INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E
HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS SUSCEPTIBLES
DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS –
MUNICIPIO DE ACACÍAS, META.
DIANA HASBLEIDY CALDERÓN DÍAZ
JOHANNA MONTOYA GARCÍA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA CATASTRAL Y GEODESIA
BOGOTÁ D.C.
ENERO, 2016
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HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS SUSCEPTIBLES
DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS –
MUNICIPIO DE ACACÍAS, META.
DIANA HASBLEIDY CALDERÓN DÍAZ
JOHANNA MONTOYA GARCÍA
Trabajo de grado modalidad Monografía como requisito para optar al grado de:
Ingeniero Catastral y Geodesta
Director: ING. CARLOS GERMAN RAMÍREZ RAMOS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA CATASTRAL Y GEODESIA
BOGOTÁ D.C.
ENERO, 2016
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III
NOTA DE ACEPTACIÓN
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Jurado
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Jurado
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IV
AGRADECIMIENTOS
Al finalizar nuestro trabajo de grado agradecemos ante todo a Dios por darnos la sabiduría para
llevar a cabo una de las etapas más importantes en la vida.
A nuestros padres, hijas y familiares por quienes a lo largo de nuestras vidas han velado por
nuestro bienestar y educación, siendo apoyo en todo momento. Depositando su entera confianza
en cada reto que se presentaba sin dudar ni un solo momento en la inteligencia y capacidad para
lograr el objetivo trazado y también por brindarnos el apoyo moral y económico.
A la universidad Distrital Francisco José de Caldas, por acogernos y darnos la oportunidad de
conocer una de las mejores profesiones como es el ser ingeniero Catastral y Geodesta; a nuestro
director de tesis y profesores por la gran espera y paciencia.
A nuestros amigos, por proporcionarnos la información y ánimo para que este proceso
culminara satisfactoriamente.
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V
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 14
1.1. ESTADO DEL ARTE............................................................................................. 16
1.2. OBJETIVOS ........................................................................................................... 19
1.2.1 General ......................................................................................................................... 19
1.2.2 Específicos ................................................................................................................... 19
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................................ 20
2.1. CICLO HIDROLÓGICO ........................................................................................ 20
2.2. CUENCA HIDROGRÁFICA ................................................................................. 21
2.3 HIDROLOGÍA ........................................................................................................... 26
2.3.1 Precipitación ................................................................................................................ 27
2.3.2 Tormenta de Diseño ..................................................................................................... 31
2.3.3 Tiempo de concentración (Tc). .................................................................................... 33
2.3.4 Precipitación Neta o Escorrentía Directa. .................................................................... 34
2.3.5 Estimación de Caudales ............................................................................................... 38
2.4 HIDRAULICA ............................................................................................................... 41
2.5 INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y MODELOS
DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO ......................................................... 43
2.5.1 Herramientas de Sistemas de Información Geográfica ................................................ 46
2.5.2 Herramienta HEC-HMS .............................................................................................. 49
2.5.3 Herramienta HEC-RAS .......................................................................................... 52
3. MÉTODO Y MATERIALES ............................................................................................... 53
3.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ......................................................... 54
3.1.1 Localización de la Cuenca del Río Acacías ................................................................. 54
3.1.2 Clima ............................................................................................................................ 56
3.1.3 Geología ....................................................................................................................... 57
3.1.3 Hidrografía ................................................................................................................... 57
3.2. MATERIALES ....................................................................................................... 59
3.2.1 Modelo de Elevación Digital (DEM). .......................................................................... 59
3.2.2 Mapa de pendientes. .................................................................................................... 59
3.2.3 Mapa de cobertura vegetal y usos del suelo metodología CORINE Land Cover. ....... 60
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VI
3.2.4 Mapa Edafológico ........................................................................................................ 62
3.2.5 Registro de Precipitación ............................................................................................. 63
3.3. MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA ........................................... 63
3.3.1. Delimitación y determinación del modelo de la cuenca del Río Acacías ............... 63
3.3.2. Modelo Meteorológico............................................................................................ 64
3.3.3. Especificaciones de control..................................................................................... 66
3.4. MODELACIÓN HIDRÁULICA DE LA CUENCA .............................................. 66
3.4.1. Geometría del cauce .................................................................................................... 66
3.4.2. Condiciones de contorno ............................................................................................ 67
3.4.3. Generación de cartografía de zonas susceptibles inundación ..................................... 67
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................ 68
4.1. ADQUISICIÓN Y PREPARACIÓN DE LA INFORMACIÓN ............................ 68
4.1.1. Mapa de Pendientes ................................................................................................ 68
4.1.2. Mapa de Cobertura vegetal y usos del suelo ........................................................... 68
4.1.3. Mapa Edafológico ................................................................................................... 70
4.1.4. Registros de precipitación ....................................................................................... 73
4.2. MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS ....... 74
4.2.1. Delimitación y determinación del modelo de la cuenca del Río Acacías ............... 74
4.2.2. Modelo Meteorológico............................................................................................ 78
4.4 MODELACIÓN HIDRÁULICA DE LA CUENCA. .................................................... 93
4.4.1. Geometría del cauce .................................................................................................... 93
4.4.2. Condiciones de contorno .......................................................................................... 100
4.4.3. Generación de cartografía de zonas susceptibles inundación ................................... 101
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................. 103
6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 105
7. ANEXOS ............................................................................................................................ 107
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VII
TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Ciclo del Agua .............................................................................................................. 20
Figura 2. Componentes y procesos de formación de la cuenca hidrográfica. ............................. 22 Figura 3. Red de drenajes ............................................................................................................ 25 Figura 4. Esquema de Diseño en un Sistema Hidrológico .......................................................... 31 Figura 5. Ejemplo de Hietrograma de Diseño ............................................................................. 33 Figura 6. Hidrogramas unitarios sintéticos del Soil Conservation Service. Hidrograma
adimensional y Hidrograma unitario triangular. ........................................................................... 40 Figura 7. Integración SIG - Modelo Matemático mediante transferencia de datos. .................... 44 Figura 8. Esquema de integración Modelos matemáticos - SIG.................................................. 45 Figura 9. Esquema de Integración del modelo matemático dentro del SIG. ............................... 46
Figura 10. Pendiente entre celdas vecinas y determinación de la dirección del flujo de la red de
drenajes con el DEM. .................................................................................................................... 47
Figura 11. Análisis del Terreno y cálculo de las características topográficas de la cuenca. ....... 48 Figura 12. Localización de la Cuenca del Río Acacías ............................................................... 56
Figura 13. Modelo de la cuenca del Río Acacias basado en los resultados de HEC-HMS ......... 84 Figura 14. Polígonos de Thiessen para la cuenca del Río Acacias con 5 estaciones. .................. 90 Figura 15. Perfil para la lámina de agua generada a partir de la simulación hidráulica ............ 119
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VIII
TABLA DE TABLAS
Tabla 1 Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2011, Zona Urbana ......... 17 Tabla 2. Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2011 ............................... 17 Tabla 3. Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2010, Zona rural ............ 18 Tabla 4. Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2008, Zona rural ............. 18 Tabla 5. Número de Curva de escorrentía para usos selectos de tierra agrícola, suburbana y urbana,
en condiciones de humedad II....................................................................................................... 37 Tabla 6. Coeficientes de Cowan para determinar la influencia de diversos factores sobre el
coeficiente n. ................................................................................................................................. 43 Tabla 7. Descripción de los elementos hidrológicos en el modelo HMS .................................... 50 Tabla 8. Métodos para los cálculos en las subcuencas y los canales ........................................... 51
Tabla 9. Métodos del modelo meteorológico............................................................................... 52 Tabla 10. Descripción de la estructura de la metodología para la determinación de zonas de
inundación. .................................................................................................................................... 53 Tabla 11. Porcentaje de ocupación de municipios ...................................................................... 55 Tabla 12. Rangos de pendiente e identificación de relieve. ......................................................... 59 Tabla 13. Unidades de Coberturas de la tierra para la leyenda nacional escala 1:100.000, de
acuerdo con la metodología Corine Land Cover adaptada para Colombia .................................. 60 Tabla 14. Clasificación Hidrológica de los tipos de suelos según su permeabilidad................... 62
Tabla 15. Características topográficas de la cuenca .................................................................... 64 Tabla 16 Cobertura vegetal del suelo y usos de suelos metodología Corine Land Cover para la
cuenca del Río Acacías. ................................................................................................................ 68
Tabla 17. Descripción litográfica del área de estudio .................................................................. 73 Tabla 18. Precipitación Máxima 24 horas anual (mm). IDEAM ................................................. 73
Tabla 19. Características morfométricas de la cuenca del Río Acacias....................................... 75
Tabla 20. Características de relieve del cauce principal. ............................................................. 75
Tabla 21. Características morfométricas de las subcuencas según HEC-GeoHMS. ................... 76 Tabla 22. Características de los ríos principales. ......................................................................... 76 Tabla 23. Parámetros estadísticos calculados para las estaciones pluviométricas de la zona. .... 78
Tabla 24. Precipitación Según La Función De Probabilidad para cada una de las estaciones
hidrológicas. .................................................................................................................................. 79
Tabla 25. Precipitación máxima 24h (mm) estación Acacias, Guamal, Ojo de Agua, Caño Hondo
y El Toro. ...................................................................................................................................... 79 Tabla 26. Intensidad de lluvia (mm/hr) según el período de retorno, Estación Acacías, Guamal,
Ojo de Agua, Caño Hondo y El Toro. .......................................................................................... 80 Tabla 27. Calculo de los valores de los coeficientes K, m y l para cada una de la estaciones de la
zona de estudio. ............................................................................................................................. 80 Tabla 28. Parámetros calculados para el Modelo de la cuenca .................................................... 85
Tabla 29. Parámetros calculados para el cauce del Río Acacias, por el método de Muskingum
Routing .......................................................................................................................................... 86 Tabla 30. Hietogramas de las estaciones pluviométricas del área de estudio .............................. 87 Tabla 31. Pesos para los pluviómetros por cada subcuenca. ....................................................... 89 Tabla 32. Resumen Global de la simulación hidrológica para un período de retorno de 100 años
....................................................................................................................................................... 91 Tabla 33. Calculo del coeficiente de rugosidad n Manning ......................................................... 99
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IX
TABLA DE GRAFICAS
Gráfica 1. Curva IDF para la estación El Toro para T = 100 años. Elaboración propia. ............ 81 Gráfica 2. Curva IDF para la estación Caño Hondo para T = 100 años. Elaboración propia..... 81 Gráfica 3. Curva IDF para la estación Guamal para T = 100 años. Elaboración propia. ........... 82
Gráfica 4. Curva IDF para la estación Ojo de Agua para T = 100 años. Elaboración propia. ... 82 Gráfica 5. Curva IDF para la estación Acacias para T = 100 años. Elaboración propia. ........... 83 Gráfica 6. Hietogramas generados para cada una de las estaciones pluviométricas de la zona de
estudio. Elaboración propia. ......................................................................................................... 88 Gráfica 7. Hidrograma de salida para la cuenca del Río Acacias. ............................................... 92
Gráfica 8. Hidrograma para la subcuenca Río Acacias ............................................................... 93 Gráfica 9. Sección Transversal en la zona alta del Río Acacias. ................................................. 95
Gráfica 10. Sección Transversal en la zona media del Río Acacias. ........................................... 96 Gráfica 11. Sección transversal de la zona baja del Río Acacias. ............................................... 97 Gráfica 12. Relación Caudal Pico – Elevación. ......................................................................... 100 Gráfica 13. Hidrograma para la subcuenca del Río Orotoy. ...................................................... 112
Gráfica 14. Hidrograma para la subcuenca del Quebrada El Playon. ........................................ 113 Gráfica 15. Hidrograma para la subcuenca del Río Acaciitas. .................................................. 114
Gráfica 16. Hidrograma para la subcuenca Caño Laureles. ...................................................... 115 Gráfica 17. Hidrograma para la subcuenca Caño La Unión. ..................................................... 116 Gráfica 18. Hidrograma para la subcuenca Caño Chichimene. ................................................. 117
Gráfica 19. Hidrograma para la subcuenca Santa Bárbara. ....................................................... 118
TABLA DE MAPAS
Mapa 1. Red de drenajes de la Cuenca del Río Acacías basado en cartografía base 1:100.000,
IGAC ............................................................................................................................................. 58
Mapa 2. Mapa de pendientes de la cuenca del Río Acacías – Pajure. ......................................... 69 Mapa 3. Mapa de cobertura vegetal y usos del suelo. .................................................................. 71 Mapa 4. Edafología de la cuenca del Río Acacías. ...................................................................... 72
Mapa 5. Subcuencas generadas por la herramienta HEC-GeoHMS. ........................................... 77 Mapa 6. Secciones Transversales para el Río Acacias ................................................................ 94 Mapa 7. Resultado final de las zonas susceptibles de inundación ............................................. 102
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X
LISTA DE ABREVIATURAS Y SIGLAS
CN: Número de Curva
CORMACARENA: Corporación para el Desarrollo Sostenible del Área de Manejo Especial La
Macarena
Curvas IDF: Curvas de Intensidad – Duración – Frecuencia
DANE: Departamento Administrativo Nacional de Estadística
DEM: Modelo de Elevación Digital (Digital Elevation Model)
DTM: Modelo Digital del Terreno (Digital Terrain Model)
IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia
IGAC: Instituto Geográfico Agustín Codazzi
HEC-1: Centro de Ingeniería Hidrológica - 1(Hydrologic Engineering Center-1)
HEC-GeoHMS: Extensión Geoespacial Modelación Hidrológica
HEC-GeoRAS: Extensión Geoespacial Sistema de Análisis de Ríos
HEC-HMS: Centro de Ingeniería Hidrológica – Sistema de Modelación Hidrológico (Hydrologic
Engineering Center – Hydrologic Modeling System)
HEC-RAS: Centro de Ingeniería Hidrológica – Sistema de Análisis de Ríos (Hydrologic
Engineering Center – River Analysis System)
POT: Plan de Ordenamiento Territorial
POMCA: Planes de Ordenación y Manejo de Cuencas Hidrográficas
SCS: Servicio de Conservación de Suelos (Soil Conservation Service)
SIG: Sistema de Información Geográfica
Tc: Tiempo de concentración
TIN: Red irregular de triángulos (Triangulated Irregular Network)
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XI
GLOSARIO
Amenaza: Es la probabilidad de ocurrencia de un evento (inundaciones, huracanes, tsunamis,
sismos, deslizamientos, etc.) potencialmente dañino, caracterizado por una cierta intensidad,
dentro de un periodo dado y en un área determinada (Instituto Nicaraguense de Estudios
Territoriales & Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación, 2005).
Caudal base: Parte del caudal aportado por las reservas de una cuenca, en particular las
subterráneas, que se mantiene fuera de periodos de lluvia o de fusión de nieves y que tiende a
confundirse con el caudal de agotamiento.
Caudal Pico: es el máximo caudal que genera la escorrentía, es importante con fines de
diseño, dado que condiciona el tamaño de las obras hidráulicas de control.
DEM (Digital Eletavion Model): Modelo de elevación digital, el cual consiste en un arreglo
ordenado de números que representa la distribución espacial de las elevaciones.
Flujo Subcritico: en el flujo subcritico se tienen velocidades y pendientes bajas, pero las
profundidades de la lámina de agua, por el contrario, son mayores que las que se presentan e un
flujo supercrítico. Para este tipo de flujo un aumento en la energía se traduce en un aumento en la
profundidad de la lámina de agua.
Hidrograma: es la representación gráfica de la variación del gasto o caudal que pasa por una
sección de cauce, con respecto al tiempo (Pérez & Rodriguez, 2009).
Hietograma: gráfica que representa la variación de la lámina de lluvia o de su intensidad, con
respecto a un intervalo de tiempo previamente fijado (Pérez & Rodriguez, 2009).
Inundación: Una inundación es la sumersión temporal de terrenos, generalmente secos, como
consecuencia de la aportación inusual y más o menos repentina de un volumen de agua superior al
habitual, lo que puede provocar daños a las personas o bienes allí existentes (Dirección General
de Protección Civil y Emergencias, 2004).
Inundaciones Lentas: las inundaciones lentas son las que se producen sobre terrenos planos
que desaguan muy lentamente, cercanos a las riberas de los ríos o donde las lluvias son frecuentes.
Muchas de ellas es el resultado del comportamiento normal de los ríos, ya que es normal que en
invierno aumente la cantidad de agua inundando los terrenos cercanos como llanuras o
playones(Dirección General de Protección Civil y Emergencias, 2004).
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XII
Inundaciones Repentinas: las inundaciones son las que se producen por la presencia de grandes
cantidades de agua en corto tiempo, cuando las lluvias son intensas y duraderas. Son frecuentes en
los ríos de zonas montañosas con bastante pendiente y muchas se producen a causa de fenómenos
como los fuertes aguaceros sobre terrenos débiles o sin vegetación provocando deslizamiento en
las montañas cercanas al cauce de los ríos y quebradas (Dirección General de Protección Civil y
Emergencias, 2004).
Intensidad de lluvia (i): La intensidad es la tasa temporal de precipitación, es decir, la
profundidad por unidad de tiempo (mm/h) (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2008).
Periodo de Retorno (Tr): se define como el tiempo promedio en años que debe transcurrir
entre dos eventos cuya intensidad excede un determinado valor y está relacionado inversamente
con el valor de probabilidad de ocurrencia. El Periodo de retorno es una variable que juega un
papel importante a la hora de obtener una tormenta de diseño (Ardila & Calderón, 2006).
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XIII
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Resumen
En este estudio se realizó la integración de herramientas de Sistemas de Información Geográfica
SIG y el análisis de precipitación que incluye el modelo hidrológico HEC-HMS y el modelo
hidráulico HEC-RAS en la cuenca del Río Acacías localizada en el Departamento del Meta, que
dio como resultado final las áreas susceptibles de inundación con cartografía a escala 1:100.000.
Para este caso, se utilizó el método hidrológico SCS, por su simplicidad, facilidad de aplicación y
calidad de resultados, además que considera la limitada información hidrométrica existente.
En un primer momento, con el Modelo de Elevación Digital se delimito la cuenca y la red de
drenajes, posteriormente se calculó las características morfométricas de la zona y se generó los
archivos compatibles para el software HEC-HMS.
En un segundo momento, se calculó la respuesta hidrológica de la cuenca a través del diseño
de tormenta para un periodo de retorno de 100 años, tomando como base los registros de
precipitación de las estaciones pluviométricas que se encuentran dentro de la cuenca o cercana a
ella.
Como tercer momento, se utilizó el software HEC-RAS que con ayuda de las secciones
transversales del cauce y el caudal máximo para el período de retorno de 100 años, permite calcular
la altura de la lámina de agua de dicho caudal y la delimitación de las áreas inundables.
Como último momento, se integran los resultados obtenidos en HEC-RAS al SIG para la
visualización y generación de cartografía de las áreas susceptibles de inundación a escala
1:100.000.
Palabras Claves: Hidrología, hidráulica, cuenca, SIG, inundación, modelo hidrológico
HEC-HMS, modelo hidráulico HEC-RAS.
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14
1. INTRODUCCIÓN
Las inundaciones producidas por diferentes cuerpos de agua y por altas precipitaciones suponen
un riesgo para las personas y causan significativos costos económicos, según el reporte realizado
por El Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), junto con El Instituto de Hidrología,
Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) y el Departamento Administrativo Nacional de
Estadística (DANE), que en el año 2011 reporto que Colombia mostró un aumento de las lluvias
en dicho periodo, presentándose emergencia en 1.018 municipios, esto significa que el 92,3% del
país fue afectado y que la zonas afectadas por inundaciones corresponden a 1.642.108 hectáreas
de inundación, que a su vez corresponde con el 46.9 % total de las áreas del país. De acuerdo a las
cifras de la Defensa Civil Colombiana para el año 2011, estos eventos catastróficos dejan 448
muertos, y 73 heridos y 3.321.199 damnificados (DANE, 2011).
La problemática que enfrentan los municipios en Colombia en cuanto a las amenazas y riesgos
de desastres por inundaciones, genera que la falta de planes, programas y proyectos no ayuden a
resolver o a mitigar la posible aparición de este tipo de desastres, que afectan de manera directa a
la población de los municipios del país.
En consecuencia, se evidencia la importancia de delimitar las zonas de inundación cercanas a
los cauces a través de mapas y/o cartografía, que permitan mejorar los procesos de planeación,
organización, formulación e implementación de Planes de Ordenamiento Territorial (POT) y
Planes de Ordenación y Manejo de Cuencas Hidrográficas (POMCA), enfocados a la protección
y conservación de los recursos naturales y al mismo tiempo en la mitigación de los posibles riesgos
y amenazas por inundación, mediante la Gestión del Riesgo de Desastres.
En la generación de mapas de áreas susceptibles de inundación se requiere considerar
información hidrológica como lo son los registros de precipitación máxima de 24 horas,
información hidráulica, de geología, de vegetación y de usos del suelo y el Modelo Digital de
Elevación. En el método hidrológico SCS, los fenómenos hidrológicos se representan utilizando
el modelo hidrológico HEC-HMS y el modelo hidráulico HEC-RAS, originalmente de tipo
evento, pero que con los últimos desarrollos, también puede ser utilizado a nivel continuo
(Rodríguez, Gonzáles, Medina, Pardo, & Santos, 2007). En la mayoría de las aplicaciones
reportadas en la literatura, los dos tipos de modelación se realizan de forma separada, con lo cual
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15
se incrementan los errores debidos a manipulación y transferencia de la información, y se limita la
capacidad del modelo acoplado para pronosticar los niveles de inundación a partir de datos
puntuales de precipitación en tiempo casi real.
Para generar las zonas susceptibles de inundación para el cauce del Río Acacías, el documento
se estructura en cuatro capítulos distribuidos así:
El primer capítulo: Introducción, refiriéndose al estado del arte de los estudios de zonas
susceptibles de inundación para Colombia y algunos estudios realizados en España, donde se
describe las metodologías más utilizadas, y los objetivos definidos para el estudio.
El segundo capítulo: Fundamentos Teóricos, aborda los conceptos necesarios acerca del
modelo hidrológico HEC-HMS y el modelo hidráulico HEC-RAS, y la integración de herramientas
SIG como HEC-GeoHMS y HEC-GeoRAS para ArcGis 10.1, que permite generar las zonas
susceptibles de inundación para el área de estudio.
El tercer capítulo: Método y Materiales, describe los métodos y materiales utilizados en el
desarrollo del proyecto. Inicialmente se delimita la cuenca y la red de drenajes con sus
características morfométricas con la herramienta SIG HEC-GeoHMS, generando los archivos
intercambiables para la simulación hidrológica en el software HEC-HMS. Posteriormente, se
realiza el análisis hidrológico a los datos de precipitación máxima 24 Horas medidos en las
estaciones pluviométricas de Acacías, Guamal, El Toro, Caño Hondo y Ojo de Agua para calcular
el hietograma representativo en un periodo de retorno de 100 años. Luego se realiza la simulación
hidrológica para la determinación del caudal máximo de la crecida del Rio Acacías utilizando el
modelo HEC-HMS. La simulación hidráulica se lleva a cabo en tres fases, pre-procesamiento,
procesamientos y el post-procesamiento de la información geométrica del cauce principal, y el
caudal máximo para un periodo de retorno de 100 años ya calculado, dando como resultado final
la identificación y visualización de las zonas susceptibles de inundación con ayuda de la
herramienta HEC-GeoRas.
El cuarto capítulo: Resultados y Análisis de Resultados obtenidos de cada uno de los
procedimientos señalados en el capítulo Método y Materiales, y las Conclusiones y
Recomendaciones resultantes del método aplicado para la delimitación de las zonas susceptibles
de inundación para la cuenca del Rio Acacías.
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16
1.1. ESTADO DEL ARTE
Dentro de la literatura referente a la integración de las herramientas de Sistemas de Información
Geográfica SIG y los modelos hidrológicos e hidráulicos, se encuentra con mayor frecuencia la
utilización de las herramientas SIG para el pre-procesamiento de los datos de entrada a los modelos
hidrológicos e hidráulicos y el post-procesamiento para realizar las representaciones cartográficas
de los resultados; que por su fácil manejo y manera eficiente de utilizar todas las capacidades de
las herramientas por separado, es el más utilizado. En este caso, el SIG y los modelos hidrológicos
e hidráulicos son sistemas independientes que comparten un mismo formato de ficheros de
importación y exportación (Garrido, 2009).
Durante la revisión y análisis de la literatura referente a la delimitación de zonas de inundación
para cuencas con poca información hidrométrica, se encontraron los siguientes documentos como
siguen a continuación:
Elaboración de cartografía de zonas inundables. Aplicación al llano de inundación del río
Arga (navarra), documento donde se detalla el comportamiento de las áreas inundables y se
elabora la cartografía de riesgo para la zona del Río Arga en España, tratando temas como la
delimitación de áreas inundables para diferentes valores de caudal máximo que se lleva a cabo
mediante la combinación de métodos estadísticos, hidrológicos, hidráulicos y geomorfológicos.
Guía metodológica para incorporar la prevención y la reducción de riesgos en los procesos de
ordenamiento territorial, el documento contiene los pasos básicos para orientar la incorporación
de la Prevención y Reducción de Riesgos en la planificación territorial, como determinante en la
toma de decisiones y sobre los costos humanos, económicos, sociales, ambientales y políticos que
tendrán los municipios de no hacerlo en una forma adecuada.
Propuesta metodológica para la generación de mapas de inundación y clasificación de zonas
de amenaza. Caso de estudio en la parte baja del Río Las Ceibas (Neiva- Huila), este documento
presenta la propuesta de una metodología para la generación de mapas de inundaciones y
clasificación de zonas de amenaza, utilizando las herramientas de modelación hidrológica HEC-
GeoHMS y HEC-HMS, y las herramientas de modelación hidráulica HEC-GeoRAS y HEC-RAS,
del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, utilizando como caso de estudio la cuenca del río
Las Ceibas.
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De acuerdo a las información tomada del Sistema Nacional de Gestión de Riesgo de Desastres
de la Tabla 1 y Tabla 2, se evidencia que para los años 2010 – 2011, un incremento en los niveles
del Río Acacias, causo inundaciones en la zona urbana del Municipio de Acacias específicamente
en los barrios La Independencia y La Florida. En la Tabla 3 y Tabla 4, se muestra que para los
años 2008 y 2010 las inundaciones generadas por el Rio Acacias afecto las Veredas Malecón y El
Diamante.
Tabla 1 Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2011, Zona Urbana
Fecha de Ocurrencia: 18/04/2011
Número Radicado:
Nombre Emergencia: Inundación en Acacias
Descripción: Barrios: La Independencia, La Florida, Reporte de la Defensa Civil
Lugar: META – ACACIAS - Acacias
Tipo Fenómeno: Inundación
Nivel Emergencia: Local
Tramite: Solicitud
AFECTACIONES
Fuente: Sistema Nacional de Gestión de Riesgo de Desastres.
Tabla 2. Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2011
Fecha Ocurrencia: 01/12/2011
Número Radicado: 2084
Nombre Emergencia:
Descripción: Desbordamiento del Río Acacias en zona urbana y rural. Reporte
CREPAD META Dra. Clara Carvajal.
Lugar: META – ACACIAS -Acacias
Tipo Fenómeno: Inundación
Nivel Emergencia: Local
Trámite: Información
AFECTACIONES
Personas: 4000
Familias: 800
Viviendas Averiadas: 800
Fuente: Sistema Nacional de Gestión de Riesgo de Desastres.
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Tabla 3. Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2010, Zona rural
Fecha Ocurrencia: 02/11/2010
Número Radicado:
Nombre Emergencia: Inundación en Acacias
Descripción: Creciente súbita Río Acacias, Vereda Malecón, Reporte de
la Defensa Civil.
Lugar: META – ACACIAS -Acacias
Tipo Fenómeno: Inundación
Nivel Emergencia: Local
Trámite: Información
AFECTACIONES
Muertos: 1
Personas: 30
Familias: 8
Viviendas Averiadas: 4
Fuente: Sistema Nacional de Gestión de Riesgo de Desastres.
Tabla 4. Reporte inundaciones en el municipio de Acacias Meta año 2008, Zona rural
Fecha Ocurrencia: 02/11/2008
Número Radicado:
Nombre Emergencia: Inundación en Acacias
Descripción: Desbodamiento Río Acacias y Sardinata, Sector Malecon y el
Diamante. Reporte de la Defensa Civil. Las familias se
ecuentran evacuadas. Reporte de la Defensa Civil.
Lugar: META- ACACIAS - Acacias
Tipo Fenómeno: Inundación
Nivel Emergecia: Local
Trámite: Información
AFECTACIONES
Personas: 42
Familias: 16
Viviendas Afectadas: 16
Fuente Página Web del Sistema Nacional de Gestión de Riesgo de Desastres.
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1.2. OBJETIVOS
1.2.1 General
Integrar las herramientas SIG con modelos hidrológicos e hidráulicos para la generación de
mapas de áreas susceptibles de inundación. Caso de estudio la cuenca del Río Acacias, Municipio
de Acacias - Meta.
1.2.2 Específicos
Determinar y delimitar el modelo hidrológico conceptual de la cuenca del Río Acacias.
Realizar el análisis hidrológico para la cuenca del Río Acacias, utilizando el método SCS
y el modelo hidrológico HEC-HMS para el cálculo del caudal máximo para un periodo de retorno
de 100 años.
Generar la simulación hidráulica para la delimitación de las áreas susceptibles de
inundación a escala 1:125.000 aplicando la herramienta HEC-RAS.
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20
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1. CICLO HIDROLÓGICO
Según Pérez & Rodriguez (2009) el ciclo hidrológico es un proceso continuo de movimiento
de agua de los océanos a la atmósfera, a la tierra y nuevamente al mar. Dentro de este proceso
existen varios subciclos como evaporación de cuerpos de agua, precipitación, infiltración y
escurrimiento. La evaporación es un proceso por el cual los ríos, mares y otros cuerpos de agua
son transferidos a la atmósfera en forma de vapor y los factores que la influencian son la radiación
solar, diferencia en presión de vapor entre la superficie del agua y el aire circundante, temperatura,
viento, presión atmosférica y calidad del agua (ver Figura 1).
La precipitación es un fenómeno físico que consiste en la transferencia de volúmenes de agua,
en sus diferentes formas (lluvia, nieve, granizo, etc.) de la atmósfera a la superficie terrestre; este
proceso involucra la humedad en la atmósfera. Los estudios de la precipitación analizan el régimen
de lluvias en la región a partir de los datos de estaciones meteorológicas (Pérez & Rodriguez,
2009).
El escurrimiento es el agua producto de la precipitación que fluye por las corrientes
provenientes de diversas fuentes y que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una
corriente para ser finalmente drenada hasta el final de la cuenca. Los factores que influyen en el
escurrimiento son la precipitación, características fisiográficas, usos del suelo y cobertura vegetal,
y condiciones hidrológicas antecedentes (Pérez & Rodriguez, 2009).
Figura 1. Ciclo del Agua
Fuente. Pérez & Rodriguez, 2009
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2.2. CUENCA HIDROGRÁFICA
Según García (2012) afirma que:
Una cuenca hidrográfica es la superficie de terreno definida por el patrón de escurrimiento
del agua, es decir, es el área de un territorio que desagua en una quebrada, en un río, en un
lago, en un pantano, en el mar o en un acuífero subterráneo. En un valle, toda el agua
proveniente de lluvias y riego, que corre por la superficie del suelo (lo que se denomina
agua de escurrimiento) desemboca en corrientes fluviales, quebradas y ríos, que fluyen
directamente al mar, y tal como lo describe Maas (citado por García, 2012), una cuenca es
una especie de embudo natural, cuyos bordes son los vértices de las montañas y la boca es
la salida del río o arroyo. Puede ser tan pequeña como la palma de la mano, o tan grande
como un continente completo.
El concepto de cuenca hidrográfica posee connotaciones amplias dependiendo del objeto de
estudio. Los intereses perseguidos determinan, de algún modo, su definición y caracterización, y
por consiguiente su planificación y manejo. En general, para efectos de la gestión y administración
de los recursos naturales, la cuenca hidrográfica se ha entendido, bien como una fuente de recursos
hidráulicos, bien como un espacio ocupado por un grupo humano, que genera una demanda sobre
la oferta de los recursos naturales renovables y realiza transformaciones del medio, bien como un
sistema organizado de relaciones complejas, tanto internas como externas.
De cualquier manera que sea, por sus condiciones naturales particulares, el territorio de la
cuenca crea una relación entre sus habitantes debido a su dependencia común a un sistema hídrico
compartido. Por estas razones se convierte en un espacio natural (un conjunto de sistemas
entrelazados) idóneo para realizar la gestión y manejo de los recursos naturales (García, 2012).
Así como se muestra en la Figura 2, existen diversas fuerzas y procesos que interactúan en la
formación de una cuenca hidrográfica:
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Figura 2. Componentes y procesos de formación de la cuenca hidrográfica.
Fuente. García, 2012
La cuenca tiene características fisiográficas o parámetros de relieve y de forma como:
Área
Área de la proyección horizontal de la cuenca del drenaje.
Forma de la cuenca, que puede evaluarse a través de varios índices.
a. Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad,
1/2
0.282c
P PK
r A (1)
Donde,
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P = perímetro (Km)
A = superficie de la cuenca (Km2)
cK = Índice de Gravelius
Cuando cK es cercano a 1.0 indica que la forma es casi una circunferencia. Para cK mayores
que 1.0 indica menor circular la cuenca. Cuencas con cK cercano a 1.0 tienen más problemas de
crecientes (gastos muy grandes, inundaciones).
Factor de forma (f
K ), que puede evaluarse de la siguiente manera:
2f
a
AK
L (2)
Donde,
aL =
Longitud axial de la cuenca medido sobre el cauce más largo desde la cabecera hasta la salida de la
cuenca)
A = Área de la cuenca (Km2)
Pendiente media de la cuenca
Valor representativo del cambio de elevación en el espacio de una cuenca. Existen varios
métodos para su cálculo, entre ellos está el Criterio de Alvord, el Criterio de Horton y el criterio
de Nash. (Pérez & Rodriguez, 2009)
Según el criterio de Alvord, se tiene que la pendiente es:
c
DLS
A (3)
Dónde:
Sc = Pendiente de la cuenca
D = Desnivel constante entre curvas de nivel (m)
L = Longitud total de las curvas de nivel dentro de la cuenca
(m)
A = Área de la cuenca (m2)
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Elevación Media
Altura media de la cuenca sobre el nivel mar o cualquier otra referencia. Se calcula de la
siguiente forma:
a. Se construye una malla sobre el mapa topográfico de la cuenca.
b. Se determina la elevación de cada punto de intersección (nodo) de la malla que este dentro
de la cuenca.
c. Se obtiene el promedio aritmético de todas las elevaciones, de acuerdo con la siguiente
expresión
1
n
ii
m
E
En
(4)
Donde,
Em = Elevación media (m)
Ei = Elevación del nodo i (m)
n= Número de nodos
Red de Drenaje
De acuerdo a Pérez & Rodriguez (2009) una red de drenaje es un arreglo geométrico de los
cauces de las corrientes naturales de la cuenca se define con base en:
a. Tipos de corrientes. De acuerdo al tiempo que dura el escurrimiento en el cauce, las
corrientes se clasifican en:
- Efímera. Se presenta cuando llueve e inmediatamente después.
- Intermitente. Ocurre la mayor parte del tiempo, principalmente en época de lluvia.
- Perenne. Ocurre todo el tiempo, su caudal es alimentado por agua subterránea.
b. Orden de las corrientes. Según el grado de bifurcación de los cauces dentro de una cuenca,
de acuerdo a la Figura 3 se tiene:
- Grado 1. Corrientes sin tributarios
- Grado 2. Corrientes con tributarios de grado 1.
- Grado 3. Corrientes con 2 o más tributarios de grado 2.
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Figura 3. Red de drenajes
Fuente. Pérez & Rodriguez, 2009
c. Longitud de los tributarios. Proporciona una idea de la pendiente de la cuenca y el grado
del drenaje, se mide a lo largo del valle sin tomar en cuenta los meandros.
d. Densidad de corriente. Relación entre el número de corrientes y el área drenada.
ss
ND
A(5)
Donde,
A = Área total de la cuenca en Km2
Ns = número de corrientes perennes e intermitentes
Ds = Densidad de corriente.
e. Densidad de drenaje. Relación entre la longitud total de las corrientes perennes e
intermitentes y el área de la cuenca.
d
LD
A(6)
Donde,
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dD = Densidad de drenaje
L = Suma de las longitudes de corrientes perennes e intermitentes (m).
A = Área de la cuenca (km2).
Pendiente del cauce
Existen diversos criterios para evaluar la pendiente de un cauce, el siguiente es el más sencillo:
H
SL
(7)
Donde,
S = Pendiente del tramo del cauce
H = Desnivel entre los extremos del tramo del cauce (m)
L = Longitud del cauce (m)
2.3 HIDROLOGÍA
Se entiende por análisis hidrológico la evaluación cualitativa y cuantitativa de las relaciones
entre pluviometría y fluviometría de una determinada cuenca hidrográfica, y de los registros que
de ella se generarán, con el fin de determinar los recursos hídricos disponibles. Esta disponibilidad
podrá ser superficial o sub-superficial (Arumí, Jara, & Salgado, 2000). Además, con la modelación
hidrológica se busca calcular los caudales para cada uno de los cauces y tramos tomados en el área
de estudio, a partir de los datos de precipitación existentes. Así, los caudales calculados están
asociados a los eventos de lluvia utilizados, que a su vez pueden clasificarse en función de su
probabilidad de ocurrencia (Instituto Nicaraguense de Estudios Territoriales & Agencia Suiza para
el Desarrollo y la Cooperación, 2005).
En el campo de la hidrología superficial existen varios métodos dentro de la modelación
hidrológica como el Método Relacional, modelo determinístico como el HEC-HMS, el método
SCS, que permiten generar cartografía de amenazas por inundación para dar solución a problemas
de planeación y ordenamiento territorial, de gestión del riesgo, generando alertas oportunas de
crecidas para de la mitigación y reducción del riesgo.
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2.3.1 Precipitación
Para el análisis de la precipitación se utilizó el método SCS, ya que es uno de los métodos más
utilizados en aplicaciones prácticas debido a su simplicidad, facilidad de aplicación y calidad de
resultados (Risso, Souza, & Cavalcanti, 2008); y que por ser el área de estudio una zona con
limitaciones en la disponibilidad de datos hidrométricos y pluviométricos permite la estimación
del caudal de diseño.
Análisis estadístico y estimación de la función de Probabilidad para datos hidrológicos.
La planeación de proyectos relacionados con la determinación de zonas susceptibles de
inundación necesita información de diferentes eventos hidrológicos aleatorios. Esto solo puede
determinarse a través del análisis probabilístico y estadístico basado en los registros hidrológicos
del pasado (Aguilera Navarro & Pizarro Tapia, 2007).
Como partida inicial del análisis estadístico a los datos de precipitación se estimó los parámetros
como la media, desviación estándar y coeficiente de asimetría, que nos permite extraer información
esencial del conjunto de datos de precipitación. Donde tenemos que:
Media: muestra la tendencia central de la distribución, considerado el primer momento
respecto al origen.
1
1 n
ii
x xn
(8)
o : es una medida de la variabilidad, mientras mayor sea el valor de la desviación
estándar, mayor es la dispersión de los datos.
1/2
2
1
1( )
1
n
ii
s x xn
(9)
Coeficiente de Asimetría: establece el grado de ausencia de simetría que presenta una
distribución.
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28
3
1
3
( )
( 1)( 2)
n
is
n x x
Cn n s
(10)
De acuerdo a Chow, Maidment, & Mays (1994) las variables hidrológicas se pueden ajustar a
distribuciones diferentes, el cual es apropiado para observaciones de eventos hidrológicos
extremos, como crecientes, y se muestran a continuación:
Función de Distribución Log- Pearson III
El primer paso a realizar es la aplicación de una transformación logarítmica a los datos de las
series de precipitación máxima. Una vez realizada la transformación se procedió a calcular los
parámetros requeridos por esta función los cuales son:
2
0
2 1; ;
y y
s
s x xC
(11)
Donde s
C es el coeficiente de asimetría, �̅�𝑦 𝑦 𝑠𝑦 son la media y la desviación estándar de los
logaritmos de la muestra. Y cuya función de distribución de probabilidad es:
1
0 0ln ln1
( ) exp( )
x x x xF x
x
(12)
Función de Distribución de Pearson III
Para el cálculo de los parámetros de la función de Distribución de Pearson III, se utilizaron las
siguientes expresiones matemáticas, a partir de los datos medidos y en función de la media y la
desviación estándar del logaritmo de los datos.
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29
2
0
2 1; ;
x x
s
s x xC
(13)
Y cuya función de distribución de probabilidad es:
1
0 01( ) exp
( )
x x x xF x
(14)
Donde,
α y β son parámetros de escala y forma,
x0 es el parámetro de localización, y
1
0
( ) zz e dz
(15)
Función de Distribución de Gumbel
Conocida también como la función de Distribución de Valores Extremos tipo I y utilizada con
mayor frecuencia para las series de valores máximos anuales. Con las estadísticas básicas ya
calculadas, se obtiene los parámetros de la función a través de las siguientes expresiones:
6; 0.5772
sx
Y cuya función de distribución de probabilidad es:
( ) exp exp ;x
F x x
(16)
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30
Prueba de bondad de ajuste.
Una vez realizado el análisis estadístico, se sabe que las series de precipitación máximas no se
ajustan a distribuciones normales, por lo tanto, fue necesario aplicar la prueba de bondad de ajuste
por el método Kolmogorov Smirnov a los datos de precipitación, para determinar a qué función
de distribución de probabilidad se ven mejor reflejados, que para el caso, se ajustan las funciones
de probabilidad de Gumbel, Log-Pearson III y Pearson III.
El estadístico Smirnov Kolmogorov D considera la desviación de la función de distribución de
probabilidades de la muestra P(x) de la función de probabilidades teóricas, escogida Po(x) tal que,
0max ( ) ( )Dn P x P x (17)
La prueba requiere que el valor Dn calculado con la expresión anterior sea menor que el valor
tabulado Dn para un nivel de probabilidad requerido.
Precipitación promedio a través de los polígonos de Thiessen
De acuerdo a Pérez & Rodriguez (2009) los polígonos de Thiessen permiten calcular la
precipitación media areal, el cual consiste en trazar triángulos que ligan las estaciones más
próximas entre si y formar polígonos cuyas caras son las bisectoras de los lados de los triángulos.
La altura de precipitación está dada por:
1
1
i
i
n
np ii i
Pm pi
h AA
h hA A
(18)
Donde,
A = Área de la zona en Km2
iA = Área tributaria de la estación i, en Km2
iph = Altura de precipitación registrada en la estación i, en mm
Pmh = Altura de la precipitación media en la zona de estudio, en mm
n= Número de estaciones localizadas en la zona de estudio
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31
2.3.2 Tormenta de Diseño
La tormenta de diseño puede definirse mediante un valor de profundidad de precipitación en un
punto, mediante un hietograma de diseño que especifique la distribución temporal de la
precipitación durante una tormenta. Según la Figura 4, la tormenta de diseño conforma la entrada
al sistema hidrológico, y los caudales resultantes a través de éste se calculan utilizando
procedimientos de lluvia – escorrentía y tránsito de caudales (Ministerio de Transporte y
Comunicaciones, 2008).
Figura 4. Esquema de Diseño en un Sistema Hidrológico
Fuente. Ardila & Calderón, 2006
De acuerdo a Ardila & Calderón (2006) uno de los métodos para el cálculo de tormentas de
diseño es el método de las Curvas de Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) que relacionan la
intensidad de la lluvia, la duración de la misma y la frecuencia con la que se puede presentar, es
decir, el período de retorno. La intensidad de lluvia es la tasa temporal de precipitación, es decir,
la profundidad por unidad de tiempo (mm/h), y se define como:
Pi
t (19)
Donde,
i= Intensidad de lluvia en mm/h
P= Profundidad de lluvia en mm
t= Duración de la lluvia en h
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32
De esta forma, para determinar las curvas IDF se debe seleccionar del registro de las
precipitaciones máximas anuales, la lluvia más intensa de diferentes duraciones en cada año para
realizar un estudio de frecuencias con cada una de las series así formadas, se analizan los
hietogramas de cada una de las tormentas ocurridas en un año y de estos hietogramas la lluvia
correspondiente a la hora más lluviosa, a las dos horas más lluviosas, a las tres horas más lluviosas,
y así sucesivamente. Con los valores seleccionados se forman series anuales para cada una de las
duraciones elegidas, a cada serie se somete a un análisis de frecuencia, asociando modelos de
probabilidad descritos en el ítem 2.3.1 (Aguilera Navarro & Pizarro Tapia, 2007). Así se consigue
una asignación de probabilidad para la intensidad de lluvia correspondiente a una duración, y se
representa en un gráfico de Intensidad vs. Duración, teniendo como parámetro el período de
retorno (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2008).
Otro método para la elaboración de las curvas IDF es el método de regresión lineal múltiple y
se obtiene la curva ajustando una función a los valores de intensidades máximas anuales,
correspondientes a todas las duraciones de interés (Pérez & Rodriguez, 2009). Para el análisis de
regresión lineal múltiple se usa la función:
i m
l
KTr
d (20)
Donde,
i = Intensidad de precipitación en mm/h.
Tr = Período de retorno en años.
d = Duración en minutos equivalente al tiempo de concentración.
K, m, l = Parámetros que deben obtenerse para cada caso particular.
Para obtener los parámetros K, m, l, se linealiza la ecuación anterior tomando logaritmos,
así:
ln ln ln lni K m T n d (21)
A partir de las curvas IDF se construye el Hietograma de Diseño, utilizando el método de
Bloque Alterno, donde el hietograma producido especifica la profundidad de precipitación que
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33
ocurre en n intervalos de tiempo sucesivos de duración Δt sobre una duración total de Td = nΔt.(ver
Figura 5) Después de seleccionar el periodo de retorno de diseño, la intensidad es leída en una curva
IDF para cada una de las duraciones Δt, 2 Δt, 3 Δt,…, y la profundidad de precipitación
correspondiente se encuentra al multiplicar la intensidad y la duración. Tomando diferencias entre
los valores sucesivos de profundidad de precipitación, se encuentra la cantidad de precipitación
que debe añadirse por cada unidad adicional de tiempo Δt. Estos incrementos o bloques se
reordenan en una secuencia temporal de modo que la intensidad máxima ocurra en el centro de la
duración requerida Td y que los demás bloques queden en orden descendente alternativamente
hacia la derecha y hacia la izquierda del bloque central para formar el hietograma de diseño (Chow
et al., 1994).
Figura 5. Ejemplo de Hietrograma de Diseño
Fuente. Chow et al., 1994, p.479
2.3.3 Tiempo de concentración (Tc).
De acuerdo al documento del Ministerio de Transporte y Comunicaciones (2008) el tiempo de
concentración es el período de tiempo necesario para que el escurrimiento de una tormenta fluya
desde el punto más alejado de la cuenca de drenaje a la salida de la misma.
Para calcular el tiempo de concentración se puede utilizar las siguientes formulas:
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34
- Para cuencas urbanas el tiempo de concentración se calcula con la fórmula propuesta por
Kirpich:
0.32530.86
c
LT
H(22)
Donde,
Tc = Tiempo de concentración en horas
L = Longitud del cauce principal en km
H = Desnivel entre los extremos del cauce principal en metros.
- Para cuencas no urbanas se utiliza la siguiente ecuación propuesta por Kirpich1:
0.77
0.3950.01947
c
LT
S(23)
Donde,
S = pendiente del cauce principal, calculado con el método de Taylor y Schwarz.
2.3.4 Precipitación Neta o Escorrentía Directa.
La precipitación neta es la precipitación que no se retiene en la superficie terrestre y tampoco
se infiltra en el suelo, convirtiéndose en escorrentía directa después de fluir de la superficie de la
cuenca. Las gráficas de exceso de precipitación vs el tiempo o hietograma de exceso de
precipitación es un componente importante para el estudio de las relaciones lluvia – escorrentía.
La diferencia entre el hietograma de lluvia total y el hietograma de exceso de precipitación se
conoce como abstracciones o pérdidas, conocidas como agua absorbida por filtración con algo de
intercepción y almacenamiento superficial (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2008).
De acuerdo a Pérez & Rodriguez (2009) el cálculo de la precipitación neta puede abordarse a
partir del método SCS que mediante tablas y ecuaciones sencillas evalúa el porcentaje de
precipitación que produce escorrentía directa, en función de los siguientes factores: tipo de suelo,
1 Desarrollada a partir de información del SCS en siete cuencas rurales de Tennessee con canales bien definidos y
pendientes de 3 a 10 %; para flujo superficial en superficies de concreto o asfalto se debe multiplicar Tc por 0.4; para
canales de concreto se debe multiplicar por 0.2; no se debe hacer ningún ajuste para flujo superficial en suelo
descubierto o para flujo en cunetas.(Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2008, p.39)
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35
utilización de la tierra: pastizal, cultivo, bosque, urbanizado,…, pendiente, humedad previa del
suelo basada en las precipitaciones producidas durante los 5 días anteriores.
El objeto de calcular la precipitación neta es separar la parte de la precipitación que ha generado
escorrentía directa, por tanto, para su cálculo se utiliza la siguiente expresión:
2
0.2, (0.2 )
0.8n
P SP P S
P S
(24)
Donde,
P = Precipitación total registrada
nP = Precipitación neta
S = Potencial máximo de infiltración2.
El uso de la ecuación (24) exige determinar el valor respectivo del número adimensional de
curva o curva número CN, correspondiente al área de estudio, de acuerdo a la Tabla 5. Este valor
posee las siguientes características:
● 0 ≤ CN ≤ 100
● Para áreas impermeables CN = 100
● Para otras superficies CN < 100
De acuerdo a Chow, Maidment, & Mays (1994) el número de la curva CN y la infiltración
potencial S están relacionados por la expresión:
100010S
CN (25)
2 Es un dato que aparece tabulado en función del uso de la superficie (bosque, cultivo, etc), de la pendiente y del tipo
de suelo (de arenoso y permeable a mas arcilloso e impermeable) (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2008,
p. 47).
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36
Donde,
S está dada en pulgadas.
Los números de curvas se aplican en condiciones antecedentes de humedad normal (AMC II).
Si los días anteriores a la precipitación estudiada se produjeron precipitaciones abundantes, las
abstracciones serán menores, por lo que el valor real será menor al proporcionado; y si los días
anteriores no ha llovido nada, el suelo estará seco, y todas las abstracciones serán mayores. Para
condiciones secas (AMC I) o condiciones húmedas (AMC III), los números de curva CN
equivalentes pueden calcularse de acuerdo a (Chow et al., 1994), de las siguientes expresiones:
4.2 ( )( )
10 0.058 ( )
CN IICN I
CN II
(26)
23 ( )( )
10 0.13 ( )
CN IICN III
CN II
(27)
De acuerdo a Soil Conservation Service (citado por Chow et al., 1994) los números de curva
son tabulados con base en el tipo de suelo y el uso de la tierra y se definen cuatro grupos
hidrológicos, detallados en la Tabla 5:
● Grupo A: bajo potencial de escurrimiento. Suelos arenosos con poco limo y arcilla, suelos
muy arenosos. Conductividad hidráulica de 8 – 12 mm/h.
● Grupo B: moderado a bajo potencial de escurrimiento. Suelos arenosos y francos, menos
profundos que los del grupo A. Conductividad hidráulica de 4 – 8 mm/h.
● Grupo C: Moderado a alto potencial de escurrimiento. Suelos rasos con significativa
cantidad de arcilla. Conductividad hidráulica de 1 – 4 mm/h.
● Grupo D: alto potencial de escurrimiento. Suelos con gran cantidad de arcilla expansivas
2:1 y suelos con camada inferior impermeable. Conductividad hidráulica de 0 – 1 mm/h.
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37
Tabla 5. Número de Curva de escorrentía para usos selectos de tierra agrícola, suburbana y urbana, en condiciones
de humedad II.
DESCRIPCIÓN DEL USO DE LA TIERRA
GRUPO HIDROLÓGICO
DEL SUELO
A B C D
Tierra Cultivada Sin tratamientos de conservación 72 81 88 91
Con tratamiento de conservación 62 71 78 81
Pastizales: Condiciones pobres 68 79 86 89
Condiciones óptimas 39 61 74 80
Vegas de ríos: condiciones óptimas 30 58 71 78
Bosques: Troncos delgados, cubierta pobre, sin hierbas,
cubierta buena.
45
25
66
55
77
70
83
77
Áreas abiertas, césped, parques, campos de golf, cementerios, etc.
óptimas condiciones: cubierta de pasto en el 75% o más
condiciones aceptables cubierta de pasto en el 50 al 75%
39
49
61
69
74
79
80
84
Áreas comerciales de negocios (85% impermeables) 89 92 94 95
Distritos industriales (72% impermeables) 81 88 91 93
Residencial:
Tamaño promedio del lote Porcentaje promedio impermeable
1/8 acre o menos 65 77 85 90 92
¼ acre 38 61 75 83 87
1/3 acre 30 57 72 81 86
½ acre 25 54 70 80 85
1 acre 20 51 68 79 84
Parqueaderos pavimentados, techos, accesos, etc. 98 98 98 98
Calles y carreteras:
Pavimentados con cunetas y alcantarillados 98 98 98 98
Grava 76 85 89 91
Tierra 72 82 87 89
Fuente. Chow et al., 1994
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38
2.3.5 Estimación de Caudales
El objetivo de la estimación de caudales es determinar los valores de flujo originados en una
sección determinada en un cauce, para una precipitación dada, que incide en la cuenca vertiente
correspondiente a dicha sección. De acuerdo a Robredo (1993), el proceso hidrológico se puede
describir de la siguiente forma:
- La precipitación cae sobre la cuenca con una distribución temporal y una intensidad
determinada.
- Esta precipitación bruta, al entrar en contacto con el suelo, sufre perdidas por retención e
infiltración, quedando sobre la superficie y con libertad de movimiento una cantidad a la que se
conoce como precipitación neta o escorrentía.
- Esta escorrentía discurre por los cauces originando los caudales de avenida, cuya
distribución temporal dependerá de las características morfométricas de la cuenca.
Ahora bien, existen diferentes métodos que permiten la estimación de caudales; los más
sencillos que se basan en formulas empíricas, en donde únicamente consideran la superficie de la
cuenca para establecer una relación causal entre ésta y los caudales punta evacuados por la misma;
mientras que otros más sofisticados incluyen gran cantidad de parámetros relativos al binomio
precipitación sobre la cuenca - características de ésta que influyen en la distribución de dicha
precipitación en su interior (Robredo, 1993).
Según Robredo (1993) los métodos más usados son:
- para el cálculo del hidrograma de tormenta se utiliza el método del
Hidrograma Unitario SCS
- y para el cálculo de la trasformación que sufre el hidrograma de tormenta al
discurrir por un tramo del cauce, se utiliza el método de Muskingum.
Método del Hidrograma Unitario SCS
Según Chow et al. (1994) el hidrograma SCS es un hidrograma unitario sintético en el cual el
caudal se expresa por la relación del caudal q con respecto al caudal pico qp y el tiempo de la
relación del tiempo t con respecto al tiempo de ocurrencia del pico en el hidrograma unitario tp.
Dado el caudal pico y el tiempo de retardo para la duración de exceso de precipitación, el
hidrograma unitario puede estimarse a partir del hidrograma sintético adimensional para la cuenca
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39
dada. La Figura 6 muestra uno de estos hidrogramas adimensionales, preparado utilizando los
hidrogramas unitarios para una variedad de cuencas. Los valores qp y tp pueden estimarse
utilizando un modelo simplificado de un hidrograma unitario triangular tal como se muestra en la
Figura 6, en donde el tiempo está dado en horas y el caudal en m3/s.
0.208p
p
Aq
t (28)
Donde,
pq = Caudal pico en m3/s
A = Área de la cuenca en m2
pt = Tiempo pico en horas
El p
t se obtiene de la siguiente manera:
2p r
det t (29)
Donde,
pt = Tiempo pico en horas
de = Es la duración del intervalo de precipitación en horas
rt = El tiempo de retardo en horas, calculado a partir del Tc
El r
t se obtiene de la siguiente manera:
0.6r c
t T (30)
Y de se calcula con la siguiente expresión:
2c
de T (31)
Donde,
cT es el tiempo de concentración en horas, definido en el ítem 2.3.3
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40
Figura 6. Hidrogramas unitarios sintéticos del Soil Conservation Service. Hidrograma adimensional y Hidrograma
unitario triangular.
Fuente. Chow et al., 1994
Método de Muskingum - Cunge
El método de Muskingum según Chow et al. (1994) es un método de transito hidrológico que
se usa comúnmente para manejar relaciones caudal-almacenamiento variables. Este método
modela el almacenamiento volumétrico de creciente en un canal de un río mediante la combinación
del almacenamiento de cuña y prisma. Durante el avance de la onda de creciente, el caudal de
entrada es mayor que el caudal de salida, siendo un almacenamiento de cuña. Durante la recesión,
el caudal de salida es mayor que el caudal de entrada resultando en una cuña negativa.
Adicionalmente, existe un almacenamiento por prisma que está formando que está formado por un
volumen de sección transversal constante a lo largo de la longitud del canal prismático.
Cunge combino métodos hidráulicos con la simplicidad del método de Muskingum. Calcula
las dos constantes utilizadas en el método de Muskingum K y X, mediante parámetros hidráulicos
del cauce.
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41
xK
c (32)
0
11
2
QX
BS c x
(33)
Donde,
x = Longitud del tramo del cauce considerado
c= “celeridad” = velocidad media, m.
m= Aproximadamente 5/3 para cauces naturales amplios.
0S = Pendiente media del cauce, adimensional
Q= Caudal
B= Anchura del cauce
2.4 HIDRAULICA
De acuerdo al Instituto Nicaraguense de Estudios Territoriales & Agencia Suiza para el
Desarrollo y la Cooperación (2005) la modelación hidráulica permite calcular los niveles de
agua, las profundidades del flujo y las velocidades del mismo en cada una de las secciones de
cálculo definidas a lo largo de los cauces considerados, a través de la ecuación de Manning.
El principal parámetro de la ecuación de Manning es el Coeficiente de rugosidad de Manning
n , que depende de factores como la rugosidad de la superficie, vegetación, las irregularidades
y la alineación del cauce (Salgado, 2010).
La Ecuación de Manning
Según Chow (1994) la fórmula de Manning es una ecuación empírica utilizada para el cálculo
de la velocidad del agua en canales abiertos y tuberías. La ecuación está dada por:
2 1
3 21.49
V R Sn
(34)
Donde,
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42
V = velocidad media en m/s
n = Coeficiente de rugosidad
R = radio hidráulico en m
S = pendiente
Selección del coeficiente de rugosidad de Manning n
Suarez (citado por IDEA, 2006) propone el método de Cowan, donde el coeficiente de
rugosidad, puede estimarse mediante la siguiente relación, teniendo en cuenta los valores de la
Tabla 6:
1 2 3 4 5 6( )n n n n n n n (35)
Donde;
1n : rugosidad base para un canal recto, uniforme, primatico y con rugosidad homogénea.
2n : rugosidad adicional debida a irregularidades superficiales del perímetro mojado a lo largo
del tramo de estudio.
3n : Rugosidad adicional equivalente debida a la variación de forma y de dimensiones de las
secciones a lo lardo del tramo de estudio.
4n : rugosidad equivalente debida a obstrucciones existentes en el cauce.
5n : rugosidad adicional equivalente debida a la presencia de vegetación.
6n : factor de corrección para incorporar efecto de sinuosidad del cauce o presencia de
meandros.
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43
Tabla 6. Coeficientes de Cowan para determinar la influencia de diversos factores sobre el coeficiente n.
Factor Descripción del Factor Valor recomendado
de n
Valor
determinado de n
Material del fondo
del cauce
Suelo fino 0.020 1
n Roca 0.025
Arena o grava fina 0.024
Grava gruesa 0.028
Irregularidad del
fondo del cauce
No hay irregularidades 0.000 2
n Irregularidades menores 0.005
Irregularidades moderadas 0.010
Irregularidades severas 0.020
Cambio de secciones
transversales
Gradual 0.000 3
n Ocasional 0.005
Muchos Cambios 0.010 a 0.015
Obstrucciones o
grandes bloques en el
cauce
Ninguno 0.000 4
n Menores 0.020 a 0.015
Apreciables 0.020 a 0.030
Severos 0.040 a 0.060
Vegetación en el
cauce
Baja 0.005 a 0.010 5
n Media 0.010 a 0.020
Alta 0.025 a 0.050
Muy Alta 0.050 a 0.100
n cauce recto = 1 2 3 4 5
n n n n n
Meandros y trenzas
Menores (sinuosidad 1.0 a 1.2) 0.000 6
n Apreciables (sinuosidad 1.2 a 1.5) 0.15 x cauce recto
Severas (sinuosidad mayor de 1.5) 0.30 x n cauce recto
n cauce recto = 1 2 3 4 5 6
n n n n n n
Fuente. Manual de Hidrología e Hidráulica (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2008)
2.5 INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y
MODELOS DE SIMULACIÓN HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO
Un SIG es definido por Velásquez (citado por Salgado, 2010) como un conjunto de métodos,
herramientas y datos que están diseñados para actuar coordinada y lógicamente para capturar,
almacenar, analizar, transformar y presentar toda la información geográfica y sus atributos con el
fin de satisfacer múltiples propósitos. Los SIG son una nueva tecnología que permite gestionar y
analizar la información espacial y que surgió como resultado de la necesidad de disponer
rápidamente de información para resolver problemas y contestar a preguntas de modo inmediato.
Hoy día existen numerosas herramientas SIG libre como GRASS Gis, gvSIG, MapWindow,
OpenJUMP, Quantum GIS (QGIS), entre otros, y los comerciales como ArcGis (ESRI), que
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44
brindan un conjunto de herramientas robustas que abarcan tanto funcionalidades del lado del
servidor como las del lado del cliente.
La integración del SIG con los modelos matemáticos de simulación hidrológica permite llevar
a cabo tareas de verificación y visualización de resultados de la modelación con el empleo de más
gráficos y visualizaciones tridimensionales. Actualmente existen tres tendencias fundamentales
para implementar la conexión entre los SIG y los modelos matemáticos (Garrido Monagas, León
Méndez, & Gómez Crespo, 2009), como sigue a continuación:
Tendencia 1. Integrar el SIG con el modelo matemático mediante programas de transferencia
de datos como se muestra en la Figura 7. En este caso el modelo matemático o hidrológico y el
SIG son autónomos, e incluso el modelo se puede ejecutar sin tener necesidad de utilizar bases de
datos. En este caso, los programas convierten datos desde el SIG a un formato de entrada al
modelo, y de forma inversa para que los resultados producidos por el modelo puedan ser manejados
por el SIG. La principal desventaja es que las entradas y salidas deben ser almacenadas dos veces,
en el modelo y el SIG.
Figura 7. Integración SIG - Modelo Matemático mediante transferencia de datos.
Fuente. Garrido et al., 2009
Tendencia 2. Integrar las bases de datos del modelo matemático y el SIG como se muestra en
la Figura 8, la interacción del usuario es solamente con el SIG o con el modelo, mediante una
interface previamente definida. Este esquema emplea una sola base de datos con lo cual se gana
eficiencia en cuanto a tiempo de cálculo y necesidades de almacenamiento en línea. La principal
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45
desventaja de esta tendencia es que requiere un alto nivel de programación para desarrollar
finalmente la plataforma que integre ambos productos.
Figura 8. Esquema de integración Modelos matemáticos - SIG.
Fuente. Garrido et al., 2009
Tendencia 3. Introducir el modelo matemático dentro del SIG como muestra la Figura 9. En
este caso el modelo está diseñado para utilizar el mismo formato de datos que utiliza el SIG. El
usuario interactúa directamente con el SIG y el modelo no está oculto, sino que se puede acceder
a él siempre desde el propio SIG. Tiene la ventaja de que, la geometría de la cuenca y su sistema
fluvial así como las propiedades de ambos pueden ser definidas dentro del SIG y fácilmente
transferidas a la plataforma de modelación. Como desventaja, requiere muy alto nivel de
programación para implementar extensiones en el SIG para acomodar las funciones del modelo.
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46
Figura 9. Esquema de Integración del modelo matemático dentro del SIG.
Fuente. Garrido et al., 2009
2.5.1 Herramientas de Sistemas de Información Geográfica
De acuerdo a Domínguez Mora et al. (2008), los SIG’s funcionan como una interface entre los
datos espaciales crudos y el programa de modelación hidrológica e hidráulica, pues contribuye al
procesamiento y almacenamiento de la información de la cuenca utilizada en la modelación.
Para el cálculo de las características morfométricas de la cuenca se utiliza herramientas SIG
como HEC-GeoHMS y HEC-GeoRAS, las cuales son extensiones de ArcGis. Estas herramientas
permiten el pre-procesamiento de la información espacial de las propiedades físicas de la cuenca
y los parámetros hidrológicos de la misma, el cual se lleva a cabo dentro de un SIG antes de
introducir estos datos al software de modelación hidrológica e hidráulica; y el post-procesamiento
de la información resultante de la modelación hidrológica e hidráulica, para la obtención y
visualización de las áreas susceptibles de inundación (Domínguez Mora et al., 2008).
Herramienta HEC-GeoHMS
Esta herramienta permite generar la red de corrientes y los parteaguas de las subcuencas en una
estructura de datos hidrológicos que representan la respuesta de la cuenca a la precipitación. A
continuación se definen los procesos utilizados por la herramienta para el análisis del terreno
utilizando el DEM (Domínguez Mora et al., 2008).
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Fill Sink (corrección de celdas), corrige las celdas del DEM que no fluyen hacia ninguna de
las celdas vecinas o con errores de elevaciones menores que sus ocho celdas vecinas, ocasionando
durante el proceso de determinación de la dirección de flujo se interrumpa en estas celdas ya que
no tienen salidas hacia sus celdas vecinas.
Flow Direction (dirección de flujo), aquí se define la dirección de mayor pendiente, evaluando
celda a celda las cotas de las celdas circundantes a cada una de ellas, Figura 10.
Figura 10. Pendiente entre celdas vecinas y determinación de la dirección del flujo de la red de drenajes con el
DEM.
Fuente. Domínguez Mora et al., 2008
Flow Accumulation (Acumulación de flujo), determina el número de celdas que drenan hacia
una celda dada. En cada nodo se cuantifican las celdas que fluyen hacia él. Le da un valor de cero
a la celda donde inicia el flujo, es decir que no recibe flujo de ninguna otra, le da un valor
acumulado de tres a la celda que está alimentada por el flujo de tres celdas aguas arriba de ella y
así sucesivamente. La corriente principal está compuesta por la ruta que contiene el mayor número
de celdas que contribuyen a ella.
Stream Definition y stream segmentation (delineación de subcuencas y corrientes), para
evitar tomar la red de drenajes tal y como se obtuvo al estimar el flujo acumulado, se determinan
las corrientes de las celdas cuyo flujo acumulado o su equivalente en área están arriba de un umbral
seleccionado por el usuario, de este modo las celdas con menor aporte no se toman en cuenta. Los
segmentos son tramos de cauces situados entre dos uniones de cauces sucesivas, una unión y la
salida o una unión y el límite de la cuenca.
Watershed delineation (delineación de subcuencas), delinea las subcuencas para cada tributo
o segmento de corriente.
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48
Figura 11. Análisis del Terreno y cálculo de las características topográficas de la cuenca.
Fuente. Elaboración propia.
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Herramienta HEC-GeoRas
La herramienta HEC-GeoRas permite el pre-procesamiento de la información para generar
un archivo de importación para el software HEC-RAS que contiene información geométrica de
las secciones transversales, y el post-procesamiento que genera las superficies de inundación
para el periodo de retorno escogido. Como insumo principal es necesario un DEM en formato
vectorial TIN lo más detallado posible (Nanía & Molero, 2007).
2.5.2 Herramienta HEC-HMS
La Herramienta HEC-HMS es un programa de simulación hidrológica tipo evento, lineal y
semidistribuido, desarrollado para estimar las hidrógrafas de salida en una cuenca o varias
subcuencas (caudales máximos y tiempos al pico) a partir de condiciones extremas de lluvias,
aplicando para ello algunos de los métodos de cálculo de hietogramas de diseño, pérdidas por
infiltración, flujo base y conversión en escorrentía directa (Nanía, 2007).
Los componentes del modelo HEC-HMS son utilizados para simular la respuesta hidrológica
en una cuenca. Estos incluyen modelos de cuencas, modelos meteorológicos, especificaciones de
control y datos de entrada. En una simulación se calcula la respuesta de la cuenca dada una
precipitación, una vez definido el modelo meteorológico y las especificaciones de control que
definen el tiempo y el intervalo de tiempo para el cual se realizará la simulación (Nanía, 2007). A
continuación se describirán los componentes utilizados para realizar la simulación hidrológica en
una cuenca:
Modelo de cuenca
El modelo de cuenca es utilizado para representar la parte física de la cuenca, en la Tabla 7 se
muestra una breve descripción de los elementos hidrológicos en el modelo (Nanía, 2007):
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50
Tabla 7. Descripción de los elementos hidrológicos en el modelo HMS
Elemento Descripción
Subcuenca (Subbasin) El elemento subcuenca es utilizado para representar la parte física de la cuenca. Dada
la precipitación, el caudal de salida de la subcuenca es calculado restando las pérdidas
de precipitación, y transformando el exceso de precipitación en caudal de salida
sumándole el caudal base.
Canal (Reach) Este elemento es utilizado para trasladar el flujo de aguas en el modelo de cuenca. El
caudal de entrada a este elemento puede venir de uno o más elementos de aguas arriba.
El flujo de salida es calculado con base al tránsito y la atenuación del hidrograma de
entrada.
Unión (Junction) Una unión se utiliza para unir el caudal proveniente de uno o más elementos
hidrológicos. El caudal de salida es calculado simplemente sumando todas las entradas
y asumiendo que no existe almacenamiento en la unión.
Fuente (source) Este elemento se utiliza para introducir caudal en la cuenca, no tiene entradas, el gasto
de salida es definido por el usuario.
Salida (Sink) El elemento salida es utilizado para representar la salida de la cuenca. El gasto de
entrada a este elemento puede venir de uno o más elementos. No hay gasto de salida
en este elemento.
Reservorio (Reservoir) El reservorio se utiliza para modelar la detención y atenuación de un hidrograma
causada por un reservorio, estanque de detención, embalse. El gasto de entrada puede
venir de uno o más elementos hidrológicos. El caudal de salida puede ser calculado de
tres formas. El usuario puede definir tablas de: almacenamiento-descarga, elevación
– almacenamiento – descarga, altura – área – descarga. Se puede introducir también
una relación entre la elevación y el almacenamiento o la elevación y el área y definir
una o más estructuras de salida, o especificar una serie de tiempo de caudal de salida.
Desviación (Diversion) En este elemento se modela el caudal que deje el canal principal. La entrada puede
venir de uno o más elementos. La salida es de dos tipos, el caudal desviado, y el caudal
que no es desviado, el desviado es calculado utilizando información de entrada, y cada
una de estas salidas puede ser conectada a elementos hidrológicos.
Fuente. Nanía, 2007
En la Tabla 8 se presenta la lista de los métodos disponibles para calcular las pérdidas de
precipitación, transformar el exceso en caudal y añadir el caudal base en las subcuencas y canales.
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51
Para el cálculo de pérdidas para las subcuencas se utilizó Numero de curva (CN) del Soil
Conservation Service, para el cálculo del escurrimiento de las subcuencas se utilizó el Hidrograma
unitario del Soil Conservation Service y para el cálculo del tránsito de los canales se utilizó el
método Muskingum-Cunge, que se definieron en los ítems 2.3.4 y 2.3.5.
Tabla 8. Métodos para los cálculos en las subcuencas y los canales
Elemento Tipo de Calculo Método
Subcuenca
Perdidas
Déficit y razón constante (DC)
Exponencial
Green y Ampt
DC por grilla
SMA por grilla
Inicial y razón constante
Numero de curva (CN) del Soil Conservation Service
Smith Paralange
Conteo de Humedad del Suelo (SMA)
Escurrimiento en la cuenca
Hidrograma Unitario de Clark
Onda cinemática
Clark modificado
Hidrograma unitario del Soil Conservation Service
Hidrograma unitario de Snyder
Curva S especificada por el usuario
Hidrograma unitario especificado por el usuario
Canal Transito
Onda cinematica
Retraso
Puls modificado
Muskingum
Muskingum-Cunge
Fuente. Nanía, 2007
Modelo Meteorológico
De acuerdo a Nanía (2007) El modelo meteorológico calcula la precipitación requerida en una
cuenca. Se puede utilizar precipitación puntual o por grillas, tiene la capacidad de modelar la
precipitación sólida y liquida junto con evapotranspiración.
En la Tabla 9 se muestra una descripción de los métodos para calcular la precipitación promedio.
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52
Tabla 9. Métodos del modelo meteorológico
Métodos para la precipitación Descripción
Frecuencia de las tormentas
(Frequency Storm)
Este método es utilizado para desarrollar un evento de precipitación en el
cual el valor de precipitación para diferentes duraciones tiene una
probabilidad de excedencia consistente.
Estaciones por peso
(Gate Weights)
Este método permite asignar pesos a las diferentes estaciones definidas por
el usuario.
Precipitación por grilla
(Gridded Precipitation)
Este método permite el uso de precipitación por grilla, tal como puede ser
la proveniente de un radar meteorológico.
Inverso de la distancia
(Inverse Distance)
Este método calcula el promedio en la subcuenca aplicando la ecuación del
inverso de la distancia al cuadrado para las estaciones definidas por el
usuario.
Tormenta del SCS
(SCS Storm)
Este método aplica una distribución específica del SCS a una tormenta con
una duración total de 24 horas.
Hietograma especificado
(Specified Hyetograph)
En este método el usuario introduce el hietograma para la subcuenca.
Tormenta estándar de proyecto
(Standard Project Storm)
Este método aplica una distribución en el tiempo a un valor de precipitación
dado.
Fuente. Nanía, 2007
Especificaciones de control
Las especificaciones de control definen el periodo de tiempo durante el cual se realiza la
simulación y el intervalo de tiempo a utilizar. La información en las especificaciones de control
incluye una fecha de inicio, una fecha de finalización y el intervalo de tiempo para efectuar los
cálculos (Nanía, 2007).
2.5.3 Herramienta HEC-RAS
La herramienta HEC-RAS es un modelo hidráulico unidimensional de régimen permanente que
analiza los flujos de los ríos y canales por secciones transversales de los cauces, de acuerdo a la
escorrentía y caudal del agua en el sistema hídrico. Este modelo genera como resultado el perfil
de la superficie libre de agua, calculando el nivel y la velocidad del agua y el área mojada en cada
sección transversal del río (Nanía & Molero, 2007).
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3. MÉTODO Y MATERIALES
El método de este trabajo consistió en integrar herramientas de información geográficas SIG
junto con el modelo hidrológico HEC-HMS y el modelo hidráulico HEC-RAS para la generación
de zonas susceptibles de inundación en cuenca del Río Acacias, que de acuerdo a la Tabla 10 se
estructura de la siguiente manera:
Tabla 10. Descripción de la estructura de la metodología para la determinación de zonas de inundación.
Etapas Generales Herramienta Descripción Ilustración
Descripción del
área de estudio
Documento
CORMACARENA
(2006)
Se describe la localización de la
cuenca y las características del
clima, la geología y la hidrografía
de la cuenca del Río Acacías
Fuente. CORMACARENA,
2006
Materiales
- Modelo de Elevación Digital (DEM).
-Mapa de pendientes.
-Mapa de cobertura vegetal y usos del suelo metodología CORINE Land Cover.
-Mapa Edafológico
-Registros de precipitación.
Modelación
hidrológica de la
cuenca.
HEC-GeoHMS.
Con el DTM se delimito la cuenca
y la red de drenajes, se calculó las
características hidrológicas y
topográficas, y se exporto a
archivos compatibles con HEC-
HMS.
Fuente. Nanía, 2007
HEC-HMS
-Simulación hidrológica de la
cuenca.
-Diseño de la tormenta e
hidrograma de diseño.
Se calculó la respuesta hidrológica
de la cuenca a través del diseño de
tormenta, tomando como base
registros de precipitación de las
estaciones pluviométricas Acacias,
El Toro, Ojo de Agua, Caño
Hondo y Guamal.
Fuente. Nanía, 2007
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Modelación
hidráulica de la
cuenca
HEC – RAS
HEC-GeoRAS
Procesamiento de la información
geomorfológica de la rio de la
cuenca para la determinación de su
geometría.
Calculo de las zonas de
inundación.
Fuente. Nanía & Molero, 2007
Fuente. Nanía & Molero, 2007
Generación de
cartografía de
inundación
Herramientas SIG :
HEC-GeoHMS
Visualización de los resultados y
generación del mapa de
inundación.
Fuente. Nanía & Molero, 2007
Fuente. Elaboración propia
3.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
3.1.1 Localización de la Cuenca del Río Acacías
La cuenca del río Acacias – Pajure se encuentra localizada en el departamento del Meta,
presenta un área total de 93.100 hectáreas, La cuenca del río Acacías está delimitada hasta la cota
600 msnm, los suelos poseen moderadamente bajo potencial de escorrentía. En la cuenca del río
se presentan áreas de uso de bosques, pastos, matorrales y cultivos, en jurisdicción de la
Corporación para el Desarrollo Sostenible del Área del Manejo Especial La Macarena
(CORMACARENA, 2006).
La condición hidrológica de la cuenca es regular, el porcentaje de cubrimiento de bosques en la
cuenca es menor de 50% del área. La humedad, que se obtiene del análisis diario de la lluvia,
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indica que pueden presentarse eventos máximos de lluvia con valores de precipitación acumulada
entre 14.7 cm y 58.5cm, es decir alto grado de humedad. El flujo base, es decir el caudal que
permanece en la corriente durante la época de estiaje es 0.3 m3/s. La cuenca del Río Acacías
corresponde a los municipios de Acacías, Castilla La Nueva, Guamal y San Carlos de Guaroa. El
Río Acacías nace en la vereda El Tambor del municipio de Acacias y es alimentado por las
quebradas El Playón, Caño Veraneo, Caño Granada, Caño Cachirre, Caño San Gregorio, Caño
Cola de Pato, Caño la Vaina, Caño Cho Cho, Caño seco, Caño Mojaculo, Caño La Esmeralda,
Caño seco, Caño Cornetales, Caño La Unión, Caño Colorado y el Río Acaciitas. Luego el Río
Acacías se convierte en el Río Pajure a la altura del centro poblado de Surimena, ver Figura 12.
La cuenca del Río Acacías, comprende una superficie de 931.14 kilómetros cuadrados
aproximadamente, en la cual se hacen participes los municipios de Acacías, Guamal, Castilla La
Nueva y San Carlos de Guaroa en el departamento del Meta. De acuerdo a la Tabla 11, el
Municipio de Acacías es el municipio con mayor participación con un 62% y el municipio con
menor participación de ocupación es Guamal con un 2%.
Tabla 11. Porcentaje de ocupación de municipios
Municipio Área (Km2) Porcentaje de ocupación
GUAMAL 16.395 2%
CASTILLA LA NUEVA 61.944 7%
SAN CARLOS DE GUAROA 279.141 30%
ACACIAS 573.677 62%
TOTAL 931.157 100%
Fuente. Elaboración propia
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Figura 12. Localización de la Cuenca del Río Acacías
Fuente. CORMACARENA, 2006
3.1.2 Clima
De acuerdo a las estaciones pluviométricas instaladas en la cuenca del Río Acacías, del IDEAM,
se tiene los siguientes parámetros de caudales y precipitación que permite realizar la modelación
hidrológica de la cuenca del Río Acacias.
Precipitación
La cuenca del Río Acacias presenta una precipitación anual que oscila entre 2800 mm y 5270
mm (CORMACARENA, 2006) con un período de alta pluviosidad que corresponde a los meses
de abril, mayo, y octubre, y un período de baja pluviosidad o menor precipitación que va desde
noviembre hasta febrero.
Temperatura
Para el municipio la temperatura es máxima entre enero y abril, cercana a los 27ºC,
descendiendo entre marzo y julio con pico en julio de 23.5ºC, y volviendo ascender entre agosto y
diciembre.
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Humedad Relativa
El clima es húmedo medio, entre enero y marzo presenta promedios mensuales de humedad
bajos, y entre los meses de junio y julio los registros son más altos con 81% y 82%.
3.1.3 Geología
En la cuenca del Río Acacías - Pajure se distinguen dos sectores con relieves característicos, la
vertiente de la Cordillera Oriental que se extiende desde los 400 msnm a 3500 msnm y se subdivide
en pie de vertiente y, vertiente irregular muy disectada y cima, y el otro sector corresponde a los
llanos con planicie aluvial de desborde, el plano aluvial marginal, las terrazas aluviales, los valles
y los abanicos (CORMACARENA, 2006).
El municipio tiene una composición litológica aproximada de las formaciones de la siguiente
manera, el cual está relacionado con el tipo de suelo hidrológico:
● Terciario superior medio, compuesto por areniscas y conglomerados.
● Terciario inferior (formación Guaduas) compuesto por areniscas y esquistos arcillosos.
● Cretáceo superior (formación Guadalupe) compuesto por areniscas.
● Cretáceo medio (formación Villeta) constituido por shales con capas de calizas.
● Paleozoico (Carbonífero) formado por esquistos que alteran con calizas metamórficas.
3.1.3 Hidrografía
El sistema hídrico de la cuenca del Río Acacías está conformado por el río Acacías, afluente
del río Metica que desemboca en el Río Upía, el río Acaciítas que atraviesa el área urbana del
municipio Acacías y desemboca en el río Acacías; también encontramos otras fuentes hídricas
como los caños Palmaquemada, Caño Chichimene, La Danta, La Unión, Caño Hondo, Caño
Colorado, Caño Santa Barbara, entre otros, según Mapa 1.
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Mapa 1. Red de drenajes de la Cuenca del Río Acacías basado en cartografía base 1:100.000, IGAC
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3.2. MATERIALES
El primer paso para el análisis de áreas susceptibles de inundación es recolectar información de
cobertura vegetal y de usos del suelo, también el mapa geológico, el topográfico e información de
precipitación de la zona de estudio. Con la información anteriormente mencionada se realizó el
análisis espacial cerciorándose que los datos tipo vectoriales y tipo raster cuenten con el mismo
Datum, proyección, y Sistema de Coordenadas, para este caso todos los datos geográficos deben
tener el Sistema de Referencia MAGNA_Colombia_Bogota y Datum D_Magna.
Para la obtención de los parámetros de entrada que requiere la herramienta HEC-HMS se utilizó
la siguiente información:
3.2.1 Modelo de Elevación Digital (DEM).
Se utilizó un DEM tipo DTM en formato GRID, con tamaño de celda (cellsize (X, Y)) 12.5,
12.5, que se descargó de la página web de Alaska Satellite Facility – UAF, que corresponden al
satélite Alos Palsar tomada el 15 de febrero de 2011 (University of Alaska Fairbanks, 2011), el
cual permite realizar análisis geomorfométricos tales como la pendiente, longitudes y jerarquías
de cauces, perímetros, diferencias de alturas y demás parámetros morfométricos de la cuenca.
3.2.2 Mapa de pendientes.
A partir del DTM se generó el mapa de pendientes según su gradiente porcentual, para la
elaboración del mapa de pendientes deberán utilizarse los rangos de pendientes propuestos por el
IGAC (MADS, 2014) que se describen en la Tabla 12, este mapa brinda información para
establecer parámetros morfométricos de la cuenca área de estudio como lo son pendiente media
(%), pendiente del cauce (m/m) y cotas del cauce: máximas y mínimas.
Tabla 12. Rangos de pendiente e identificación de relieve.
Pendiente (%) Relieve
0-3 Plano
3-7 Ligeramente plano
7-12 Ligeramente inclinado
12-25 Fuertemente ondulado
25-50 Fuertemente quebrado
50-75 Escarpado
>75 Muy escarpado
Fuente. IDEAM, 2010
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3.2.3 Mapa de cobertura vegetal y usos del suelo metodología CORINE Land Cover.
El IDEAM, en junio de 2010 presento el documento “LEYENDA NACIONAL DE
COBERTURAS DE LA TIERRA Metodología CORINE Land Cover Adaptada para Colombia
Escala 1.100.000” con el objeto de principal: “contribuir a la producción ordenada, estandarizada,
sistemática e interinstitucional de la cartografía de coberturas de la tierra en el país, como
herramienta de apoyo para la gestión sostenible de los recursos naturales del país”. (IDEAM, 2010)
(Ver Tabla 13).
Para la zona de estudio se utilizó el mapa de Cobertura vegetal y usos del Suelo Corine Land
Cover en formato shapefile a escala 1:100.000. Este mapa es necesario para calcular el mapa
Número de Curva CN.
Tabla 13. Unidades de Coberturas de la tierra para la leyenda nacional escala 1:100.000, de acuerdo con la
metodología Corine Land Cover adaptada para Colombia
LEYENDA NACIONAL DE COBERTURAS DE LA TIERRA - COLOMBIA
1. TERRITORIOS ARTIFICIALIZADOS 3. BOSQUES Y ÁREAS SEMI-NATURALES
1.1 Zonas urbanizadas 3.1 Bosques
1.1.1 Tejido urbano continuo 3.1.1 Bosque denso
1.1.2 Tejido urbano discontinuo 3.1.1.1.1 Bosque denso alto de tierra firme
1.2 Zonas industriales o comerciales y redes de
comunicación 3.1.1.1.2 Bosque denso alto inundable
1.2.1 Zonas industriales o comerciales 3.1.1.2.1 Bosque denso bajo de tierra firme
1.2.2 Red vial, ferroviarias y terrenos asociados 3.1.1.2.2 Bosque denso bajo inundable
1.2.3 Zonas portuarias 3.1.2 Bosque abierto
1.2.4 Aeropuertos 3.1.2.1.1 Bosque abierto alto de tierra firme
1.2.5 Obras hidráulicas 3.1.2.1.2 Bosque abierto alto inundable
1.3 Zonas de extracción minera y escombreras 3.1.2.2.1 Bosque abierto bajo de tierra firme
1.3.1 Zonas de extracción minera 3.1.2.2.2 Bosque abierto bajo inundable
1.3.2 Zona de disposición de residuos 3.1.3 Bosque fragmentado
1.4 Zonas verdes artificiales, no agrícolas 3.1.4 Bosque de galería y ripario
1.4.1 Zonas verdes urbanas 3.1.5 Plantación forestal
1.4.2 Instalaciones recreativas 3.2 Áreas con vegetación herbácea y/o arbustiva
2. TERRITORIOS AGRÍCOLAS 3.2.1.1 Herbazal denso
2.1 Cultivos transitorios 3.2.1.1.1.1 Herbazal denso de tierra firme no arboleado
2.1.1 Otros cultivos transitorios 3.2.1.1.1.2 Herbazal denso de tierra firme arbolado
2.1.2 Cereales 3.2.1.1.1.3 Herbazal denso de tierra firme con arbustos
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LEYENDA NACIONAL DE COBERTURAS DE LA TIERRA - COLOMBIA
2.1.3 Oleaginosas y leguminosas 3.2.1.1.2.1 Herbazal denso inundable no arbolado
2.1.4 Hortalizas 3.2.1.1.2.2 Herbazal denso inundable arbolado
2.1.5 Tubérculos 3.2.1.1.2.3 Arracachal
2.2 Cultivos permanentes
3.2.1.1.2.4 Helechal
2.2.1 Cultivos permanentes herbáceos 3.2.1.2 Herbazal abierto
2.2.1.1 Otros cultivos permanentes herbáceos 3.2.1.2.1 Herbazal abierto arenoso
2.2.1.2 Caña 3.2.1.2.2 Herbazal abierto rocoso
2.2.1.3 Plátano y banano
3.2.2.1 Arbustal denso
2.2.1.4 Tabaco 3.2.2.2 Arbustal abierto
2.2.1.5 Papaya 3.2.3 Vegetación secundaria o en transición.
2.2.1.6 Amapola 3.3 Áreas abiertas, sin o con poca vegetación.
2.2.2 Cultivos permanentes arbustivos
3.3.1 Zonas arenosas naturales
2.2.2.1 Otros cultivos permanentes arbustivos 3.3.2 Afloramientos rocosos
2.2.2.2 Café 3.3.3 Tierras desnudas y degradadas
2.2.2.3 Cacao 3.3.4 Zonas quemadas
2.2.2.4 Viñedos 3.3.5 Zona glaciares y nivales
2.2.2.5 Coca 4. ÁREAS HUMEDAS
2.2.3 Cultivos permanentes arbóreos 4.1 Áreas húmedas continentales
2.2.3.1 Otros cultivos permanentes arbóreos 4.1.1 Zonas Pantanosas
2.2.3.2 Palma de aceite 4.1.2 Turberas
2.2.3.3 Cítricos 4.1.3 Vegetación acuática sobre cuerpos de agua
2.2.3.4 Mango 4.2 Áreas húmedas costeras
2.2.4 Cultivos agroforestales 4.2.1 Pantanos costeros
2.2.5 Cultivos confinados 4.2.2 Salitral
2.3 Pastos 4.2.3 Sedimentos expuestos en bajamar
2.3.1 Pastos limpios 5. SUPERFICIES DE AGUA
2.3.2 Pastos arbolados 5.1 Aguas continentales
2.3.3 Pastos enmalezados 5.1.1 Ríos (50 m)
2.4 Áreas agrícolas heterogéneas 5.1.2 Lagunas, lagos y ciénagas naturales
2.4.1 Mosaico de cultivos 5.1.3 Canales
2.4.2 Mosaico de pastos y cultivos 5.1.4 Cuerpos de agua artificiales
2.4.3 Mosaicos de cultivos, pastos y espacios
naturales 5.2 Aguas marítimas
2.4.4 Mosaico de pastos con espacios naturales 5.2.1 Lagunas costeras
2.4.5 Mosaico de cultivos y espacios naturales 5.2.2 Mares y océanos
5.2.3 Estanques para acuicultura marina
Fuente. IDEAM, 2010
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3.2.4 Mapa Edafológico
El mapa geológico recopilado de la sección de la página web Servicio de Metadatos del Servicio
Geológico Colombiano, que se encontró en formato pdf en escala 1:100000, cuyas planchas son
266, 267, 285 y 286, (ver Mapa 4), se georeferenció y vectorizó para poder clasificar el tipo de
suelo de acuerdo a su permeabilidad: muy alta, buena, media y baja, la cual se relaciona con el
grupo hidrológico A, B, C y D respectivamente (ver Tabla 14) y se requiere como insumo para la
elaboración del mapa de numero de curva CN.
Tabla 14. Clasificación Hidrológica de los tipos de suelos según su permeabilidad
Clave de
clasificación FAO Suelos
Tipo hidrológico de
suelo Permeabilidad Propiedades
T Andosoles
A Muy Alta Arenas con poco limo y
arcilla (escurrimiento
mínimo)
Q Arenosoles
J Fluvisoles
O Histosoles
U Ranker
X, Y
Calcisoles (antes xerosol
y yermosol)
B Buena Arenas finas y limos
I, E
Leptosoles (antes
litosoles y rendizinas)
Z Solonchaks
D Podzoles
F Ferralsoles
R Regosoles
H Feozems
C Media Arenas muy finas,
limos y bastante arcilla
K Kastanozems
N Nitosoles
C Chernozems
- Alisoles
D Baja
Arcillas en grandes
cantidades, suelos poco
profundos con
subhorizontes casi
impermeables
(escurrimiento
máximo)
A Acrisoles
B Cambisoles
G Gleysoles
L Luvisoles
V Vertisoles
W Planosoles
S Solonetzs
D Podzoluvisoles
- Plintosoles
- Lixisoles
Fuente. Domínguez Mora et al., 2008
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3.2.5 Registro de Precipitación
Para el análisis de precipitación se utilizó información de las estaciones Acacías, El Toro, Ojo
de Agua, Caño Hondo y Guamal con registros de precipitación máxima de 24 horas, suministrada
por el IDEAM para el período comprendido entre 1992 – 2013. (Ver ítem 4.1.4. Registros de
precipitación).
Para determinar las zonas de inundación, se requirió la determinación del caudal de creciente
para el período de retorno deseado, que para el caso, es 100 años. Con los registros de precipitación
se llevó a cabo un análisis de lluvia-escorrentía con el fin de determinar el caudal de creciente y el
hietograma de lluvia para el período de retorno, se calculó el hidrograma unitario sintético para
cada subcuenca del área del drenaje y se calculó el hidrograma de escorrentía directa de cada
subcuenca.
3.3. MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA
3.3.1. Delimitación y determinación del modelo de la cuenca del Río Acacías
El modelo de la cuenca representa la cuenca física que incluye y conecta los elementos
hidrológicos (Nanía, 2007). Para el caso se utilizaron los elementos subcuenca, tramo, unión y
sumidero, elementos que representan los datos de entrada a la herramienta HEC-HMS. Los
parámetros necesarios que utiliza este modelo son las pérdidas iniciales mediante el método
Numero de la Curva del SCS, y la transformación de lluvias en escurrimiento, a través del método
Hidrograma Unitario del SCS.
A partir del uso de la herramienta SIG HEC-GeoHMS del software ArcGis 10.1, se calculó las
características morfométricas del relieve de la cuenca a nivel subcuenca, teniendo como insumo
principal el DTM de resolución espacial de 12.5 metros corregido hidrológicamente a través de
los procesos del análisis del terreno (Fill Sink), esto para evitar que el DTM tenga celdas con
valores nulos o sin información de altura y de esta manera poder representar los movimientos del
agua o precipitación a través de la cuenca.
Se realizó la delimitación de la cuenca y la red de drenajes tomando como referencia la Figura
11, se estimó las características topográficas de la cuenca y la red de drenajes, y los parámetros de
forma de la cuenca con la herramienta HEC-GeoHMS, como se presenta en la Tabla 15.
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64
Tabla 15. Características topográficas de la cuenca
CARACTERÍSTICAS DE RELIEVE CARACTERÍSTICAS DE LA RED
DE DRENAJES
Perímetro
Área (m)
Pendiente media (%)
Longitud de las corrientes (m)
Pendiente del cauce
Cotas del cauce: máxima y mínima (m)
Tiempo de Concentración (h)
Fuente. Elaboración propia
3.3.2. Modelo Meteorológico
El modelo meteorológico calcula la entrada de precipitación que requiere un elemento de
subcuenca. Los datos utilizados para el modelo fueron de precipitación máxima 24h, los cuales
permitieron calcular la precipitación media en la cuenca con el método Estaciones por peso a través
de los polígonos de Thiessen, en HEC-HMS.
Para la modelación hidrológica de la cuenca del Río Acacías y para la determinación de los
caudales máximos, fue necesario utilizar las series de precipitación máxima 24 horas anuales,
tomadas de las estaciones pluviométricas Acacías, Guamal, El Toro, Ojo de Agua y Caño Hondo;
iniciando el proceso con el cálculo de las curvas IDF y posteriormente el cálculo de la tormenta de
diseño mediante el hietograma de diseño para un periodo de retorno de 100 años.
Calculo de la curvas IDF.
En este aparte se diseñó y se construyó las curvas IDF, para dar a conocer el comportamiento
de las precipitaciones a través de una curva que entrega la intensidad en función de la duración y
la frecuencia o la probabilidad de excedencia de un determinado evento. Para el cálculo de las
curvas IDF se contempló las siguientes actividades:
Ajuste de los datos con una función de distribución de probabilidad.
Los datos de precipitación se ajustaron a las funciones de distribución de probabilidad Log-
Pearson III y Pearson III de acuerdo a las ecuaciones 12 y 14 del ítem 2.3.1. Como medida de
bondad de ajuste se utilizó el Test de Kolmogorov-Smirnov.
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65
Determinación de las curvas IDF para el periodo de retorno 100 años.
Una vez hecho el ajuste con la función de distribución de probabilidad, se procedió a
calcular la intensidad de la precipitación de acuerdo a la ecuación 19.
Definición de tablas de uso práctico.
En esta etapa se procedió a la construcción de tablas, que dan cuenta de la relación entre la
intensidad de precipitación en 1, 2, 4, 6, 8, 12 hr, y la intensidad de 24 hr, y esto para el periodo
de retorno de 100 años. Ya que la precipitación de 24 horas es la más común de encontrar y
estas relaciones permitirían la extrapolación a zonas sin datos.
Análisis Estadístico.
Una vez definidas las tablas de uso práctico y diseñadas las curvas IDF para cada estación, se
procedió a analizar el comportamiento de las variables involucradas en este estudio, relacionando
simultáneamente las tres variables en una familia de curvas, de modo de representar la relación de
la intensidad, duración y la frecuencia no sólo en forma gráfica, sino que también en forma
analítica de acuerdo a la ecuación 20.
Luego mediante un análisis de regresión lineal múltiple se calculan las constantes K, m y l, para
luego calcular la intensidad en función de la duración de acuerdo a la ecuación 20 y así construir
las curvas IDF.
Tormenta de Diseño Mediante un Hietograma De Diseño
A partir del cálculo de las curvas IDF se realizó el hietograma el cual representa la distribución
temporal de la intensidad a lo largo de la duración de la tormenta utilizando el método de los
bloques alternos que representa la distribución de la precipitación en una serie de intervalos
temporales a lo largo del tiempo en el que dura la lluvia de diseño, que para el caso el tiempo
corresponde al tiempo de concentración de la cuenca calculado con la ecuación 23.
Para simular la respuesta hidrológica de una cuenca, HEC-HMS utiliza los siguientes
componentes: modelos de cuenca, modelos meteorológicos, especificaciones de control y datos de
entrada.
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66
3.3.3. Especificaciones de control
En las especificaciones de control se determinó un tiempo de duración de la simulación de 22.5
horas debido a que el tiempo de concentración en la cuenca es bastante amplio, además este tiempo
de simulación nos permite graficar la curva del hidrograma completamente.
3.4. MODELACIÓN HIDRÁULICA DE LA CUENCA
Una vez calculados los caudales máximos representados en los hidrogramas de diseño para el
periodo de retorno de 100 años, se procedió a calcular la altura de la lámina de agua que
corresponde a dicho caudal y la delimitación de las áreas inundables. El procedimiento es el
siguiente:
3.4.1. Geometría del cauce
Se creó por medio de la herramienta SIG HEC-GeoRAS, el TIN a partir del DTM, la
información geométrica de las secciones transversales del cauce y las llanuras de inundación del
sistema hídrico del Río Acacías, teniendo en cuenta el siguiente proceso:
Pre-proceso:
Se delimito el cauce principal de la cuenca del Río Acacías, se dibujó las zonas por donde se
previó que circularía preferentemente tanto por el cauce principal como por las llanuras de
inundación.
Se crearon las secciones transversales donde se tuvo en cuenta que estas no pueden cortar dos
secciones, y cortan perpendicularmente al flujo, se digitalizo del margen izquierdo al derecho
cortando las líneas de flujo central. Se añade topología y elevación al cauce y a las secciones
transversales con ayuda del TIN.
Proceso:
Aplicar la modelización del flujo permanente con el modelo HEC-RAS, el cual genera un
archivo de exportación para ArcGIS, para esto se editó los datos de caudal de entrada de la cuenca
obtenidos a través de la modelación hidrológica y el coeficiente de rugosidad de Manning
calculado previamente.
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67
Post-proceso:
Una vez obtenidos los archivos de importación de la simulación hidráulica, se creó las
superficies de inundación y grids de profundidad, a través de la herramienta HEC-GeoRAS.
3.4.2. Condiciones de contorno
Para introducir las condiciones de contorno se acudió al editor de Steady Flow Data, se guardan
las condiciones como Q100, con un caudal correspondiente de 432 m3/s y los calados o
profundidad de contorno son críticos aguas arriba y calado o profundidad normal de pendiente de
0.01 aguas abajo.
3.4.3. Generación de cartografía de zonas susceptibles inundación
Se diseñó la plantilla para la salida grafica de las zonas susceptibles de inundación a escala
1:100.000 en formato PDF.
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4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. ADQUISICIÓN Y PREPARACIÓN DE LA INFORMACIÓN
4.1.1. Mapa de Pendientes
La cuenca es predominantemente plana, gran parte se encuentra con pendientes entre 0 y 3 %
para la parte media y baja de la cuenca, en la parte alta de la cuenca se evidencia pendientes entre
7 y 25 %, es decir, ligeramente plano y fuertemente ondulado, con alturas sobre el nivel del mar
desde 190 m hasta 1838 m, como se puede observar en el Mapa 2.
4.1.2. Mapa de Cobertura vegetal y usos del suelo
De acuerdo al Mapa 3, la zona media y baja de la cuenca del Río Acacías se caracteriza por
tener gran extensión de Pastos con una área aproximada de 467.47 kilómetros cuadrados que
representa el 50.2 % de ocupación del suelo, también encontramos dentro de esta área de estudio
la presencia de cultivos permanentes como la Palma de aceite y cultivos transitorios de cereales
como el arroz (ver Tabla 16).
Tabla 16 Cobertura vegetal del suelo y usos de suelos metodología Corine Land Cover para la cuenca del Río Acacías.
Clase Área (km2) Porcentaje de ocupación
Aguas continentales 13.04 1.4%
Áreas abiertas, sin o con poca vegetación 1.33 0.1%
Áreas agrícolas heterogéneas 85.45 9.2%
Áreas con vegetación herbácea y/o arbustiva 21.66 2.3%
Áreas húmedas continentales 3.78 0.4%
Bosques 70.53 7.6%
Cultivos permanentes arbóreos 169.78 18.2%
Cultivos transitorios 93.36 10.0%
Pastos 467.47 50.2%
Zonas Urbanas 4.77 0.5%
Fuente. Elaboración propia basada en la cobertura CORINE Land Cover adaptada para Colombia.
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Mapa 2. Mapa de pendientes de la cuenca del Río Acacías – Pajure.
Fuente: Elaboración propia basado en el DTM Alos Palsar
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En la parte alta de la cuenca del Río Acacias encontramos gran variedad de cobertura vegetal,
desde bosques densos hasta pastos limpios, cuya distribución espacial la podemos apreciar en el
Mapa 3.
4.1.3. Mapa Edafológico
La parte alta y media de la cuenca del Río Acacías se caracteriza por rocas metamórficas de
edad pre-devónica y secuencias sedimentarias que corresponden al Devónico – Carbonífero, al
Jurásico Superior, al Cretácico, al Terciario, igualmente se ha reconocido por depósitos
cuaternarios y en la parte baja de la cuenca se encuentran rocas del Terciario y diferentes depósitos
del cuaternario (INGEOMINAS, 2001). (Ver Mapa 4)
De acuerdo a la descripción litográfica de la zona de estudio presentada en la Tabla 17, se
evidencia que gran parte de la cuenca del Río Acacias presenta suelos con arenas con poco limo y
arcilla, que permite clasificarla dentro del tipo hidrológico de suelo A con una permeabilidad muy
alta y un mínimo escurrimiento. También encontramos en la parte alta de la cuenta suelos con
arenas muy finas, limos y arcilla, con una clasificación de tipo hidrológico de suelo C con
permeabilidad media y escurrimiento medio, como se observa en la Tabla 17.
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Mapa 3. Mapa de cobertura vegetal y usos del suelo.
Fuente: Elaboración propia, basado en la metodología Corine Land Cover.
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Mapa 4. Edafología de la cuenca del Río Acacías.
Fuente. Elaboración propia basado en mapa geológico (INGEOMINAS, 2001)
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Tabla 17. Descripción litográfica del área de estudio
Símbolo Descripción Litográfica Área (km2)
Kiu
Formación UNE
En general está constituida por arenitas ligeramente conglomeradas de grueso medio,
de cuarzo, de color amarillento, en bancos muy gruesos.
4.6
KPgp
Grupo Palmichal
Consta de una serie de areniscas cuarzosas, de grano medio, grueso a conglomeratico, de
color amarillento con intercalaciones de arcillolitas grises.
10.3
Ksc
Formación CHIPAQUE
Petrográficamente se clasifica con una limolita laminar, ligeramente arenosa, que incluye
láminas de materia orgánica y de limonita.
7.0
NgQlc
Formación La Corneta
Conglomerados que incluye desde bosques hasta guijos de cuarcita, arenita y lodolita, en
matriz arenosa gruesa.
0.4
Pgal
Formación Arcilla del
Limbo
Está compuesta por arcillolitas de color gris, a veces verde con tonos violaceos. Es
frecuente observar algunas intercalaciones de arenitas medias de cuarzo, de color blanco
tono amarillento.
1.5
Q2-al
Depósito Aluvial
Oriente: arena cuarzosa ocasionalmente conglomeratica. Occidente: gravas cuarzo
arenita, cuarzo lechoso, matriz de arenosa de cuarzo y líticos sedimentario.
21.8
Q2-alpr
Depósito Aluvial Proximal
Los depósitos aluviales se encuentran asociados al Río Metica y al Río Acacias,
principalmente, constituidos de arenita limosa de grano fino a medio, subangular,
subesferica, bien seleccionada, compuesta por cuarzo, 20% lime y 10% de materia
orgánica.
44.9
Q2-ca
Depósito Coluvio-Aluvial
Subreciente
Estos depósitos compuestos por arenas gravosas se localizan al norte de casco urbano del
Municipio de San Carlos de Guaroa.
322.8
Qal
Depósitos Aluviales
Están restringidos a los cauces de los ríos y quebradas, son notorios los de los Ríos
Guatiquia, Guayuriba, Acacias y Guamal.
95.3
Qd
Depósitos de derrubio
Se desarrollan sobre las laderas y piedemonte. 21.0
Qt
Terrazas
Depósitos de arenas, cantos rodados y limos, dispuestos en masas lenticulares, que se
yuxtapone unas a otras, la composición litológica de las terrazas localizadas al oriente de
los Llanos Orientales de arena y limo.
401.5
Fuente. Elaboración propia basado en el mapa edafológico - INGEOMINAS, 2001.
4.1.4. Registros de precipitación
En la Tabla 18 se presentan los registros de precipitación Máxima 24 Horas anual para los
períodos desde 1992 hasta 2013 de las diferentes estaciones hidrológicas que se encuentran en
la cuenca del Río Acacias.
Tabla 18. Precipitación Máxima 24 horas anual (mm). IDEAM
Año Acacias Guamal El Toro Ojo De Agua Caño Hondo
1992 128 130 120 110 135
1993 122,5 130 120 111 136
1994 135 133 125 113 135
1995 117 134 127 120 130
1996 130 135 130 120 130
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Año Acacias Guamal El Toro Ojo De Agua Caño Hondo
1997 124,8 135 130 130 95
1998 131 135 131 135 120
1999 123 135 133 136 160
2000 107 135 135 137 179
2001 135 135,5 135 137 170
2002 135 136 135 140 160
2003 135 139 135 140 120
2004 164 140 138 140 120
2005 126 140 145 140 130
2006 125 140 160 140 130
2007 136 140 163,8 146 135
2008 115 140 178,1 150 135
2009 118 142 182,2 150 136
2010 136 145 211,8 158 142
2011 170 148 234,25 160 225
2012 130 140 180 150 136
2013 130 140 163 140 135
Max 170 148 234,25 160 225
Min 107 130 120 110 95
Fuente. Elaboración propia
La precipitación máxima registrada en la cuenca del Río Acacias, se presentó en el año 2011
registrada en la estación El Toro con 234.25 mm, y la precipitación mínima registrada es de 95
mm en año 1997, para la estación de Caño Hondo.
4.2. MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS
En la modelación hidrológica de la cuenca se presentan los principales resultados obtenidos del
análisis estadístico de la serie de datos de precipitación para las estaciones pluviométricas de
Acacias, Guamal, El Toro, Caño Hondo y Ojo de Agua. Además los resultados producto de la
modelación hidrológica para el área de estudio, tomando como período de retorno 100 años.
4.2.1. Delimitación y determinación del modelo de la cuenca del Río Acacías
La cuenca del Río Acacías tiene un área de 931.14 kilómetros cuadrados y un perímetro total
de 215 kilómetros. De acuerdo a la
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Tabla 19, se obtuvo una pendiente media de 6.45 % que corresponde a un relieve ligeramente
plano. Con un valor obtenido de 1.97 para el índice de Gravelius y 0.13 para el Factor de forma,
señala que la cuenca tiene una forma alagada, por tanto el Tiempo de Concentración va a ser
mayor.
A continuación se presentan los resultados obtenidos de las características morfométricas de
la cuenca y de la red de drenajes descritas en la
Tabla 19.
Tabla 19. Características morfométricas de la cuenca del Río Acacias.
Parámetros de Relieve Parámetros de Forma
Cuenca Área
(km2)
Perímetro
(km)
Longitud
Axial
Pendiente Media
(%)
Índice de
Gravelius
Factor de
Forma
Río
Acacias
931.14 215.0 84.31 6.45 1.97 0.13
Fuente. Elaboración propia
Para los resultados obtenidos de la Densidad de Drenaje con 0.71 % y Densidad de corriente
con 0.2 para la cuenca del Río Acacias, como se muestran en la Tabla 20, con valores bajos,
indican que los materiales del suelo son muy permeables y la pendiente es baja; debido a que gran
parte de la cuenca presenta suelos con arena y un relieve ligeramente plano.
Tabla 20. Características de relieve del cauce principal.
Cuenca Longitud del
cauce (km)
Pendiente media del
Cauce (%)
Densidad del
Drenaje (%)
Densidad de
Corriente
Tiempo de
Concentración (h)
Río
Acacias
111.37 0.01 0.71 0.2 14.5
Fuente. Elaboración propia
En la Tabla 21 se observa los resultados obtenidos del análisis morfométrico del relieve de la
cuenca del Río Acacias, utilizando la herramienta HEC-GeoHMS. De acuerdo a los resultados, se
observa que la subcuenca del Río Acacias es la más grande con una extensión de 332.5 kilómetros
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cuadrados y la de menor extensión es la Subcuenca del Río Acaciitas con una extensión de 8.9
kilómetros cuadrados ubicada en la parte alta de la cuenca. Por otro lado, podemos observar que
la subcuenca con mayor pendiente media es la del Río Acaciitas con 17.3 % y la de menor
pendiente media es la subcuenca del Caño Santa Bárbara con una pendiente de 3.1 %.
Tabla 21. Características morfométricas de las subcuencas según HEC-GeoHMS.
Subcuenca Perímetro (m) Área (km2) Pendiente Media (%)
Río Acaciitas 29989.7 8.9 17.3
Quebrada El Playón 23160.2 16.9 16.4
Caño La Unión 42759.8 17.3 4.0
Caño Laureles 41083.3 18.0 4.2
Caño Chichimene 177719.7 236.6 3.4
Caño Santa Bárbara 87137.6 78.8 3.1
Río Acacias 287018.3 332.5 5.0
Río Orotoy 143237.1 190.1 5.0
Subcuenca 1 28429.2 16.2 4.0
Subcuenca 3 33009.4 15.9 4.5
Fuente. Elaboración propia
Respecto a las características de la red de drenajes, tenemos que el cauce de mayor longitud es
el Río Acacias con una longitud de 111.3 km, donde su punto de inicio esta aproximadamente en
la cota 1315 m, y desemboca a una cota de 194 m al río Metica. El cauce de menor longitud con
7.4 km pertenece a la subcuenca Quebrada El Playón, donde su cota máxima es de 535 m y su
mínima cota es de 512 m, ver Tabla 22.
Tabla 22. Características de los ríos principales.
Cauce Sub-Cuenca Longitud (m) Elev Max Elev Min Pendiente
(m/m)
1 Río Acaciitas 8655,32 817,00 492,00 0,0375
2 Río Acacias 111370,6 1315,00 194,00 0,0103
3 Caño Santa Bárbara 50270,80 308,00 194,00 0,0023
4 Caño La Unión 13192,02 529,00 439,00 0,0068
5 Río Orotoy 69763,67 960,00 260,00 0,0100
6 Caño Laureles 10165,25 497,00 403,00 0,0092
7 Subcuenca 1 11334,31 254,00 209,00 0,0024
8 Quebrada El Playon 7456,02 535,00 512,00 0,0031
9 Caño Chichimene 63696,25 499,00 249,00 0,0039
10 Subcuenca 3 15394,72 194,00 194,00 0,0000
Fuente. Elaboración propia
En el Mapa 5 se definieron las subcuencas mediante la herramienta HEC-GeoHMS.
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Mapa 5. Subcuencas generadas por la herramienta HEC-GeoHMS.
Fuente. Elaboración propia.
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4.2.2. Modelo Meteorológico
A partir de los datos de precipitación de las estaciones Acacias, Guamal, El Toro, Caño Hondo
y Ojo de Agua, se procedió a realizar el cálculo de los parámetros estadísticos como la media,
desviación estándar y coeficiente de asimetría como análisis de los datos, como se observa en la
Tabla 23.
Tabla 23. Parámetros estadísticos calculados para las estaciones pluviométricas de la zona.
PARAMETROS ESTADISTICOS
ESTACIÓN x (mm) s (mm) Cs
ACACÍAS 130,64 14,07 1,427
GUAMAL 127,77 13,74 -1,378
OJO DE AGUA 136,5 14,17 -0,479
CAÑO HONDO 140,64 26,04 1,689
EL TORO 150,55 30,53 1,409
Fuente. Elaboración propia
Calculo de la curvas IDF
Estimación de la función de Probabilidad
En el análisis estadístico de las series de precipitación máxima 24h para las estaciones Acacias,
Guamal, El Toro, Caño Hondo y Ojo de Agua con influencia en el área de estudio, se abordó con
la aplicabilidad de cinco modelos probabilísticos correspondientes a las funciones de Gumbel,
Normal, Log-Normal, Log-Pearson III y Pearson III, el cual permite predecir el comportamiento
futuro de la precipitación en el sitio de interés, a partir de la información histórica encontrada de
registros de precipitación máxima 24h, mostrando que los datos de precipitación en las estaciones
Acacias, Guamal y Ojo de Agua presentan un mejor ajuste a la función de probabilidad Log-
Pearson III, y las estaciones Caño Hondo y El Toro presentan mejor ajuste a la función de
probabilidad Pearson III.
Se determinó que la mayor precipitación para un periodo de retorno de 100 años se encuentra
en la estación el Toro, con una precipitación de 256.57 mm y la más baja en la estación Guamal
con una precipitación de 146.31, como se observa en la Tabla 24.
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Para determinar las funciones de probabilidad que mejor representan las series de precipitación
máxima, para la cuenca del Río Acacias, se aplicó la prueba de bondad de ajuste de Kolmogorov
Smirnov (ver Anexo 1).
Tabla 24. Precipitación Según La Función De Probabilidad para cada una de las estaciones hidrológicas.
Periodo Retorno
Años
Log Pearson-III Pearson III
Acacias Guamal Ojo De
Agua
Caño
Hondo
El Toro
100 177.30 146.31 165.16 243.31 256.57
Fuente. Elaboración propia
Calculo de la curvas IDF para el periodo de retorno 100 años
Para el cálculo de las curvas IDF, se calculó las precipitaciones máximas probables para un
periodo de retorno de 100 años, para diferentes tiempos de duración de lluvias que va desde una 1
hora hasta 24 horas de duración, resultados que podemos observar en las Tabla 25 para las
diferentes estaciones.
Tabla 25. Precipitación máxima 24h (mm) estación Acacias, Guamal, Ojo de Agua, Caño Hondo y El Toro.
Precipitación máxima Pd (mm) para T = 100 años
Tiempo de
Duración
E. Acacias E. Guamal E. Ojo de
Agua
E. Caño
Hondo
E. El
Toro
24 hr 177.30 146.31 165.16 243.31 256.57
18 hr 161.34 133.14 150.30 221.41 233.48
12 hr 141.84 117.05 132.13 194.65 205.26
8 hr 120.56 99.49 112.31 165.45 174.47
6 hr 108.15 89.25 100.75 148.42 156.51
5 hr 101.06 83.40 94.14 138.69 146.24
4 hr 92.20 76.08 85.88 126.52 133.42
3 hr 81.56 67.30 75.97 111.92 118.02
2 hr 69.15 57.06 64.41 94.89 100.06
1 hr 53.19 43.89 49.55 72.99 76.97
Fuente. Elaboración propia
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Posteriormente para definir las curvas IDF fue necesario conocer el comportamiento de las
precipitaciones a través de una curva que entrega la intensidad media en función de la duración y
la frecuencia, y cuya única finalidad es la de aportar patrones de conductas de las lluvias, (Pizarro,
Flores, Sanguesa, & Martínez, 2005), encontrándose esta información en la Tabla 26, como se
muestra a continuación:
Tabla 26. Intensidad de lluvia (mm/hr) según el período de retorno, Estación Acacías, Guamal, Ojo de Agua,
Caño Hondo y El Toro.
Tiempo de
Duración Intensidad de la lluvia (mm /hr) para T = 100 años
E. Acacías E. Guamal E. Ojo de Agua E. Caño Hondo E. El Toro
24 hr 7.39 6.10 6.88 10.14 10.69
18 hr 8.96 7.40 8.35 12.30 12.97
12 hr 11.82 9.75 11.01 16.22 17.10
8 hr 15.07 12.44 14.04 20.68 21.81
6 hr 18.03 14.87 16.79 24.74 26.08
5 hr 20.21 16.68 18.83 27.74 29.25
4 hr 23.05 19.02 21.47 31.63 33.35
3 hr 27.19 22.43 25.32 37.31 39.34
2 hr 34.57 28.53 32.21 47.45 50.03
1 hr 53.19 43.89 49.55 72.99 76.97
Fuente. Elaboración propia
Calculadas las intensidades de lluvia a partir de la precipitación máxima, para cada una de las
estaciones, se calcularon las regresiones para hallar los valores de los coeficientes de K, m y l para
cada una de las estaciones, como se observa en la Tabla 27:
Tabla 27. Calculo de los valores de los coeficientes K, m y l para cada una de la estaciones de la zona de
estudio.
Acacias El Toro Guamal Ojo De Agua Caño Hondo
K 539.525537 610.2220762 584.6962019 564.5140977 571.5112
m 0.072518708 0.119298201 0.024737443 0.070275108 0.111455
l -0.61884879 -0.61884879 -0.61884879 -0.61884879 -0.61884879
Fuente. Elaboración propia
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A partir de los coeficientes de K, m y l se halló la intensidad de precipitación y con estos datos
se obtienen las curvas de IDF. Posteriormente, se generó los hietogramas como datos de entrada
al modelo hidrológico HEC-HMS. A continuación se encuentran las Curvas IDF para cada una de
las estaciones de la cuenca del Río Acacias, encontrándose que entre mayor sea la duración de la
tormenta la intensidad ira decreciendo, así que en los primeros minutos de duración se tendrá
mayor intensidad en la precipitación (ver Gráfica 1 a Gráfica 5)
Gráfica 1. Curva IDF para la estación El Toro para T = 100 años. Elaboración propia.
Gráfica 2. Curva IDF para la estación Caño Hondo para T = 100 años. Elaboración propia.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
TIEMPO DE DURACION (min)
Curvas IDF Estación El Toro
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
TIEMPO DE DURACION (min)
Curvas IDF Estación Caño Hondo
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Gráfica 3. Curva IDF para la estación Guamal para T = 100 años. Elaboración propia.
Gráfica 4. Curva IDF para la estación Ojo de Agua para T = 100 años. Elaboración propia.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
TIEMPO DE DURACION (min)
Curvas IDF Estación Guamal
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
TIEMPO DE DURACION (min)
Curvas IDF Estación Ojo de Agua
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
83
Gráfica 5. Curva IDF para la estación Acacias para T = 100 años. Elaboración propia.
Tormenta de Diseño Mediante un Hietograma De Diseño
Uno de los objetivos de la hidrología superficial es calcular la escorrentía que se va a generar
si se produce una precipitación determinada, es decir, calcular el hidrograma que va a generar un
hietograma.
Los hietogramas necesarios para realizar la simulación hidrológica en HEC-HMS, se
obtuvieron a partir de las curvas IDF, y el tiempo de concentración Tc calculado para la cuenca,
que en este caso fue de 14.5 horas.
Modelo de la Cuenca
En la Figura 13 se presenta el esquema de la cuenca del Río Acacias, generado con la
herramienta HEC-HMS, es importante tener en cuenta en este paso que todos los elementos deben
estar conectados unos a otros comenzando desde aguas arriba hacia aguas abajo.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
TIEMPO DE DURACION (min)
Curvas IDF Estación Acacias
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO
LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
84
Figura 13. Modelo de la cuenca del Río Acacias basado en los resultados de HEC-HMS
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SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
85
Después de haber obtenido la estructura hidrológica de la cuenca del Río Acacías y con los
resultados obtenidos en el procesamiento de la morfometría de la cuenca, se procedió a registrar
cada uno de los datos obtenidos en HEC-HMS. Para este caso se introdujeron las áreas de todas
las subcuencas en km2; los parámetros de pérdidas para el método SCS por subcuencas:
abstracción inicial en mm, el número de la curva CN y el porcentaje de área impermeable (%
impervious). Los parámetros calculados para el método de transformación de lluvia- caudal del
SCS Hidrograma Unitario fue el tiempo de retardo Tlag dado en minutos.
Para la propagación de caudales en los cauces se utilizó el método de Muskingum Routing y se
calculó los parámetros k en horas y x, como se muestra en las Tabla 28 y Tabla 29.
Tabla 28. Parámetros calculados para el Modelo de la cuenca
Subcuenca Área de
Subcuenca (Km2)
Abstracción Inicial
(mm)
Curva Numero Tlag (Minutos)
Caño Chichimene 236.55 25.53 49.87 371.1
Caño La Unión 17.32 20.61 55.2 103.68
Caño Laureles 17.98 11.87 68.15 46.54
Caño Santa Bárbara 78.78 28.07 47.5 86.59
Quebrada El Playón 16.91 25.8 49.61 118.89
Río Acacias 332.53 26.56 48.87 495.04
Río Acaciitas 8.88 34.92 42.11 229.18
Río Orotoy 190.13 21.57 54.07 505.57
Subcuenca 1 16.22 30.11 45.76 56.36
Subcuenca 3 15.86 27.33 48.17 516.51
Fuente. Elaboración propia
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86
Tabla 29. Parámetros calculados para el cauce del Río Acacias, por el método de Muskingum Routing
Río Acacias Longitud en Km Pendiente K
Reach 29 6.29 0.008449 1.8027
Reach 30 14.80 0.003711 4.0412
Reach 1 3.39 0.003541 1.3299
Reach 2 3.66 0.00519 1.3114
Reach 3 3.85 0.00493739 1.3750
Reach 4 2.68 0.00523302 1.0316
Reach 5 6.77 0.00502516 2.1043
Reach 6 4.07 0.00270244 1.6090
Reach 28 2.12 0.00141396 1.1091
Reach 8 1.67 0.00239498 0.8366
Reach 9 0.71 0.00239498 0.4346
Reach 10 3.75 0.00186598 1.6225
Reach 11 2.95 0.00101681 1.5171
Reach 12 3.28 0.0024423 1.3906
Reach 13 2.84 0.00175925 1.3287
Reach 14 0.81 0.0049343 0.4210
Reach 15 0.16 0.0049343 0.1235
Reach 16 1.10 0.0049343 0.5300
Reach 17 3.47 0.00288357 1.4071
Reach 18 5.08 0.00255771 1.9249
Reach 19 1.02 0.00255771 0.5693
Reach 20 3.36 0.00119671 1.6240
Reach 21 6.05 0.00198392 2.3057
Reach 22 1.43 0.00198392 0.7698
Reach 23 1.91 0.00178971 0.9799
Reach 24 5.52 0.00216461 2.1161
Reach 25 2.09 0.00445539 0.8809
Reach 26 4.14 0.00215379 1.7018
Reach 27 0.40 0.00215379 0.2867
Fuente. Elaboración propia
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87
Hietograma de Diseño
Los datos de entrada para la simulación hidrológica de la cuenca, se muestran en la Tabla 30 y
Gráfica 6. Estos datos hacen referencia al diseño de tormenta para la cuenca tomando un período
de retorno de 100 años. Se realizó la distribución temporal de la precipitación tomando como
duración el Tc que corresponde a 14.5 horas, el cual se realizó la conversión a minutos con
intervalos de 30 minutos.
Tabla 30. Hietogramas de las estaciones pluviométricas del área de estudio
Precipitación Alternada (mm) para T = 100 años
Instante
(min) E. Acacias E. Caño Hondo E. El Toro E. Guamal
E. Ojo
de Agua
30 1.76 2.69 2.84 1.63 1.84
60 1.82 2.82 2.97 1.71 1.92
90 1.90 2.96 3.12 1.79 2.02
120 1.98 3.12 3.29 1.89 2.13
150 2.07 3.30 3.48 2.00 2.26
180 2.17 3.52 3.71 2.13 2.40
210 2.29 3.78 3.98 2.29 2.58
240 2.43 4.09 4.31 2.48 2.80
270 2.59 4.48 4.73 2.72 3.06
300 2.78 5.00 5.27 3.03 3.41
330 3.01 5.69 6.01 3.45 3.89
360 3.30 6.73 7.09 4.08 4.60
390 3.67 8.45 8.92 5.13 5.78
420 4.19 12.22 12.89 7.41 8.35
450 4.94 56.15 59.22 34.05 38.37
480 6.22 16.98 17.91 10.30 11.60
510 8.98 9.89 10.43 6.00 6.76
540 41.28 7.46 7.87 4.53 5.10
570 12.48 6.15 6.49 3.73 4.21
600 7.27 5.32 5.61 3.22 3.63
630 5.49 4.72 4.98 2.86 3.23
660 4.52 4.28 4.51 2.59 2.92
690 3.91 3.93 4.14 2.38 2.68
720 3.47 3.64 3.84 2.21 2.49
750 3.14 3.41 3.59 2.07 2.33
780 2.89 3.21 3.38 1.94 2.19
810 2.68 3.03 3.20 1.84 2.07
840 2.50 2.88 3.04 1.75 1.97
870 2.36 2.75 2.90 1.67 1.88
Fuente. Elaboración propia
Posteriormente, los datos obtenidos en la Tabla 30 se graficaron para obtener los hietogramas
de diseño como siguen a continuación:
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
88
0
10
20
30
40
50
30
12
0
21
0
30
0
39
0
48
0
57
0
66
0
75
0
84
0
93
0
10
20
Hietograma de precipitación T100 - Acacias
mm de precipitación por instante tiempo
0
20
40
60
30
90
15
0
21
0
27
0
33
0
39
0
45
0
51
0
57
0
63
0
69
0
75
0
81
0
87
0
Hietograma de precipitación T100 - Caño Hondo
mm de precipitación por instante tiempo
0
20
40
60
80
30
90
15
0
21
0
27
0
33
0
39
0
45
0
51
0
57
0
63
0
69
0
75
0
81
0
87
0
Hietograma de precipitación T100 - El Toro
mm de precipitación por instante tiempo
0
10
20
30
40
50
30
90
15
0
21
0
27
0
33
0
39
0
45
0
51
0
57
0
63
0
69
0
75
0
81
0
87
0
Hietograma de precipitación T100 - Ojo de Agua
mm de precipitación por instante tiempo
0
10
20
30
40
30
90
15
0
21
0
27
0
33
0
39
0
45
0
51
0
57
0
63
0
69
0
75
0
81
0
87
0
Hietograma de precipitación T100 - Guamal
mm de precipitación por instante tiempo
Gráfica 6. Hietogramas generados para cada una de las estaciones pluviométricas de la zona de
estudio. Elaboración propia.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
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89
Polígonos de Thiessen
Para calcular el peso que tiene cada uno de los pluviómetros en el área de estudio, se trazó los
polígonos de Thiessen como se muestra en la Figura 14, y así se determinó los pesos de cada
estación en cada subcuenca. Los polígonos de Thiessen permite transformar la información de
precipitación máxima 24 horas puntual en información real, el cual consiste en asignar el valor
numérico para el grado de influencia o peso de cada estación sobre el área de estudio.
Como resultado del cálculo de los pesos de los pluviómetros que generan en cada subcuenca
tenemos la Tabla 31, y puede deducir que la estación pluviométrica Acacias tiene mayor peso en
la subcuenca del Río Acaciitas, que corresponde al 90.96%. Para la estación El Toro se evidencia
que tiene mayor influencia sobre las subcuencas 1 y subcuenca 3, correspondiente al 100%. La
estación Ojo de Agua presenta mayor peso en la subcuenca Caño Chichimene, correspondiente a
37.26%; la estación Caño Hondo tiene mayor peso en la subcuenca Quebrada El Playon con un
25.38% y la estación Guamal presenta mayor peso en la subcuenca Caño Laureles con un 80.13%.
Tabla 31. Pesos para los pluviómetros por cada subcuenca.
Subcuenca P. Acacias (%) P. El Toro (%) P. Ojo de
Agua (%)
P. Caño Hondo
(%)
P. Guamal (%)
Río Acaciitas 90.96 9.12
Río Acacias 32.23 46.74 5.70 6.25 9.08
Caño Santa Barbara 70.20 29.79
Caño La Unión 81.87 7.78 10.33
Río Orotoy 0.05 32.39 12.96 54.59
Caño Laureles 19.81 80.13
Subcuenca 1 100
Quebrada El Playón 74.56 25.38
Caño Chichimene 17.40 45.33 37.26
Subcuenca 3 100
Fuente. Elaboración propia
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LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
90
Figura 14. Polígonos de Thiessen para la cuenca del Río Acacias con 5 estaciones.
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91
Simulación del Hidrograma de Diseño
Para la simulación hidrológica con HEC-HMS se definió como tiempo de simulación de la
tormenta el periodo comprendido entre 01 de enero de 2000 a las 00:00 horas y 02 de enero de
2000 a las 22:30 horas, el cual debe ser mayor al tiempo de concentración ya calculado.
Una vez realizada la simulación hidrológica con HEC-HMS, se obtuvo los resultados de
precipitación máxima (mm), descarga pico dada en (m3/s), volumen dado en (mm) para cada una
de las subcuencas, que se muestran en la Tabla 32. De acuerdo a estos resultados, en el punto de
salida de la cuenca (Sink-1) se genera una descarga pico de 432 m3/s, y el volumen de descarga
para toda la cuenca es de 45.38 mm.
Tabla 32. Resumen Global de la simulación hidrológica para un período de retorno de 100 años
Elemento
Hidrológico
Área
Drenaje
(Km2)
Precipitación
Max (mm)
Descarga
Pico (m3/s) Tiempo pico
Volumen
(mm)
Río Orotoy 190.10 143.07 207.4 01ene2000, 15:30 47.65
Quebrada El Playón 16.92 200.19 82.1 01ene2000, 10:15 106.93
Río Acaciitas 8.89 162.89 48.6 01ene2000, 09:30 92.39
Caño Laureles 18.03 151.78 44.8 01ene2000, 10:15 49.24
Caño La Unión 17.30 158.82 41.3 01ene2000, 10:30 56.61
Caño Chichimene 236.60 143.63 211.5 01ene2000, 18:15 46.48
Subcuenca 1 16.20 135.81 15.0 01ene2000, 12:00 33.94
Santa Bárbara 78.80 139.10 81.5 01ene2000, 17:30 55.96
Subcuenca 3 15.90 135.81 36.6 01ene2000, 08:30 38.3
Río Acacias 332.50 147.74 297.2 01ene2000, 18:15 47.77
Salida de la Cuenca 931.24 432 02ene2000, 08:45 45.38
Fuente. Resultados de la simulación hidráulica en HEC-HMS.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
92
Gráfica 7. Hidrograma de salida para la cuenca del Río Acacias.
Para observar los resultados arrojados por el modelo HEC-HMS, para cada una de las
subcuencas en un período de retorno de 100 años, se obtuvieron las descargas pico o caudales
máximos y las precipitaciones dadas según la Tabla 32, representadas en las Gráfica 13,Gráfica
14, Gráfica 15, Gráfica 16, Gráfica 17, Gráfica 18, Gráfica 19 y Gráfica 8, para cada una de
las subcuencas (ver Anexo 2).
El caudal máximo es proporcional al tamaño de las subcuencas, de modo que las subcuencas
que tienen un caudal específico menor son las que tienen mayor pérdida al generar el
escurrimiento. De esta manera, podemos observar que la subcuenca con mayor área,
correspondiente al Río Acacías, genera una descarga pico de 297.2 m3/s, evidenciando una menor
perdida de precipitación en el proceso.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
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93
Gráfica 8. Hidrograma para la subcuenca Río Acacias
4.4 MODELACIÓN HIDRÁULICA DE LA CUENCA.
4.4.1. Geometría del cauce
Como punto de partida, se trazó las secciones trasversales para el cauce principal del Río
Acacías, con la herramienta HEC-GeoRas de ArcGis, que permitió crear los archivos
intercambiables para la simulación hidráulica con la herramienta HEC-RAS. Como resultado de
este proceso, se presenta el trazado de las secciones transversales del cauce cada 200 metros como
se muestra en la Mapa 6 y los algunos perfiles de la zona baja, media y alta del Río Acacias, que
se observan en la Gráfica 9, Gráfica 10 y Gráfica 11. (Para ver la totalidad de las secciones
transversales ver Anexo 3).
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94
Mapa 6. Secciones Transversales para el Río Acacias
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95
Gráfica 9. Sección Transversal en la zona alta del Río Acacias.
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96
Gráfica 10. Sección Transversal en la zona media del Río Acacias.
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97
Gráfica 11. Sección transversal de la zona baja del Río Acacias.
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98
Una vez trazadas las secciones transversales con su topología e informacion de elevación, se
crearon los archivos de intercambio que son leidos por HEC-RAS.
Se calculo el coeficiente de rugosidad n de Manning mediante el metodo de Cowan, obteniendo
como resultado un valor de 0.053, determinido por el material del fondo del cauce que para el
caso es grava gruesa, presentando irregularidades moderadas del fondo del cauce, cambio
ocasional de las secciones transversales, y con vegetacion media a lo largo del mismo, como se
observa en la Tabla 33.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
99
Tabla 33. Calculo del coeficiente de rugosidad n Manning
Factor Descripcion del
Factor
Valor
recomentado
de n
Valor
determinado
Fotografias a lo largo del cauce, tomadas de
Google Earth.
Material del
fondo del cauce Grava gruesa 0.028
1n = 0.028
Irregularidad
del fondo del
cauce
Irregularidades
moderadas 0.010
2n = 0.010
Cambio de
secciones
transversales
Ocasional 0.005 3
n = 0.005
Obstrucciones o
grandes
bloques en el
cauce
Ninguno 0.000 4
n = 0.000
Vegetación en
el cauce Media 0.010-0.020
5n = 0.010
Meandros y
trenzas Menores 0.00
6n = 0.00
coeficiente de rugosidad n de Manning n = 0.053
Fuente: Elaboración propia.
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SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
100
4.4.2. Condiciones de contorno
Como paso siguiente al ingreso de los datos geometricos, en HEC-RAS, se registraron los datos
de flujo que requiere el modelo, que consistio en:
Numero de perfiles: 1, debido a que corresponde a un caudal maximo calculado con la
herramienta HEC-HMS, y un periodo de retorno de 100 años.
Los datos de flujo (caudal): de acuerdo al modelo hidrologico de la cuenca, tomamos el
caudal calculado de 432 m3/s para un periodo de retorno de 100 años.
Las condiciones límite del río: se tomo las condiciones de limites de aguas abajo por ser
un analisis de flujo subcrítico.
Con las condiciones anteríores, se creo un plan, que permitio correr la simulacion hidráulica del
cauce, donde se importo el archivo con los datos geometricos y los datos hidraulicos del cauce.
Como resultado final, tenemos en la Gráfica 12, el cual se puede observar que la relacion
Caudal Pico y Elevacion del cauces es directamene proporcional.
Gráfica 12. Relación Caudal Pico – Elevación.
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SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
101
4.4.3. Generación de cartografía de zonas susceptibles inundación
En la Figura 15, se muestra el perfil de la lámina de agua generadas a partir de la simulación
hidráulica del cauce, información que luego se exporto y se procesó con la herramienta SIG, y de
esta manera, se generó las zonas susceptibles de inundación.
Como resultado final se obtienen las zonas susceptibles de inundación que se generan en una
escala 1:125.000, como se muestra a continuación:
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO
LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
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Mapa 7. Resultado final de las zonas susceptibles de inundación
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SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se integraron el modelo hidrológico y el modelo hidráulico con las herramientas SIG
obteniendo el mapa de áreas susceptibles de inundación mostrado anteriormente, en el cual se
puede identificar las zonas susceptibles de inundación de acuerdo a los parámetros establecidos
para el proyecto. La identificación de las zonas susceptibles de inundación sirve como herramienta
para la formulación de los planes de ordenamiento territorial de los municipios que están ubicados
en la cuenca del Río Acacias, también son utilizados como insumo para el análisis de
vulnerabilidad y riesgo por inundaciones fluviales.
A través de la manipulación de los datos para el cálculo de las características topográficas y el
análisis del terreno de la cuenca del Río Acacías y la integración de las herramientas SIG HEC-
GeoHMS y HEC-GeoRAS se pudieron generar los archivos de intercambio de datos de los
modelos, los cuales proporcionan información de entrada al modelo hidrológico e hidráulico que
permitieron visualizar el resultado de las zonas susceptibles de inundación a través del SIG.
Se logró determinar y delimitar el modelo hidrológico de la cuenca del Río Acacias a través del
DTM; haciendo uso de las relaciones matemáticas que describen los procesos físicos, se
obtuvieron las características morfométricas de la cuenca. Debido a que la zona es
predominantemente plana, es recomendable utilizar modelos de elevación digital de mayor
resolución espacial, aunque con un mayor costo de adquisición de la información, ofrece un
análisis potencial para aplicaciones de hidrología y cartografía de riesgos.
Se realizó el análisis hidrológico de la cuenca utilizando el método SCS y el modelo hidrológico
HEC-HMS, donde se definió el modelo de la cuenca, el modelo meteorológico, y las
especificaciones de control. Debido a que la cuenca no cuenta con datos de caudal, fue necesario
utilizar datos de precipitación máxima 24 horas y definir las curvas de IDF que sirvieron de insumo
para generar el hietograma correspondiente, y así poder calcular el caudal pico. Como resultado
final de la simulación hidrológica, se obtuvo un caudal pico de 432 m3/s y un volumen de 45.38
mm que se utilizaron como datos iniciales para el modelo hidráulico.
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SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
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Se generó la simulación hidráulica para la delimitación de las áreas susceptibles de inundación
a escala 1:125.000 aplicando la herramienta HEC-RAS, se inició con el trazado de la geometría
del cauce del Rio Acacias a través de las secciones trasversales, se introdujo al modelo hidráulico
el caudal simulado con el modelo hidrológico, para calcular los niveles de agua, las profundidades
de flujo y las velocidades del mismo en cada sección transversal y de esta manera se pudo
visualizar las láminas de agua con ayuda de la herramienta SIG.
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SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
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7. ANEXOS
Anexo 1. Prueba de bondad de ajuste de Kolmogorov Smirnov para las estaciones Acacias,
Guamal, El Toro, Caño Hondo y Ojo de Agua.
m xm Fo(xm) F(xm) |Fo(xm)-F(xm)| F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|2 F(Xm) |Fo(xm)-F(xm)|3 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|4 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|5
(m³/s) Normal Normal LogNormal Log-Normal Pearson III Pearson III LogPearson III LogPearson III Gumbel Gumbel
1 170 0.957 0.997 0.041 0.996 0.040 0.978 0.022 0.982 0.026 0.971 0.015
2 164 0.913 0.991 0.078 0.990 0.077 0.967 0.054 0.971 0.058 0.955 0.042
3 136 0.870 0.649 0.221 0.675 0.194 0.752 0.117 0.720 0.150 0.676 0.194
4 136 0.826 0.649 0.178 0.675 0.151 0.752 0.074 0.720 0.106 0.676 0.150
5 135 0.783 0.622 0.161 0.648 0.134 0.734 0.049 0.698 0.085 0.655 0.128
6 135 0.739 0.622 0.117 0.648 0.091 0.734 0.005 0.698 0.041 0.655 0.084
7 135 0.696 0.622 0.074 0.648 0.047 0.734 0.038 0.698 0.002 0.655 0.041
8 135 0.652 0.622 0.030 0.648 0.004 0.734 0.082 0.698 0.046 0.655 0.003
9 131 0.609 0.510 0.098 0.532 0.077 0.646 0.037 0.597 0.012 0.563 0.046
10 130 0.565 0.482 0.083 0.501 0.064 0.620 0.054 0.568 0.003 0.538 0.027
11 130 0.522 0.482 0.040 0.501 0.021 0.620 0.098 0.568 0.046 0.538 0.016
12 130 0.478 0.482 0.004 0.501 0.023 0.620 0.141 0.568 0.090 0.538 0.060
13 128 0.435 0.426 0.009 0.439 0.005 0.561 0.126 0.506 0.071 0.486 0.051
14 126 0.391 0.371 0.020 0.378 0.013 0.494 0.102 0.440 0.048 0.431 0.040
15 125 0.348 0.344 0.004 0.348 0.001 0.456 0.108 0.405 0.057 0.403 0.055
16 125 0.304 0.344 0.040 0.348 0.044 0.456 0.152 0.405 0.101 0.403 0.099
17 123 0.261 0.294 0.033 0.291 0.030 0.372 0.112 0.334 0.073 0.347 0.086
18 123 0.217 0.294 0.076 0.291 0.073 0.372 0.155 0.334 0.117 0.347 0.130
19 118 0.174 0.185 0.011 0.167 0.007 0.103 0.071 0.162 0.012 0.212 0.038
20 117 0.130 0.166 0.036 0.146 0.016 0.036 0.094 0.132 0.001 0.187 0.057
21 115 0.087 0.133 0.046 0.110 0.023 0.000 0.087 0.079 0.008 0.142 0.055
22 107 0.043 0.046 0.003 0.026 0.018 0.000 0.043 0.000 0.043 0.027 0.016
Número de datos = 22
Valor crítico d = 0.28093PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN KOLMOGOROV-SMIRNOV - ESTACIÓN ACACIAS
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
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Valor crítico d = 0.280934
m xm Fo(xm) F(xm) |Fo(xm)-F(xm)| F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|2 F(Xm) |Fo(xm)-F(xm)|3 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|4 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|5
(m³/s) Normal Normal LogNormal Log-Normal Pearson III Pearson III LogPearson III LogPearson III Gumbel Gumbel
1 225 0.957 0.999 0.043 0.998 0.042 0.981 0.024 0.988 0.032 0.982 0.026
2 179 0.913 0.930 0.017 0.938 0.025 0.897 0.016 0.920 0.007 0.886 0.027
3 170 0.870 0.870 0.001 0.890 0.020 0.858 0.012 0.881 0.011 0.839 0.031
4 160 0.826 0.771 0.055 0.806 0.020 0.796 0.030 0.816 0.010 0.767 0.059
5 160 0.783 0.771 0.011 0.806 0.023 0.796 0.013 0.816 0.033 0.767 0.016
6 142 0.739 0.521 0.218 0.558 0.181 0.609 0.131 0.611 0.128 0.572 0.167
7 136 0.696 0.429 0.266 0.455 0.241 0.514 0.182 0.512 0.184 0.489 0.207
8 136 0.652 0.429 0.223 0.455 0.198 0.514 0.139 0.512 0.141 0.489 0.163
9 136 0.609 0.429 0.179 0.455 0.154 0.514 0.095 0.512 0.097 0.489 0.120
10 135 0.565 0.414 0.151 0.437 0.128 0.496 0.070 0.494 0.072 0.475 0.091
11 135 0.522 0.414 0.107 0.437 0.085 0.496 0.026 0.494 0.028 0.475 0.047
12 135 0.478 0.414 0.064 0.437 0.041 0.496 0.017 0.494 0.015 0.475 0.004
13 135 0.435 0.414 0.020 0.437 0.002 0.496 0.061 0.494 0.059 0.475 0.040
14 135 0.391 0.414 0.023 0.437 0.046 0.496 0.104 0.494 0.102 0.475 0.083
15 130 0.348 0.341 0.006 0.350 0.002 0.396 0.048 0.399 0.051 0.400 0.052
16 130 0.304 0.341 0.037 0.350 0.046 0.396 0.091 0.399 0.095 0.400 0.096
17 130 0.261 0.341 0.081 0.350 0.089 0.396 0.135 0.399 0.138 0.400 0.139
18 130 0.217 0.341 0.124 0.350 0.133 0.396 0.178 0.399 0.182 0.400 0.183
19 120 0.174 0.214 0.040 0.193 0.019 0.132 0.042 0.202 0.029 0.250 0.076
20 120 0.130 0.214 0.084 0.193 0.063 0.132 0.002 0.202 0.072 0.250 0.120
21 120 0.087 0.214 0.127 0.193 0.106 0.132 0.045 0.202 0.115 0.250 0.163
22 95 0.043 0.040 0.004 0.012 0.032 0.000 0.043 0.000 0.043 0.020 0.023
PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN KOLMOGOROV-SMIRNOV - ESTACIÓN CAÑO HONDO
Número de datos = 22
significacia = 0.05
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Valor crítico d = 0.280934
m xm Fo(xm) F(xm) |Fo(xm)-F(xm)| F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|2 F(Xm) |Fo(xm)-F(xm)|3 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|4 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|5
(m³/s) Normal Normal LogNormal Log-Normal Pearson III Pearson III LogPearson III LogPearson III Gumbel Gumbel
1 234.25 0.957 0.997 0.040 0.994 0.038 0.977 0.021 0.977 0.021 0.970 0.013
2 211.8 0.913 0.978 0.065 0.976 0.063 0.950 0.036 0.953 0.040 0.934 0.021
3 182.2 0.870 0.850 0.019 0.875 0.006 0.858 0.012 0.871 0.002 0.824 0.046
4 180 0.826 0.833 0.007 0.861 0.035 0.847 0.021 0.861 0.035 0.811 0.015
5 178.1 0.783 0.817 0.034 0.847 0.065 0.837 0.054 0.851 0.068 0.800 0.017
6 163.8 0.739 0.668 0.071 0.713 0.026 0.737 0.002 0.753 0.013 0.691 0.049
7 163 0.696 0.658 0.037 0.704 0.008 0.730 0.034 0.745 0.050 0.683 0.012
8 160 0.652 0.622 0.031 0.667 0.015 0.702 0.050 0.717 0.065 0.655 0.003
9 145 0.609 0.428 0.181 0.455 0.153 0.523 0.085 0.527 0.081 0.488 0.121
10 138 0.565 0.340 0.225 0.350 0.215 0.414 0.151 0.411 0.154 0.399 0.166
11 135 0.522 0.305 0.217 0.306 0.216 0.363 0.159 0.357 0.165 0.360 0.162
12 135 0.478 0.305 0.173 0.306 0.172 0.363 0.115 0.357 0.122 0.360 0.118
13 135 0.435 0.305 0.130 0.306 0.129 0.363 0.072 0.357 0.078 0.360 0.075
14 135 0.391 0.305 0.086 0.306 0.085 0.363 0.028 0.357 0.035 0.360 0.031
15 133 0.348 0.283 0.065 0.278 0.070 0.327 0.021 0.320 0.028 0.334 0.014
16 131 0.304 0.261 0.043 0.250 0.054 0.290 0.014 0.282 0.022 0.309 0.004
17 130 0.261 0.250 0.010 0.237 0.024 0.271 0.011 0.264 0.003 0.296 0.035
18 130 0.217 0.250 0.033 0.237 0.020 0.271 0.054 0.264 0.046 0.296 0.078
19 127 0.174 0.220 0.046 0.199 0.025 0.214 0.040 0.208 0.035 0.258 0.084
20 125 0.130 0.201 0.071 0.176 0.045 0.176 0.046 0.173 0.042 0.234 0.103
21 120 0.087 0.158 0.071 0.123 0.036 0.083 0.004 0.093 0.006 0.177 0.090
22 120 0.043 0.158 0.115 0.123 0.080 0.083 0.040 0.093 0.050 0.177 0.133
Número de datos = 22
PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN KOLMOGOROV-SMIRNOV - ESTACIÓN EL TORO
significacia = 0.05
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
110
Valor crítico d = 0.280934
m xm Fo(xm) F(xm) |Fo(xm)-F(xm)| F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|2 F(Xm) |Fo(xm)-F(xm)|3 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|4 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|5
(m³/s) Normal Normal LogNormal Log-Normal Pearson III Pearson III LogPearson III LogPearson III Gumbel Gumbel
1 160 0.957 0.951 0.005 0.941 0.015 0.930 0.027 0.964 0.008 0.905 0.051
2 158 0.913 0.935 0.022 0.926 0.013 0.917 0.004 0.947 0.034 0.891 0.022
3 150 0.870 0.830 0.040 0.829 0.040 0.845 0.024 0.825 0.044 0.809 0.061
4 150 0.826 0.830 0.003 0.829 0.003 0.845 0.019 0.825 0.001 0.809 0.017
5 150 0.783 0.830 0.047 0.829 0.047 0.845 0.063 0.825 0.043 0.809 0.026
6 146 0.739 0.749 0.010 0.756 0.017 0.791 0.052 0.734 0.006 0.750 0.011
7 140 0.696 0.598 0.098 0.615 0.081 0.678 0.018 0.572 0.123 0.636 0.060
8 140 0.652 0.598 0.055 0.615 0.037 0.678 0.026 0.572 0.080 0.636 0.016
9 140 0.609 0.598 0.011 0.615 0.006 0.678 0.069 0.572 0.036 0.636 0.027
10 140 0.565 0.598 0.032 0.615 0.050 0.678 0.113 0.572 0.007 0.636 0.071
11 140 0.522 0.598 0.076 0.615 0.093 0.678 0.156 0.572 0.051 0.636 0.114
12 140 0.478 0.598 0.119 0.615 0.137 0.678 0.200 0.572 0.094 0.636 0.158
13 137 0.435 0.514 0.079 0.534 0.100 0.605 0.170 0.489 0.054 0.566 0.132
14 137 0.391 0.514 0.123 0.534 0.143 0.605 0.213 0.489 0.097 0.566 0.175
15 136 0.348 0.486 0.138 0.506 0.159 0.577 0.230 0.461 0.113 0.542 0.194
16 135 0.304 0.458 0.154 0.478 0.174 0.549 0.245 0.434 0.130 0.516 0.212
17 130 0.261 0.323 0.062 0.339 0.079 0.388 0.127 0.308 0.047 0.380 0.119
18 120 0.217 0.122 0.095 0.119 0.098 0.048 0.169 0.127 0.090 0.127 0.091
19 120 0.174 0.122 0.052 0.119 0.054 0.048 0.126 0.127 0.047 0.127 0.047
20 113 0.130 0.049 0.082 0.040 0.090 0.000 0.130 0.058 0.072 0.030 0.101
21 111 0.087 0.036 0.051 0.027 0.060 0.000 0.087 0.045 0.042 0.017 0.070
22 110 0.043 0.031 0.013 0.022 0.021 0.000 0.043 0.040 0.004 0.012 0.031
Número de datos = 22
PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN KOLMOGOROV-SMIRNOV - ESTACIÓN OJO DE AGUA
significacia = 0.05
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
111
m xm Fo(xm) F(xm) |Fo(xm)-F(xm)| F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|2 F(Xm) |Fo(xm)-F(xm)|3 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|4 F(xm) |Fo(xm)-F(xm)|5
(m³/s) Normal Normal LogNormal Log-Normal Pearson III Pearson III LogPearson III LogPearson III Gumbel Gumbel
1 140 0.957 0.813 0.143 0.804 0.153 0.849 0.108 0.813 0.144 0.797 0.159
2 140 0.913 0.813 0.100 0.804 0.110 0.849 0.064 0.813 0.100 0.797 0.116
3 140 0.870 0.813 0.056 0.804 0.066 0.849 0.021 0.813 0.057 0.797 0.072
4 140 0.826 0.813 0.013 0.804 0.023 0.849 0.022 0.813 0.013 0.797 0.029
5 140 0.783 0.813 0.031 0.804 0.021 0.849 0.066 0.813 0.030 0.797 0.014
6 136 0.739 0.725 0.014 0.726 0.013 0.794 0.055 0.673 0.066 0.733 0.006
7 135 0.696 0.701 0.005 0.704 0.008 0.778 0.082 0.639 0.057 0.715 0.019
8 135 0.652 0.701 0.048 0.704 0.052 0.778 0.126 0.639 0.013 0.715 0.063
9 135 0.609 0.701 0.092 0.704 0.095 0.778 0.169 0.639 0.030 0.715 0.106
10 135 0.565 0.701 0.135 0.704 0.139 0.778 0.213 0.639 0.074 0.715 0.150
11 135 0.522 0.701 0.179 0.704 0.182 0.778 0.256 0.639 0.117 0.715 0.193
12 133 0.478 0.648 0.170 0.657 0.179 0.742 0.263 0.572 0.094 0.676 0.197
13 132 0.435 0.621 0.186 0.633 0.198 0.722 0.287 0.540 0.105 0.654 0.220
14 130 0.391 0.564 0.173 0.581 0.190 0.678 0.286 0.479 0.087 0.609 0.218
15 130 0.348 0.564 0.217 0.581 0.234 0.678 0.330 0.479 0.131 0.609 0.261
16 126 0.304 0.449 0.144 0.473 0.168 0.571 0.266 0.370 0.066 0.507 0.203
17 120 0.261 0.286 0.025 0.310 0.049 0.359 0.098 0.242 0.018 0.338 0.077
18 115 0.217 0.176 0.041 0.193 0.025 0.145 0.073 0.165 0.052 0.201 0.016
19 110 0.174 0.098 0.076 0.104 0.070 0.000 0.174 0.110 0.064 0.093 0.081
20 108 0.130 0.075 0.055 0.078 0.052 0.000 0.130 0.093 0.038 0.062 0.068
21 106 0.087 0.057 0.030 0.057 0.030 0.000 0.087 0.078 0.009 0.039 0.048
22 90 0.043 0.003 0.040 0.001 0.042 0.000 0.043 0.017 0.027 0.000 0.043
Número de datos = 22
PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN KOLMOGOROV-SMIRNOV - ESTACIÓN GUAMAL
significacia = 0.05
Valor crítico d = 0.280934
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
112
Anexos 2. Hidrogramas de la tormenta de Diseño para subcuenca en un periodo de retorno de
100 años.
Gráfica 13. Hidrograma para la subcuenca del Río Orotoy.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
113
Gráfica 14. Hidrograma para la subcuenca del Quebrada El Playon.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
114
Gráfica 15. Hidrograma para la subcuenca del Río Acaciitas.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
115
Gráfica 16. Hidrograma para la subcuenca Caño Laureles.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
116
Gráfica 17. Hidrograma para la subcuenca Caño La Unión.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
117
Gráfica 18. Hidrograma para la subcuenca Caño Chichimene.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS
SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
118
Gráfica 19. Hidrograma para la subcuenca Santa Bárbara.
Anexo 3. Secciones transversales del Río Acacias calculadas cada 200 metros. Este anexo se
encuentra en formato digital debido a su gran extensión en número de páginas.
Anexo 4. Perfil para la lámina de agua generada a partir de la simulación hidráulica.
INTEGRACIÓN DE HERRAMIENTAS SIG CON MODELOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS PARA LA GENERACIÓN DE MAPAS DE ÁREAS SUSCEPTIBLES DE INUNDACIÓN. CASO DE ESTUDIO
LA CUENCA DEL RÍO ACACÍAS – MUNICIPIO DE ACACÍAS, META
119
Figura 15. Perfil para la lámina de agua generada a partir de la simulación hidráulica
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