51.36 78.33 143.94 173.85 199.76 248.79




Cuenca completa 145.32 223.13 413.96 501.22 577.52 722.04

Tabla 44. Caudales en m3/s obtenidos con HEC-HMS con LINDE modificado.


Peñas Blancas 47.5 74.7 145.3 178.5 208.8 265.9




Cuenca completa 115.9 185.8 370.4 458.1 538.3 691.0

Tabla 45. Resultados en m3/s obtenidos con la Instrucción con un coeficiente corrector de P0 de 1.5.



119

Hay que indicar que aunque en la Figura 47 se indica un factor de

corrección de P0 de valor 3 para la zona de estudio, se demuestra que los resultados en

las subcucuenca se ajustan mejor utilizando un coeficiente de 1.5, ya que un valor de 3

se estarían subestimando de forma importante los caudales de salida. Para la cuenca

completa, con un factor de 1.5 se obtienen caudales ligeramente inferiores a los

obtenidos con HEC-HMS, por lo que el valor del coeficiente corrector a usar estaría

entre 1 y 1.5.



120

8. Análisis de sensibilidad Se propone realizar un análisis de sensibilidad de las principales variables que

intervienen en la metodología. Estas variables son: el patrón distribución de la

precipitación, los valores de los números de curva, tanto por las dos posibles

metodologías para su obtención como por la asignación del grupo hidrológico de suelo

al indiferenciado, y por último, la escala de la información para la obtención del MDE.

8.1. Patrones de precipitación

Se ha comparado la influencia de los patrones de distribución de precipitación

para ver como afecta la distribución temporal de la precipitación a los caudales de

salida.

En primer lugar se ha realizado una simulación utilizando como patrón de

distribución el de Huff de 24 horas, siendo los resultados obtenidos los que aparecen en

la siguiente tabla.

Subcuenca Q5 Q10 Q50 Q100 Q200 Q500 Barreros 41,40 65,08 123,93 150,85 174,86 219,72

Peñas Blancas 37,43 56,48 102,60 123,04 141,18 174,91

Ladrilleros 26,19 39,12 70,01 83,69 95,77 118,03 Canteras 16,29 24,10 42,80 50,96 58,16 71,38

Intercuenca Benipila 6,49 8,73 13,70 15,81 17,66 21,01

Benipila tramo final 7,99 11,38 19,07 22,41 25,34 30,69

Cuenca completa 112,45 171,35 315,24 379,59 437,16 544,01

Tabla 46. Caudales en m3/s con el patrón de precipitación de Huff de 24 horas.

Se observa que todos los valores obtenidos son ligeramente inferiores a los

obtenidos con el patrón del proyecto LINDE modificado. Para ver de un modo más

claro la diferencia de resultados se muestran los hidrogramas se salida de una subcuenca

grande (Barreros), de una subcuenca pequeña (Intercuenca Benipila) y de la cuenca

completa con ambos patrones de distribución y para el periodo de retorno de 500 años.



121

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

50

100

150

200

250

300

BARREROS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW BARREROS RUN:RUN HUFF 24H T500 FLOW

Figura 48. Hidrogramas de salida de Barreros con el patrón LINDE modificado y Huff de 24 horas, para

el periodo de retorno de 500 años.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN HUFF 24H T500 FLOW

Figura 49. Hidrogramas de salida de Intercuenca Benipila con el patrón LINDE modificado y Huff de 24

horas, para el periodo de retorno de 500 años.



122

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

SALIDA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW SALIDA RUN:RUN HUFF 24H T500 FLOW

Figura 50. Hidrogramas de salida de la cuenca completa con el patrón LINDE modificado y Huff de 24

horas, para el periodo de retorno de 500 años.

Como se puede observar en las figuras anteriores, resultan mayores los caudales

obtenidos con el patrón de LINDE modificado, siendo mayores las diferencias para las

subcuencas de tamaño reducido. Esta mayor diferencia en subcuencas pequeñas se debe

a que la respuesta de la subcuenca es más rápida, ya que apenas se produce

almacenamiento en ella. Los tiempos al pico son muy similares, produciéndose un poco

antes el pico con el patrón de LINDE modificado. Los tiempos base de los hidrogramas

son también muy similares, siendo algo mayores los obtenidos con Huff de 24 horas.



123

Como segunda opción de comparación se ha vuelto a realizar una simulación

utilizando como patrón de precipitación el patrón de Huff con duración igual al tiempo

de concentración de cada subcuenca.

Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla.

Subcuenca Q5 Q10 Q50 Q100 Q200 Q500 Barreros 61,04 94,34 176,46 213,74 247,18 309,65

Peñas Blancas 63,27 93,81 167,02 199,49 228,64 282,53

Ladrilleros 46,46 68,12 120,51 143,63 164,10 201,98 Canteras 43,18 63,24 110,88 131,87 150,54 185,05

Intercuenca Benipila 18,34 24,70 38,92 45,00 50,35 60,09

Benipila tramo final 18,74 26,35 44,21 51,97 58,81 71,36

Cuenca completa 134,08 202,16 368,94 444,31 511,48 636,03

Tabla 47. Caudales en m3/s con el patrón de precipitación de Huff con tiempo de concentración.

Se observa que los caudales obtenidos son superiores para todas las subcuencas,

como era de esperar, pero son inferiores para la cuenca completa. Para ver las

diferencias de forma más clara se muestran los hidrogramas de salida de Barreros, de

Intercuenca Benipila y de la cuenca completa para el periodo de retorno de 500 años

obtenidos con el patrón de LINDE modificado y con Huff con tiempo de concentración.



124

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

50

100

150

200

250

300

350

BARREROS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW BARREROS RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW

Figura 51. Hidrogramas de salida de Barreros con el patrón LINDE modificado y Huff con tiempo de

concentración, para el periodo de retorno de 500 años.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

10

20

30

40

50

60

70

INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW

Figura 52. Hidrogramas de salida de Intercuenca Benipila con el patrón LINDE modificado y Huff con

tiempo de concentración, para el periodo de retorno de 500 años.



125

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

SALIDA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW SALIDA RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW

Figura 53. Hidrogramas de salida de la cuenca completa con el patrón LINDE modificado y Huff con

tiempo de concentración, para el periodo de retorno de 500 años.

Se puede observar que con el patrón de Huff de duración igual al tiempo de

concentración de cada subcuenca los caudales de salida de las subcuencas son

superiores, pero por el contrario, el caudal de salida de la cuenca completa es menor.

Además se observa una gran diferencia en los tiempos al pico.

Este es debido a que el patrón LINDE modificado tiene una duración de 24

horas, igual para todas las subcuencas, y por tanto el tiempo al pico es muy parecido en

todas ellas, alcanzándose en todas las subcuencas entre las 13 y 18 horas posteriores al

inicio de la precipitación. Sin embargo, con el patrón de Huff con tiempo de

concentración cada subcuenca tiene un patrón de precipitación con una duración

determinada, que es función del tiempo de concentración de cada subcuenca, y que por

tanto varía considerablemente de una subcuenca a otra (por ejemplo 8 horas para

Barreros y 2 horas para Intercuenca Benipila), por lo que los tiempos al pico de cada

subcuenca son muy distintos, entre las 2 y las 11 horas posteriores al inicio de la

precipitación. Este efecto se puede apreciar mejor en las dos figuras siguientes, en las



126

que se muestran conjuntamente los hidrogramas de salida de cada subcuenca y de la

cuenca completa para el período de retorno de 500 años, obtenidos con ambos patrones.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800



de 500 años, con la distribución de LINDE modificado.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

BARREROS RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW PENAS BLANCAS RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW LADRILLEROS RUN:RUN HUFF TC T500 FLOWCANTERAS RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN HUFF TC T500 FLOWSALIDA RUN:RUN HUFF TC T500 FLOW


de 500 años, con la distribución de Huff con tiempo de concentración.



127

En consecuencia se puede establecer que con el patrón de Huff con el tiempo de

concentración, aunque se está del lado de la seguridad, se obtienen valores muy

extremos para las subcuencas, sobre todo para las de tamaño reducido. Sin embargo, se

obtienen valores inferiores para la cuenca completa, como consecuencia del efecto de la

diferencia de la duración de la precipitación en cada subcuenca. El problema es que este

resultado es un tanto ficticio, ya que realmente no existe tanta dispersión en la duración

de los chubascos dentro de una cuenca de tamaño medio como utilizada para este de

estudio.

Con el patrón de Huff de 24 horas se obtienen los resultados más bajos para

todas las situaciones.

Con LINDE modificado los caudales obtenidos en las subcuencas están entre

ambos patrones. Sin embargo, para la cuenca total se obtiene el valor máximo.

Lo ideal sería disponer de datos de aforos y de pluviográfos para así poder

calibrar mejor el modelo meteorológico y comprobar que patrón se ajusta mejor a los

caudales obtenidos mediante aforos.

8.2. Números de curva

También se ha realizado un análisis de sensibilidad sobre los dos factores que a

priori, influyen de manera más importante en el valor de los Números de Curva. Estos

factores son, por un lado, la problemática asociada a la asignación de un grupo

hidrológico del suelo al indiferenciado geológico, y por otro, la posibilidad de obtener

los Números de Curva a partir de dos metodologías distintas.

8.2.1. Asignación de grupo hidrológico al indiferenciado

Respecto al problema del indiferenciado, en la aplicación práctica se

comentan los motivos por los que se le asignó al indiferenciado de la subcuenca de

Barreros el grupo hidrológico de suelo B, en lugar del C como al indiferenciado del

resto de la cuenca.



128

A continuación se compara la variación del Número de Curva y de los

caudales de salida de Barreros y de la cuenca completa, asignando el grupo hidrológico

C al indiferenciado de la subcuenca de Barreros.

Realizada la aplicación con el método propuesto por el CEDEX, el

número de curva de Barreros pasa de 72.98 a 79.05, lo que supone un aumento del 8.3

%. Este aumento del número de curva llevará asociado consigo un aumento del caudal

de salida, tanto en la subcuenca de Barreros como en la cuenca completa.

En la siguiente tabla se muestran los caudales de salida para los distintos

periodos de retorno y su variación.

Periodo de retorno

Caudal en Barreros CN=72.98

Caudal en Barreros CN=79.05

Variación (%)

Caudal en la cuenca completa CN=72.98

Caudal en la cuenca completa CN=79.05

Variación (%)

5 años 51.04 71.94 + 40.9% 145.32 164.64 + 13.3% 10 años 81.45 107,37 + 31.8% 223.13 247,70 + 11.0% 50 años 157.53 192,06 + 21.9% 413.96 446,72 + 7.9% 100 años 193.19 230,38 + 19.2% 501.22 536,73 + 7.1% 200 años 224.39 263,49 + 17.4% 577.52 615,86 + 6.6% 500 años 283.37 325.25 + 14.8% 722.04 762.50 + 5.6%

Tabla 48. Variación de caudales, en m3/s y en porcentaje, al asignar el grupo hidrológico C al

indiferenciado de Barreros, para los distintos periodos de retorno.



129

En el siguiente gráfico se muestra la variación de los caudales en

Barreros y en la cuenca completa para los distintos periodos de retorno.

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

30.00%

35.00%

40.00%

45.00%

5 años 10 años 50 años 100 años 200 años 500 años

Periodo de retorno

Var

iaci

ón e

n %

Variación de caudal en Barreros Variación de caudal en la cuenca completa

Figura 56. Variación de caudales al asignar al indiferenciado de Barreros el grupo hidrológico C.

Se observa que el caudal no aumenta en la misma proporción que el

número de curva. Esto es debido a que el Número de Curva no es parámetro que

intervenga en la transformación precipitación-escorrentía, sino que reduce la

precipitación efectiva. Por este motivo, la variación de caudal es mayor cuanto más bajo

sea el periodo de retorno, es decir, cuanto menor sea la precipitación de cálculo, ya que

el efecto de reducción de precipitación será más importante.

También hay que destacar que el aumento de caudal es lógicamente

mayor en la subcuenca de Barreros, ya que el aumento del Número de Curva afecta a la

totalidad de la subcuenca, mientras que para la cuenca completa la variación es menor,

debido a que el cambio del número de curva se produce solamente en una parte de ella.

Lo ideal sería disponer de datos procedentes de aforos, para así poder

calibrar el modelo de cuenca y decidir con mayor criterio que grupo hidrológico asignar

al indiferenciado. Pero, a falta de datos fiables, se dan por buenos los resultados

obtenidos asignando el grupo hidrológico B al indiferenciado de Barreros, ya que los

obtenidos asignándole el grupo C parecen sobreestimar los caudales.



130

8.2.2. Comparación con la metodología de HEC-GeoHMS

Una vez que se da por válido asignar el grupo hidrológico C al

indiferenciado de Barreros se propone comparar la variación de los Números de Curva

utilizando la metodología implementada en HEC-GeoHMS.

Subcuenca Metodología del CEDEX

Metodología de HEC-GeoHMS Variación (%)

Barreros 72.98 74.24 + 1.73% Peñas Blancas 76.41 76.85 + 0.58%

Ladrilleros 77.05 75.41 - 2.13% Canteras 77.29 72.79 - 5.82%

Intercuenca Benipila 87.28 78.38 - 10.20% Benipila tramo final 81.17 75.22 - 7.33%

Tabla 49. Números de curva obtenidos con la metodología del CEDEX y con la metodología de HEC-

GeoHMS.

Como se observa en la tabla anterior, en las subcuencas menos

urbanizadas los resultados son muy similares, mientras en las subcuencas con mayor

superficie urbana las diferencias son mayores, obteniéndose valores inferiores con la

metodología de HEC-GeoHMS.

Estas diferencias se deben a que las tablas de clasificación de usos de

suelo y de números de curva son diferentes para ambos métodos. En las tablas del

CEDEX las zonas impermeables tienen un Número de Curva fijo que no varía con el

tipo del suelo, pero en las tablas originales del SCS el Número de Curva de las zonas

impermeables sí que varía en función del grupo hidrológico del suelo, lo cual en la

realidad no es cierto.

Por lo tanto se concluye que la metodología propuesta por el CEDEX es

más adecuada, no sólo porque sea más sencilla de aplicar, sino porque da valores más

reales en las zonas urbanas, donde una parte importante de la superficie es impermeable.



131

8.3. Escala

Una vez decida la asignación del grupo hidrológico del suelo al indiferenciado

geológico, la metodología para la obtención de los Números de Curva y el patrón de

precipitación más adecuado se ha repetido toda la aplicación práctica para comprobar la

influencia de la escala de la información de partida, utilizando esta vez como

información para la obtención del MDE en formato raster un modelo vectorial de curvas

de nivel a escala 1:25000, con equidistancia entre curvas de 10 metros. Además no se ha

dispuesto de la información aportada por los puntos.

8.3.1. Obtención del MDE y preprocesado del terreno

Una vez creado el modelo TIN se ha obtenido en MDE en formato raster

con un tamaño de celda de 20 metros. Seguidamente se ha pasado a HEC-GeoHMS y se

ha comenzado con el preprocesado del terreno. Una vez obtenidos los cauces, con un

valor umbral de 4.5 km2, se ha procedido a comprobar estos cauces calculados con los

que hay en la realidad, mediante la ortofoto.

Figura 57. Cauces inicialmente obtenidos con el MDE con tamaño de celda de 20x20 metros.



132

Se observa que los cauces calculados se ajustan aproximadamente a los

reales, aunque con menor precisión que en el modelo con tamaño de celda de 10 metros.

Además en la zona urbana de Cartagena el ajuste es todavía peor (recuérdese que es

debido a la falta de información altitudinal en esa zona, ya que a la menor resolución de

las curvas de nivel hay que sumar la ausencia de la información aportada por los

puntos). En consecuencia, se han tenido que modificar los datos de partida creando una

barrera artificial con una curva de nivel y añadiendo puntos en el cauce, hasta que se ha

obtenido una delineación satisfactoria de los cauces.

Figura 58. Cauces obtenidos con el MDE hidrológicamente correcto.

Una vez que se ha dado por válido el MDE se ha completado el

preprocesado del terreno.



133

8.3.2. Procesado de cuenca

Seguidamente se ha realizado la extracción de la cuenca de estudio,

obteniéndose el siguiente resultado.

Figura 59. Vista de ArcView una vez extraída la cuenca.

Se procedido a dejar nuevamente seis subcuencas para comparar con los

resultados obtenidos con el MDE de tamaño de celda de 10x10 metros. El resultado

final es el siguiente.



134

Figura 60. Modelo de cuenca con seis subcuencas.

En este punto se puede hacer una comparación sobre la diferencia entre

las áreas de las subcuencas.

Subcuenca Área 1:5000 (km2)

Área 1:25000 (km2)

Variación (km2)

Variación (%)

Barreros 66.84 49.87 - 16.97 - 25.39 % Peñas Blancas 39.65 43.38 + 3.73 + 9.41%

Ladrilleros 23.67 23.66 ≈ 0 ≈ 0 % Canteras 10.36 11.34 + 0.98 + 9.46%

Intercuenca Benipila 2.25 1.54 - 0.71 - 31.56%

Benipila tramo final 4.14 4.18 ≈ 0 ≈ 0%

Cuenca completa 146.91 133.97 - 12.94 - 8.81%

Tabla 50. Comparación de áreas obtenidas con el modelo 1:5000 y con el modelo 1:25000.



135

En la siguiente figura se puede ver mejor la variación de las áreas.

Figura 61. En negro modelo de cuenca obtenido con el MDE a escala 1:5000, en verde modelo de cuenca

obtenido con el MDE a escala 1:25000, sobre un modelo de pendientes de la cuenca.

Se observa que la delineación de las subcuencas es idéntica en la parte

sur y suroeste de la cuenca, es decir, donde la pendiente es mayor, pero las diferencias

van aumentando conforme se avanza hacia el norte y hacia el este, es decir, hacia donde

la pendiente se va reduciendo.



136

8.3.3. Estimación de las características físicas

Una vez terminado el procesado de la cuenca se ha realizado la

estimación de las características físicas de la subcuencas y de los cauces. Los valores

obtenidos se muestran en las siguientes tablas.


Long. máx. de flujo (km)

Cota superior (m)

Cota inferior (m)






Tramo Longitud (m) Pendiente Características de la sección

Coef. de rugosidad

Benipila no encauzada 2079.7 0.0059 Ocho puntos 0.045



Respecto a las características de las secciones se han mantenido los

mismos valores que con la aplicación con escala 1:5000.



137

8.3.4. Cálculo de los parámetros hidrológicos

El cálculo del tiempo de concentración se ha realizado aplicando la

fórmula de Témez y después se ha calculado el tiempo lag o de retraso, obteniéndose los

siguientes resultados.

Subcuenca Cota

superior (m)

Cota inferior

(m)

Long. máx. de

flujo (km) Pendiente

Tiempo de concentración

(horas)

Tiempo lag

(min) Barreros 310.00 7.74 20.265 0.015 6.565 236.353

Peñas Blancas 360.00 20.25 17.599 0.019 5.616 202.170




Tabla 53. Tiempo de concentración y tiempo lag para cada subcuenca.

En la siguiente tabla se muestra la comparativa de los tiempos de

concentración para cada subcuenca obtenidos de los dos modelos.

Subcuenca Tc (horas) con escala 1:5000

Tc (horas) con escala 1:25000

Barreros 8.240 6.565 Peñas Blancas 5.814 5.616

Ladrilleros 4.975 4.764 Canteras 2.397 2.348

Intercuenca Benipila 1.620 1.321 Benipila tramo final 2.572 1.841

Tabla 54. Tiempos de concentración de cada subcuenca obtenidos con ambos modelos.

Los tiempos de concentración son muy similares para todas las

subcuencas, excepto en la subcuenca de Barreros, donde la reducción de área va

acompañada de una reducción del tiempo de concentración, y en la subcuenca Benipila

tramo final, donde el camino de máxima longitud de flujo ha variado.



138

Para la obtención de los Números Curva se ha utilizado la metodología

del CEDEX, asignando al indiferenciado el grupo C, excepto al de Barreros, al que se le

ha asignado el grupo B. A continuación se muestran los Números de Curva obtenidos

para cada subcuenca, con el modelo 1:5000 y con el 1:25000.

Subcuenca Número de Curva con escala 1:5000

Número de Curva con escala 1:25000

Barreros 72.98 72.18 Peñas Blancas 76.41 76.96

Ladrilleros 77.05 77.26 Canteras 77.29 78.61

Intercuenca Benipila 87.28 86.00

Benipila tramo final 81.17 81.59

Tabla 55. Números de Curva para cada subcuenca.

Se observa que apenas hay variación en los Números de Curva.

8.3.5. Precipitación de cálculo

A continuación se han vuelto a calcular los valores de precipitación de

cálculo, ya que al cambiar las áreas también han cambiado los coeficientes de

corrección. En las dos tablas siguientes se muestran los valores de los coeficientes de

corrección y la precipitación corregida de cada subcuenca.


Por nº de observaciones

Por simultaneidad

Por Área-Duración





Tabla 56. Coeficientes de corrección de precipitación para cada subcuenca.



139

Subcuenca Coefic. total de corrección P5c P10c P50c P100c P200c P500c

Barreros 0.982 81.5 101.8 146.5 165.5 182.1 212.3 Peñas Blancas 0.997 82.7 103.3 148.7 167.9 184.8 215.5




Tabla 57. Coeficiente total de corrección y precipitación de cálculo en mm para cada subcuenca y para

cada período de retorno.

8.3.6. Resultados

Los resultados obtenidos en HEC-HMS y con el patrón del LINDE

modificado se muestran a continuación.

Subcuenca Área (km2) Q5 Q10 Q50 Q100 Q200 Q500

Barreros 49.87 44.32 71.01 139.19 170.70 199.00 251.87 Peñas

Blancas 43.38 58.92 89.35 163.19 196.37 226.10 280.94




Cuenca completa 133.97 154.90 236.56 439.49 530.56 612.01 764.60

Tabla 58. Caudales, en m3/s, obtenidos con HEC-HMS con LINDE modificado para el modelo con

tamaño de celda de 20x20 metros.



140

También se muestran los resultados obtenidos con LINDE modificado en

el modelo a escala 1:5000.

Subcuenca Área (km2) Q5 Q10 Q50 Q100 Q200 Q500

Barreros 66.84 51.04 81.45 157.53 193.19 224.39 283.37 Peñas

Blancas 39.65 51.36 78.33 143.94 173.85 199.76 248.79




Cuenca completa 146.91 145.32 223.13 413.96 501.22 577.52 722.04

Tabla 59. Caudales, en m3/s, obtenidos con HEC-HMS con LINDE modificado para el modelo con

tamaño de celda de 10x10 metros.

Se puede observar que con el MDE a escala 1:25000 se obtienen

caudales inferiores en Barreros y en la Intercuenca Benipila, ya que en estas subcuencas

se reduce el área. En la subcuenca de Ladrilleros el caudal apenas varía, ya que los

valores de área, tiempo de concentración y número de curva son muy similares para

ambos modelos. En las subcuencas de Peñas Blancas, de Canteras, en Benipila tramo

final y para la cuenca completa los caudales son superiores. En Peñas Blancas y de

Canteras el aumento parece lógico, ya que también aumenta el área en ambas

subcuencas. En la subcuenca Benipila tramo final el aumento de caudal es debido a la

variación del tiempo de concentración de la subcuenca, ya que el área apenas varía. Pero

lo que más llama la atención es que el caudal de salida de la cuenca completa aumente

cuando el área se reduce y los Números de Curva apenas varían. El aumento se debe a

que los tiempos de concentración de las subcuencas de Barreros y de Benipila tramo

final han cambiado, y por tanto afectan al caudal de salida de la cuenca completa.



141

9. Conclusiones Las conclusiones obtenidas mediante el trabajo con SIG son:

• En el caso de trabajar con HEC-GeoHMS no se requieren grandes

conocimientos en SIG, ya que es un programa muy sencillo y el proceso de

trabajo es secuencial. Por el contrario si se trabaja con un programa de

sistemas de información geográfica si es necesario cierta experiencia en SIG

para la obtención de los números de curva y para la generación del MDE,

aunque ya hay empresas que suministran el modelo en formato raster.

• La modelización hidrológica usando SIG es un proceso rápido y

comparativamente menos pesado y más preciso que la superposición

manual de las distintas capas de información, especialmente si se tiene en

cuenta que cada vez se puede adquirir más fácilmente la información en

formado digital. Otra ventaja es la facilidad para la edición y presentación

de resultados.

Las conclusiones particulares en cuanto a la metodología de aplicación son:

• A la hora de elegir un patrón de distribución de precipitación se aconseja el

uso del patrón del proyecto LINDE modificado porque con este

procedimiento se obtienen los caudales máximos en el caso de la cuenca

completa. Con el patrón de Huff con duración igual al tiempo de

concentración se obtienen caudales extremos para las subcuencas, pero para

la cuenca completa se obtienen valores inferiores, y con el patrón de Huff

de 24 horas es con el que se obtienen los caudales más bajos para todas las

situaciones. Con el patrón del proyecto LINDE modificado se obtienen

caudales intermedios para las subcuencas y el caudal máximo para la cuenca

completa.

• Respecto a las metodologías para la obtención de los números de curva, con

la metodología del CEDEX se obtienen resultados más adecuados en zonas

urbanas, y además, su aplicación es más sencilla, con el consecuente ahorro

de tiempo de trabajo.



142

• En cuanto al problema de la asignación del grupo hidrológico al

indiferenciado, no se recomienda asignar el grupo C a cuencas donde no

haya un cauce claramente definido y las pendientes sean muy reducidas, ya

que sobreestimarían los caudales de forma importante. Es por tanto más

conveniente asignar el grupo hidrológico B.

• Sería muy conveniente que las leyendas de las bases de datos geológicas y

de usos de suelo estuvieran clasificadas en base a los grupos hidrológicos

del suelo y a los usos de las tablas de los números de curva, como ya ocurre

en Estados Unidos con los datos del USGS.

• Si se dispusiera de datos de aforos se podría calibrar el modelo de cuenca y

el modelo meteorológico, y así se vería que patrón de distribución de

precipitación es más adecuado o que grupo hidrológico se debería asignar al

indiferenciado.

• El uso de una ortofoto se hace imprescindible, ya que con ella se realiza el

completado y la verificación de la información de partida, y una parte muy

importante del proceso, como es la verificación del modelo de cuenca,

mediante la verificación de la delineación de cauces.

• La aplicación de la Instrucción 5.2-IC es un método válido, aunque se debe

tener en cuenta que el valor de corrección del umbral de escorrentía P0

indicado para esta zona es demasiado elevado, puesto que produce una

importante subestimación en los caudales. Por ello se aconseja utilizar un

valor próximo a 1.5 en lugar de un valor de 3.

• En cuanto a la escala de la información de partida, en zonas con pendientes

entorno al 2% no se producen variaciones importantes en los valores de área

y tiempo de concentración de las subcuencas, por lo que los caudales son

muy parecidos. Por el contrario, en zonas con pendiente inferior al 1.5% no

se recomienda el uso los modelos a escala 1:25000 ya que con el tamaño de

celda de 20x20 metros no se refleja claramente la variación de la pendiente

del terreno y por tanto el algoritmo de ocho direcciones de flujo no va a

funcionar correctamente. Por ello en estos casos hay que aumentar la escala



143

de la información de partida para poder obtener un MDE de mayor

resolución.



144

10. Bibliografía

CASTILLO, L. G. (2002). “Apuntes de Obras y Aprovechamientos Hidráulicos”.

Universidad Politécnica de Cartagena UPCT.

CASTILLO, L. G. (2007). “Estudio de Inundabilidad de la zona norte de la

confluencia de las ramblas de Los Dolores y Los Barreros con la de Benipila y

altenativas de solución”. Convenio UPCT-Ayuntamiento de Cartagena.

FELICÍSIMO, A. (1994). “Modelos Digitales del Terreno”. www.etsimo.uniovi.es

FERRER, M; RODRÍGUEZ, J. y ESTRELA, T. (1995). “Generación automática del

número de curva con sistemas de información geográfica”. Revista Ingeniería del

Agua. Volumen 2, número 4.

HEC-GeoHMS. (2003). “User’s Manual”. U.S. Army Corps of Engineers.

HEC-HMS. (2006). “HEC-HMS User’s Manual”. U.S. Army Corps of Engineers.

MAIDMENT, D. R. 2002. “Arc Hydro. GIS for Water Resources”. ESRI Press.

MINISTERIO DE FOMENTO (Antiguo MOPU) (1990). “Instrucción 5.2-IC.

Drenaje superficial”.

VEN TE CHOW (1988). “Applied Hydrology”. Ed. McGraw-Hill.



145

APÉNDICE A

Hidrogramas de salida de las subcuencas y de la cuenca

completa para todos los periodos de retorno, obtenidos

con el patrón del proyecto LINDE modificado



146

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

50

100

150

200

250

300

BARREROS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW BARREROS RUN:RUN T200 GRANDE FLOW BARREROS RUN:RUN T100 GRANDE FLOW BARREROS RUN:RUN T50 GRANDE FLOWBARREROS RUN:RUN T10 GRANDE FLOW BARREROS RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 62. Hidrogramas de salida de la subcuenca de Barreros para los distintos periodos de retorno.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

50

100

150

200

250

300

PENAS BLANCAS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW PENAS BLANCAS RUN:RUN T200 GRANDE FLOW PENAS BLANCAS RUN:RUN T100 GRANDE FLOW PENAS BLANCAS RUN:RUN T50 GRANDE FLOWPENAS BLANCAS RUN:RUN T10 GRANDE FLOW PENAS BLANCAS RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 63. Hidrogramas de salida de la subcuenca de Peñas Blancas para los distintos periodos de retorno.



147

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

LADRILLEROS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW LADRILLEROS RUN:RUN T200 GRANDE FLOW LADRILLEROS RUN:RUN T100 GRANDE FLOW LADRILLEROS RUN:RUN T50 GRANDE FLOWLADRILLEROS RUN:RUN T10 GRANDE FLOW LADRILLEROS RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 64. Hidrogramas de salida de la subcuenca de Ladrilleros para los distintos periodos de retorno.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

20

40

60

80

100

120

140

CANTERAS RUN:RUN T500 GRANDE FLOW CANTERAS RUN:RUN T200 GRANDE FLOW CANTERAS RUN:RUN T100 GRANDE FLOW CANTERAS RUN:RUN T50 GRANDE FLOWCANTERAS RUN:RUN T10 GRANDE FLOW CANTERAS RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 65. Hidrogramas de salida de la subcuenca de Canteras para los distintos periodos de retorno.



148

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T200 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T100 GRANDE FLOWINTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T50 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T10 GRANDE FLOW INTERCUENCA BENIPILA RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 66. Hidrogramas de salida de la Intercuenca Benipila para los distintos periodos de retorno.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

10

20

30

40

50

60

BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T500 GRANDE FLOW BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T200 GRANDE FLOW BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T100 GRANDE FLOWBENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T50 GRANDE FLOW BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T10 GRANDE FLOW BENIPILA TRAMO FINAL RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 67. Hidrogramas de salida de Benipila tramo final para los distintos periodos de retorno.



149

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

SALIDA RUN:RUN T500 GRANDE FLOW SALIDA RUN:RUN T200 GRANDE FLOW SALIDA RUN:RUN T100 GRANDE FLOW SALIDA RUN:RUN T50 GRANDE FLOWSALIDA RUN:RUN T10 GRANDE FLOW SALIDA RUN:RUN T5 GRANDE FLOW

Figura 68. Hidrogramas de salida de la cuenca completa para los distintos periodos de retorno.

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600

700

800


Figura 69. Hidrogramas de salida de todas las subcuencas y de la cuenca completa para el periodo de

retorno de 500 años.



150

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600




00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

100

200

300

400

500

600






151

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450




00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

50

100

150

200






152

00:00 12:00 00:00 12:00 00:0001Jan2000 02Jan2000

Flow

(cm

s)

0

20

40

60

80

100

120

140

160



retorno de 5 años.



153

APÉNDICE B

Planos de la cuenca de estudio

ingenierÍa tÉcnica de obras pÚblicas ... - … · en primer lugar se ha obtenido un modelo...

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