ESTUDIO MORFOMÉTRICO DE LA QUEBRADA GAVILAN AFLUENTE AL RIO NEGRO EN EL MUNICIPIO DE PACHO CUNDINAMARCA PRESENTADO POR:

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1 ESTUDIO MORFOMÉTRICO DE LA QUEBRADA GAVILAN AFLUENTE AL RIO NEGRO EN EL MUNICIPIO DE PACHO CUNDINAMARCA PRESENTADO POR: DIANA CAROLINA CRUZ MONROY MARCO ELIECER MORENO MEJÍA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES BOGOTA D.C 2015

2 ESTUDIO MORFOMÉTRICO DE LA QUEBRADA GAVILAN AFLUENTE AL RIO NEGRO EN EL MUNICIPIO DE PACHO CUNDINAMARCA DIANA CAROLINA CRUZ MONROY MARCO ELIECER MORENO MEJÍA DIRECTOR: ING. EDUARDO ZAMUDIO HUERTAS PARA OBTENER EL TITULO DE TECNOLOGO EN CONSTRUCCIONES CIVILES LINEA DE HIDRAHULICA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES BOGOTA D.C 2015

3 TABLA DE CONTENIDO 1. MARCO REFERENCIAL MARCO CONCEPTUAL Cuenca hidrográfica Divisorias Características físicas de una hoya hidrográfica Área de drenaje Forma de la cuenca Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad Factor de forma (f) Orden de las corrientes de agua Densidad de drenaje (dd) Extensión media de la escorrentia superficial Sinuosidad de las corrientes de agua Pendiente de la hoya Curva hipsométrica Elevación media de la hoya JUSTIFICACION GENERALIDADES PROBLEMA Descripción Formulación OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS DELIMITACION O ALCANCE METODOLOGIA CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS DE UNA CUENCA Delimitación del parteaguas La superficie o área... 12

4 6.1.3 El perímetro Forma de la cuenca Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad kc Factor de forma (f) Índice de alargamiento Índice asimétrico PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA Método de Alvord Método de Horton ELEVACION DE LA CUENCA Curva hipsométrica Gráfica en relación de la edad de los ríos con la curva hipsométrica Método de las intersecciones Método área elevación Coeficiente de masividad Coeficiente orográfico (co) Rectángulo equivalente CARACTERISTICAS DE LA RED DE DRENAJE Clasificación de los cauces según su forma Identificación de los tipos de red de drenaje Caracterización del rio principal Longitud del cauce principal Orden de las corrientes de agua Densidad de drenaje Constante de estabilidad del rio Índice de torrencialidad Pendiente del cauce Método de las elevaciones extremas Método de Taylor Schwarz Tiempo de concentración (métodos directos e indirectos)... 27

5 Sinuosidad del cauce CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA.30 ANEXOS.31

6 LISTA DE TABLAS Tabla 1.Indice de Compacidad 13 Tabla 2. Factor de Forma. 14 Tabla 3. Índice de Alargamiento...14 Tabla 4. Pendiente media de la cuenca..16 Tabla 5. Longitud curvas dentro de la microcuenca...16 Tabla 6 Resultados para estimar la pendiente media de la cuenca por el método de Horton..17 Tabla 7. Parámetros obtenidos para estimar la pendiente media de la microcuenca.17 Tabla 8. Parámetros para la construcción de la curva hipsométrica.18 Tabla 9. Método de las Intersecciones 20 Tabla 10. Estimación del resultado para aplicar en la parte superior de la formula.21 Tabla 11. Coeficiente de Masividad.22 Tabla 12. Coeficiente Orográfico.22 Tabla 13. Orden de las corrientes microcuenca...25 Tabla 14. Estimación de los parámetros para el cálculo de la pendiente del cauce por el método de Taylor Schwartz.27

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Se asocia con las edades de los ríos de las cuencas 19 Figura 2. Figura 2 Cuadricula sobre la cuenca para estimar la altura media de la cuenca.20 Figura 3. Perfil Longitudinal del rio principal de la microcuenca 24 Figura 4. Orden de corrientes de agua..25

8 INTRODUCCIÓN Una cuenca hidrográfica u hoya hidrográfica es un área físico-geográfica debidamente delimitada, en donde las aguas superficiales y subterráneas vierten a una red natural, mediante uno o varios cauces de caudal continuo e intermitente que confluyen a su vez en un curso mayor que desemboca o puede desembocar en un río principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente en el mar. Se ha utilizado una serie de aspectos de las redes de drenaje con objeto de calibrarlos en su utilidad para ser aplicados en el análisis de la dinámica hídrica de la cuenca de la quebrada GAVILAN; por lo tanto se ha hecho uso del análisis de tipologías de redes características de los cauces principales y características de los lechos fluviales, siendo necesario aclarar las definiciones de cauce y corriente principal. Estudiando y clasificando también la hoya hidrográfica del rio NEGRO de Cundinamarca para así determinar sus comportamientos y características teniendo en cuenta la geografía, topografía, clima y los parámetros físicos de cada cuenca (área y perímetro) en la región y el sector. Lo que nos plantea esta propuesta es identificar índices y coeficientes determinados desde un principio en la parte teórica dependiendo de la topografía, con el fin de clasificar y caracterizar la morfología de la cuenca de la quebrada GAVILAN. En Colombia el uso de los recursos naturales de una cuenca hidrográfica conlleva a la generación de serios problemas ambientales y de agotamiento de dichos recursos. Actividades tales como la deforestación, construcción de hidroeléctricas, uso agropecuario, construcción de vías, urbanizaciones, etc., ocasionan efectos inevitables sobre las cuencas hidrográficas, que pueden incidir seriamente en el desarrollo de las sociedades presentes y futuras, si no se toma en cuenta su conservación, a través de un manejo racional. Si se mira en épocas pasadas las reservas de agua eran mayores a diferencia con las que se cuenta hoy en día y este daño ha sido visible; siendo irónico que países que cuenten con menos recursos hídricos se mantengan vigentes, gracias a el sentido de pertenencia que tienen con el agua y a los estudios morfológicos adecuados para la preservación de esta, como un gran tesoro. El manejo de cuencas representa uno de los aspectos más importantes dentro del ámbito de los recursos naturales del país, dado el empuje industrial del mismo, y el alto índice de la tasa de crecimiento de la población. Para suplir esta necesidad de agua, que inevitablemente proviene de las hoyas hidrográficas, se requieren proporciones abundantes de ella en forma permanente y de óptima calidad, lo cual 1

9 sólo puede conseguirse con un manejo integrado y un aprovechamiento apropiado de nuestras cuencas hidrográficas. Hay una gran concordancia e irrelevancia con el aprovechamiento del agua ya que a carencia o deficientes estudios sobre sus componentes, sobre los patógenos que estos puedan tener para ser consumido, por lo general siempre afectan el organismo de las personas, que tienen acceso a esta agua; por no decir que a falta de investigaciones sobre el comportamiento de cuencas, cauces u hoyas hidrográficas en las diferentes quebradas nacionales, estas ocasionan inundaciones o simplemente se secan sin preverlo con anterioridad. Cuando se hablan de cifras en las grandes cuencas hidrográficas como la Orinoquia y la amazonia se tienen porcentajes de caudal, como por ejemplo el rio Caquetá que posee el doble de caudal del magdalena, catalogándose como el más grande del país ya que cuenta con 7000 metros cúbicos por segundo y el Caquetá puede contar con el doble en sus periodos más húmedos; pero también hay regiones con déficit hídrico como las zonas planas, como la zona Caribe, Chica mocha, Cauca, Alto Magdalena, entre otras. Haciendo una comparación de la ubicación de la quebrada GAVILAN, al quedar en el municipio de PACHO Cundinamarca, está quebrada posee una hidrología insuficiente en comparación con otras regiones de menor población como la pacífica, la amazonia y la Orinoquia. Y los centros más poblados, como el eje cafetero, la sabana de Bogotá y por lo general el departamento de Cundinamarca y el valle del cauca, ocupan una tercera parte del área continental cuyos ejes principales son las cuencas de los ríos magdalena y cauca que abarcan 300 mil kilómetros cuadrados. Y en estas zonas existe una precipitación entre mil quinientos y dos mil milímetros, lo que ubica a los excesos del recurso hídrico del país en zonas extra andinas, en otras palabras una Colombia seca y poblada bordeada por una Colombia húmeda y despoblada. El rio negro que es donde desemboca la quebrada, en principio puede contar con mucha oferta de agua pero no tan disponible, gracias a la contaminación, es decir no se puede utilizar ni aprovechar permanentemente, ya que existen sectores del rio donde no se puede hacer uso de un litro de agua; lo que realmente importa hoy es conocer, estudiar e investigar cuanto de lo que se tiene es útil o cuanto se puede restaurar. Con el déficit de agua en la cuenca sobresale un índice de aridez, que es un indicador para la planificación y manejo de la cuenca. Juega un papel importante las condiciones atmosféricas y climatológicas de la ubicación de la quebrada, en este caso es una zona de gran altura, las condiciones climáticas están influidas por la condición atmosférica, la zona de 2

10 convergencia intertropical, que determina el régimen bimodal en la mayor parte del territorio. Las lluvias están por encima de los 5 mil milímetros, contando con meses secos y lluviosos, se encuentra entre un piso térmico cálido, templado, frio y bioclimático paramo. El sistema hidrográfico del departamento de Cundinamarca comprende dos grandes cuencas; al oeste, la del río Magdalena, y al este la del río Meta. A estas cuencas confluyen un total de 11 subcuencas. El río Magdalena recibe las aguas de los ríos Bogotá, Negro, Sumapaz, Minero y Ubaté. Por su parte el Meta recibe los ríos Guavio, Negro, Humea, Guatiquía y Machetá. Finalmente el estudio de la hoya de la quebrada, es fundamental para posibles aplicaciones en hidrología e hidráulica, aplicada a la conservación y uso del campo hídrico. Esta investigación es de vital importancia en el estudio de cuencas hidrográficas, porque ofrece un parámetro de comparación e interpretación de los fenómenos que ocurren en esta; un ejemplo es el área ya que es indispensable para establecer y estimar la magnitud del caudal; resaltando que un solo factor no define el comportamiento de la cuenca en la quebrada GAVILAN, si no la relación y la interacción de varios parámetros, teniendo en cuenta cuencas con la misma área pero con formas diferentes, con comportamientos diversos ante un mismo fenómeno. Los elementos físicos proporcionan la posibilidad de conocer la variación en el espacio de los elementos del régimen hidrológico, para las características morfológicas calculadas; para la cuenca de la quebrada GAVILAN; todo esto con el fin de caracterizar su comportamiento. Esta investigación también busca promover el interés por el estudio y la importancia de la hidráulica, para toda la comunidad interesada en el tema, como estudiantes e investigadores; ya que esta rama permite analizar las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas necesarias para el aprovechamiento del agua en general, aplicando conceptos y herramientas de la estadística, la topografía y la hidráulica ya mencionada. Este proyecto aplicará los conceptos que rigen al estudio morfológico, de las cuencas de las quebradas en general en nuestro país, partiendo de la comprensión y entendimiento de la quebrada GAVILAN ubicada en el municipio de PACHO CUNDINAMARCA. 3

11 1.1MARCO CONCEPTUAL 1. MARCO REFERENCIAL Cuenca hidrográfica Una cuenca hidrográfica es el área de aguas superficiales o subterráneas que vierten a una red natural con una o varias corrientes superficiales, de caudal continúo o intermitente, que confluyen en un curso mayor que, a su vez, puede desembocar en un rio principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente en el mar Divisorias La divisoria es la línea que separa las precipitaciones que llegan a las hoyas inmediatamente vecinas, y que encamina la escorrentía resultante; esto quiere decir que son líneas de separación entre cuencas, en las que cada lado conduce sus aguas hacías cauces, o en nuestro caso un río para resumir. Son líneas imaginarias que separan dos vertientes Características físicas de una hoya hidrográfica Las características para una hoya, dependen es de su morfología (forma, relieve, red de drenaje, etc.) los tipos de suelo, la capa vegetal, la geología, las actividades agrícolas, entre otras Área de drenaje Está definida como la proyección ortogonal de toda el área de drenaje de un sistema de escorrentía dirigido directa o indirectamente a un mismo cauce natural Forma de la cuenca La forma de una hoya, es el tiempo que toma el agua en llegar desde el punto más lejano hasta la salida de la misma Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad Se trata de un indicador adimensional de la forma de la cuenca, basado en la relación del perímetro de la cuenca con el área de un circulo igual a la de la cuenca (circulo equivalente); de esta manera, entre mayor sea el coeficiente más distante será la forma de la cuenca con respecto del círculo. Para valores cercanos o iguales a uno, la cuenca presenta mayor tendencia a crecientes concentración de altos volúmenes de aguas de escorrentía. 2 A r 1/ 2 ( A 2 r ) K C P /(2 r ) Sustituyendo 4

12 K C P /(2 ( A/ ) 1/ 2 ) K C 0.28P / A 1/ Factor de forma (f) Es la relación entre el área (A) de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido (Lm). Este parámetro mide la tendencia de la cuenca hacia las crecidas, rápidas y muy intensas a lentas y sostenidas, según su comportamiento, si tiende a valores extremos grandes o pequeños, respectivamente. Es un parámetro adimensional que denota la forma redondeada o alargada de la cuenca. F B / L F=Factor de forma (Adimensional) A = Área de cuenca en Kilómetros cuadrados B A/ L L = Longitud del máximo recorrido, en Kilómetros 2 F A/ L Orden de las corrientes de agua Es la ramificación o bifurcación dentro de una hoya y se clasifican de la siguiente forma: Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributarios. Corrientes de segundo orden: cuando dos corrientes de primer orden se unen. Corrientes de tercer orden: cuando dos corrientes de segundo orden se unen. Corrientes de orden n + 1: cuando dos corrientes de orden no se unen Densidad de drenaje (dd) La densidad de drenaje es una relación entre la longitud total de los cursos de agua de la hoya y su área total. Casi siempre toma valores entre 0.5 km/km2 para hoyas con un drenaje pobre y 3.5 km/km2 para hoyas bien drenadas. Dd L / A, En Km/Km 2 En donde: L: longitud total de las corrientes de agua, en km A: área total de la hoya, en km 5

13 Extensión media de la escorrentía superficial Es la distancia media que el agua de lluvia tendría que escurrir sobre el terreno de la hoya, suponiendo que la escorrentía viajara en línea recta desde donde cayó la lluvia hasta el punto más cercano; al lecho de una corriente que alimente a la hoya. A 4lL l A/ 4L En donde: : Extinción media de la escorrentía superficial, en km L: longitud total de las corrientes de agua en la hoya hidrográfica, en km A: área de drenaje total de la hoya, en km Sinuosidad de las corrientes de agua La sinuosidad es una relación que hay entre la longitud del rio principal a lo largo de su cauce, L, y la longitud del valle del rio medida en línea recta o curva, Lt. Esto sirve como una medida de la velocidad de la escorrentía del agua a lo largo de la corriente de tal manera que cuando S es menor o igual a 1.25 significa una baja sinuosidad lo cual se interpreta como rio con alineamiento recto. S=L/Lt Pendiente de la hoya La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca, su determinación es importante para definir el comportamiento de la cuenca respecto al desplazamiento de las capas de suelo, puesto que, en zonas de altas pendientes se presentan con mayor frecuencia los problemas de erosión, mientras regiones planas aparecen problemas de drenaje y sedimentación. La pendiente influye en el comportamiento de la cuenca, afectando el escurrimiento de las aguas lluvias Curva hipsométrica Es la representación gráfica del relieve de la cuenca en función de las superficies correspondientes. La curva hipsométrica refleja con precisión el comportamiento global de la altitud de la cuenca y la dinámica del ciclo de erosión. 6

14 Elevación media de la hoya La elevación media es aquella que determina la cota de la curva de nivel que divide la cuenca en dos zonas de igual área; es decir, la elevación correspondiente al 50% del área total. Em= Em: elevación media de la cuenca (m.s.n.m) = Sumatoria de las cotas de las diferentes intersecciones (m.s.n.m) = Numero de intersecciones 7

15 2. JUSTIFICACION El análisis morfométrico de la cuenca es de gran importancia para comprender e interpretar su comportamiento hidrológico, permite analizar y comprender los elementos geométricos básicos del sistema que ante la presencia de agentes externos (precipitaciones extremas por ejemplo), interactúan para originar y/o activar procesos geomorfológicos de vertientes y aludes torrenciales. Una de las herramientas más importantes en el análisis hídrico es la morfometria de cuencas ya que nos permite establecer parámetros de evaluación del funcionamiento del sistema hidrológico de la región. Dicha herramienta puede servir también como análisis espacial ayudando en el manejo y planeación de los recursos naturales al permitirnos, en el marco de una unidad bien definida del paisaje, conocer diversos componentes como el área de la cuenca, la red de drenaje, la pendiente media, la pendiente del terreno, la escorrentía, etc. Dichos componentes pueden ser obtenidos y modelados mediante el uso de sistemas de información geográfica. Y, convenientemente combinados con la geomorfología, puede obtenerse un diagnóstico hidrológico útil para la planeación ambiental. 8

16 3. GENERALIDADES 3.1 PROBLEMA Descripción: La morfofometría de la cuenca resulta de gran utilidad ya que permite el estudio orientado a inferir en posibles picos de crecidas de precipitaciones, cuyas repercusiones de tipo socioeconómico motivan especial atención tanto a la hora de utilizar y ocupar el territorio, como al momento de diferir medidas de tipo estructural para el control de crecidas excepcionales. Se definen algunas características que serán utilizadas en el desarrollo del estudio morfometrico y fisiometrico de la cuenca hidrográfica, como la forma, relieve, red de drenaje, tipos de suelos, la capa vegetal, la geología, entre otros. Con el desconocimiento de las características morfometricas y fisiometricas de la cuenca hidrográfica es difícil establecer los parámetros para realizar cronogramas de riesgos naturales por precipitaciones y análisis para abastecimiento de recursos hídricos para la región Formulación: Como se realiza un estudio morfometrico y fisiometrico de la cuenca hidrográfica para establecer los riesgos naturales y la proyección de la región? 9

17 4. OBJETIVOS 4.1 OBJETIVO GENERAL Obtener y analizar los parámetros morfométricos y fisiometricos de la Quebrada Gavilán, afluente al rio Negro la cual esta arbitrariamente definida, mediante sus características físicas procurando medir numéricamente las influencias de dichas características. 4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Comprender la importancia de disponer de una buena descripción de la cuenca, que incluya datos precisos de su ubicación y características morfométricas. Reconocer la morfología de la cuenca de acuerdo a los índices establecidos. Analizar cuantitativamente los resultados obtenidos en base a las influencias naturales sobre la cuenca hidrográfica. Desarrollar los parámetros hidrológicos que permitan establecer los riesgos a la que está expuesta el área de la cuenca. Calcular parámetros, índices y coeficientes determinados según la topografía, para su clasificación. 10

18 5. DELIMITACION O ALCANCE El estudio morfometrico y fisiometrico de una hoya hidrográfica encierra un sinnúmero de elementos y procedimientos que encaminan a la determinación de las características físicas propias de una cuenca y permite analizar con más facilidad los posibles riesgos que pueden sobrevenir en determinada región geográfica de acuerdo a precipitaciones y demás factores externos naturales. Para esto se realiza un estudio sobre una cartografía de la región a una escala razonable para poder detallar bien algunas características básicas, luego se investigan algunos estudios estadísticos sobre agentes externos que intervengan en la región que se investiga (precipitaciones, niveles freáticos, sequias, vientos, etc.) con la información que se obtenga se encuentran parámetros que permiten establecer más profundamente las características de la cuenca para luego profundizar en base a cálculos hidrológicos las variables que afectan y el comportamiento final de la misma facilitando la información que permita establecer en qué condiciones se encuentra y cuáles son sus ventajas y desventajas geológicas, físicas e hídricas para la región. 11

19 6. METODOLOGIA 6.1 CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS DE UNA CUENCA Estas características dependen de la morfología como el relieve, la red de drenajes y la misma forma de la hoya hidrográfica; los tipos de suelos, la capa vegetal, la geología y las prácticas agrícolas. Estos patentes físicos proporcionan la más conveniente posibilidad de la variación del espacio de los elementos del régimen hidrológico Delimitación del parteaguas. Al realizar el esbozo general de la delimitación de la cuenca e identificando la red de drenaje, se observa que las curvas de nivel tiene forma convexa hacia arriba y valores ascendentes, donde se concluye que es en cerro o montaña La superficie o área El área de la cuenca es la proyección ortogonal de toda el área de drenaje de un sistema de escorrentía dirigido directa e indirectamente a un mismo cauce natural. A = km² Según el cuadro de clasificación de áreas es una microcuenca ya que está entre los intervalos Km El perímetro El perímetro de la cuenca es un parámetro importante, que en conexión con el área nos permite inferir sobre la forma de la cuenca. P = Km Forma de la cuenca Esta característica es importante para comprender e interpretar su comportamiento morfodinamico e hidrológico, así como para inferir indirecta y cualitativamente sobre la estructura, características y formas de los hidrógrafas resultantes de eventos de crecidas. 12

20 6.1.5 Índice de Gravelius o coeficiente de compacidad kc Es importante para relacionar el perímetro de la hoya y la longitud de la circunferencia de un círculo de área igual al de la hoya o la cuenca en estudio. En caso de que la hoya tuviera una forma irregular su coeficiente de compacidad seria mayor, que si la hoya fuera circular, puesto que posee el coeficiente mínimo. Fórmula. KC P A =0.28* (21.20 km / 28.51km²) = 1.11 Tabla 1 Índice de compacidad AREA (m²) 28,51 PERIMETRO (m) 21,20 Kc(Km/Km2) 1,11 Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas redondas, el Kc=1,11 está entre los rangos 1 y 1,25, que corresponden a forma redonda a oval redonda lo cual indica que es semialargada, manteniendo su forma ovalada, lo que nos permite concluir que la evacuación de la cuenca y la dinámica de la escorrentía superficial es lenta, donde hay muy poca energía cinética en el arrastre de sedimentos hacia el nivel de base lo que facilitara la formación de avenidas ante eventos de alguna pluviosidad Factor de forma (f) Determina la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la hoya, midiendo esta con el curso de agua más largo de la desembocadura hasta la cabecera más distante de la hoya. Fórmula. A F 2 L = 28.51km² / (8.29km)² 13

21 Tabla 2 Factor de Forma Factor de la Forma(F) Longitud axial (Km2) 8,29 Area (Km2) 28,51 F 0,41 El valor es de 0,41, gracias a su factor de forma bajo esta menos sujeta a crecientes que otra del mismo tamaño pero con mayor factor de forma y es difícil que tenga grandes crecidas Índice de alargamiento Es un parámetro que muestra el comportamiento de forma de la cuenca, pero esta vez no respecto a su redondez sino de su tendencia a ser de forma alargada, en relación co0n su longitud axial, y con el ancho máximo de la cuenca. Formula = 8.29 km / 4.94 km Tabla 3 Índice de Alargamiento Indice de Alargamiento Longitud maxima(km) 8,29 Ancho maximo(km) 4,94 la 1,68 Dado que el índice de alargamiento obtenido para la subcuenta Rio Negro es mayor a 1 (la=1,68), se dice que la subcuenta presenta forma relativamente alargada Índice asimétrico Es la relación del área de las vertientes, mayor y menor, las cuales son separadas por el cauce principal. Este índice evalúa la homogeneidad en la distribución de la red de drenaje. 14

22 Formula km² / km² = 1.10 En este caso, se indica que la repartición de las corrientes de agua y red de drenaje en esta cuenca es equilibrado y no se recarga exageradamente a ninguna de las dos vertientes. 6.2 PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca, su determinación es importante para definir el comportamiento de la cuenca respecto al desplazamiento para definir el comportamiento d la cuenca respecto al desplazamiento de las capas de suelo. Se encarga de controlar la velocidad con que se da la escorrentía superficial, afectando el tiempo que lleva el agua de la lluvia para concentrarse en los lechos fluviales que constituyen la red de drenajes de la hoya hidrográfica. Para tomar las medidas se dibuja una curva de nivel sobre los diferentes puntos de la malla, luego una tangente a esta curva y posteriormente a una perpendicular a dicha tangente. La perpendicular se estira para que intersecte a las curvas del nivel del terreno Método de Alvord Para estimar la pendiente media de la cuenca Sm propone la siguiente expresión: = (0.1 * km) / km² =

23 Tabla 4. Pendiente media de la cuenca Pendiente media de la cuenca(alvord) Area (Km2) 28,51 Longitud de la curva de nivel(km) 77,31 Sm 0,27 Tabla 5 Longitud curvas dentro de la microcuenca CURVA DE NIVEL (m.s.n.m) LONGITUD (m) kms ,45 1, ,57 3, ,08 5, ,53 5, ,31 7, ,62 10, ,39 10, ,25 11, ,53 12, ,49 7,54 LONGITUD TOTAL 77311,21 77, Método de Horton Horton para estimar la pendiente media de la cuenca Sm, propone la siguiente expresión: = (323*0.1*1.57) / km 16

24 Tabla 6 Resultados para estimar la pendiente media de la cuenca por el método de Horton Pendiente media de la cuenca (HORTON) Numero total de intersecciones X 185 Numero total de intersecciones y 138 Longitud total de las lineas X 94966,4866 Longitud total de las lineas Y 95094,1373 Diferencia de nivel 0,1 Angulo 1,57 Sm 0,27 Tabla 7 Parámetros obtenidos para estimar la pendiente media de la microcuenca PARAMETROS OBTENIDOS PARA ESTIMAR LA PENDIENTE MEDIA DE LA MICROCUENCA (HORTON) HORIZONTAL NX LX (m) VERTICAL NY LY (m) A B , C , ,3237 D , ,8664 E , ,6568 F , ,2143 G , ,2493 H , ,9823 I , ,9848 J , ,7 K , ,7957 L , ,7093 M , ,8502 N , ,3397 O , ,5538 P , ,8689 Q , ,582 R , ,4601 S , T , U ,9874 V ,0967 W ,9975 X ,326 Y ,7066 Z ,2607 AA ,6223 AB 2 938,5834 AC 0 0 AD 0 0 TOTALES = , ,

25 El valor obtenido es 0,27 m/m correspondiente a un Angulo de 1,57º con un porcentaje de frecuencia del 50%. La pendiente indica que la inclinación de la hoya es algo pronunciada, por lo que se presenta fenómenos de erosión y las corrientes de agua son torrenciales. Si la pendiente es alta su velocidad es mayor y menor será el tiempo de concentración de la cuenca. 6.3 ELEVACION DE LA CUENCA Curva hipsométrica Constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento resultante de una región, lo que genera la base caracterizar zonas climatológicas y ecológicas. La curva hipsométrica refleja con precisión el comportamiento global de la altitud de la cuenca y la dinámica del ciclo de erosión. E Fórmula (cota media intervalo Area ) Area Tabla 8 Parámetros para la construcción de la curva hipsométrica. ELEVACION MEDIA (m.s.n.m) i INTERVALO DE CURVAS DE NIVEL AREA ENTRE CURVAS (Km²) Ai PORCENTAJE DEL TOTAL ,16 4, ,44 5,04 95, ,63 5,72 90, ,61 9,17 85, ,62 12,70 76, ,66 12,85 63, ,20 14,75 50, ,68 16,42 35, ,50 19,29 19,29 28,49 0,00 PORCENTAJE SOBRE EL AREA INFERIOR 18

26 6.3.2 Gráfica en relación de la edad de los ríos con la curva hipsométrica Figura N1 Se asocia con las edades de los ríos de las cuencas Fuente: Según la gráfica se plantea que los ríos de la cuenca están en un intermedio de ríos viejos y maduros y su geografía es de un terreno accidentado teniendo en cuenta su pendiente media Método de las intersecciones La elevación media es aquella que determina la cota de la curva de nivel que divide la cuenca en dos zonas topográficamente iguales empleando el método de las cuadriculas. De igual área; es decir, la elevación correspondiente al 50% del área total. Su determinación se hace también partiendo de un plano Formula = m.s.n.m / 318 = 1969 m.s.n.m. 19

27 Tabla 9. Método de las Intersecciones Método de las intersecciones Sumatoria de las cotas de las intersecciones 626,049 Numero de intersecciones 318 Em 1969 El valor 1969 m.s.n.m es la altura que marca o determina el 50% de la cuenca en términos de altitud, en este caso la cuenca tiene un valor alto que significa que predomina una zona climatológica templada-fría, así mismo se reflejara también en su fauna y flora Método área elevación Para estimar la elevación media por este método es necesario disponer de un plano con curvas de nivel con la misma diferencia de nivel o desnivel, y determinar el área entre curvas de nivel. Figura 2 Cuadricula sobre la cuenca para estimar la altura media de la cuenca 20

28 Formula = 56037,9 / 28,51 = 1966 m.s.n.m. Tabla 10. Estimación del resultado para aplicar en la parte superior de la formula INTERVALO DE CURVAS DE NIVEL ELEVACION MEDIA (m.s.n.m) i AREA ENTRE CURVAS (Km²) Ai PORCENTAJE DEL TOTAL PORCENTAJE SOBRE EL AREA INFERIOR Ai Χ i (Km² * m.s.n.m) ,16 4, , ,44 5,04 95, , ,63 5,72 90, , ,61 9,17 85, , ,62 12,70 76, , ,66 12,85 63, , ,20 14,75 50, , ,68 16,42 35, , ,50 19,29 19, ,0 28,49 0, , Coeficiente de masividad Este coeficiente representa la relación entre la elevación media de la cuenca y su superficie. Formula 1969 m.s.n.m / km² =

29 Tabla 11. Coeficiente de Masividad Coheficiente de masividad Altura media de la cuenca 1969 Area de la cuenca 28,51 Km 68,96 El valor 68,96 tiene una clase de masividad montañosa ya que oscila en los rangos Km, para nuestra microcuenca Coeficiente orográfico (co) Es la relación entre el cuadrado de la altitud media del relieve y la superficie proyectada sobre un plano horizontal. Formula = 1966² / Tabla 12. Coeficiente Orográfico Coheficiente orografico Altitud media del relieve(km) 1966 Area de la cuenca(km2) 28,51 Co 0,14 El valor del coeficiente orográfico es 0,14 donde representa que es < 6, presentando un relieve poco accidentado propio de cuencas extensas y de baja pendiente. 22

30 6.3.7 Rectángulo equivalente El rectángulo equivalente es una formación geométrica en virtud de la cual se asimila la cuenca a un rectángulo que tenga el mismo perímetro y superficie, por tanto, igual coeficiente de Gravelius. Al ser esta cuenca redonda a oval redonda no es posible calcular el rectángulo equivalente ya que el coeficiente de compacidad es de 1.11 y para poder realizar el rectángulo se debe tener un coeficiente de compacidad de mayor o igual a CARACTERISTICAS DE LA RED DE DRENAJE La red de drenaje está conformada por el cauce principal y sus tributarios; se traza considerando las corrientes perennes, las intermitentes y efímeras Clasificación de los cauces según su forma En el estudio de la cuenca del Rio Negro corresponde un cauce trenzado ya que presenta zonas de cambios de pendiente de fuerte a moderada con grandes caudales, en lechos de suelos granulares gruesos (arenas y gravas). El fenómeno se da por la sedimentación de material grueso debido a la disminución de la velocidad de la corriente después de las avenidas o por el cambio de pendiente. Los materiales se sedimentan en barras o puntas, formándose varios cauces o brazos con islas intermedias, algunas veces con vegetación. Al producirse una avenida del rio inunda las islas, produciendo la ampliación y formación de canales Identificación de los tipos de red de drenaje Cuando la escorrentía se concentra, la superficie terrestre se erosiona creando canales de drenaje. El clima, el relieve y la estructura geológica subyacente influyen en el patrón de la red, siendo el último el más relevante. La cuenca del Rio Negro tiene un tipo de red de drenaje rectangular es una variante del drenaje dendrítico. Los tributarios suelen juntarse con las corrientes principales en ángulos casi rectos y dan lugar a formas rectangulares controladas por las fracturas y las junturas de las rocas. Cuanto más claro es el patrón rectangular, más fina será la cubierta del suelo suelen presentarse sobre las pizarras metamórficas, esquistos y gneis. Tanto la corriente superficial como sus tributarios presentan curvaturas en ángulo recto. Refleja el control ejercido por sistemas de grietas o fallas. Los factores que intervienen en la formación de patrones de drenaje de tipo rectangular son los siguientes: Control estructural (Fallas, fracturas, discontinuidades) 23

31 Alta permeabilidad Mediano caudal Moderada cobertura vegetal Mediana pluviosidad Caracterización del rio principal El cauce principal es la corriente de mayor longitud, que evacua las aguas de escurrimiento de una cuenca hidrográfica; se caracteriza principalmente por su sinuosidad y su pendiente media Longitud del cauce principal La longitud (L) del cauce se considera como la distancia horizontal del rio principal, desde su nacimiento hasta el punto de cierre dentro de los límites de la cuenca. Figura 3 Perfil Longitudinal del rio principal de la microcuenca 24

32 6.4.5 Orden de las corrientes de agua Esta refleja el grado de ramificación dentro de la hoya hidrográfica, en donde se encuentran corrientes de orden 5 como por ejemplo: pequeños canales que no tienen tributarios, la unión de dos corrientes de primer orden y segundo orden. Figura 4: Orden de corrientes de agua Fuente: autores Tabla 13. Orden de las corrientes microcuenca ORDEN CANTIDAD Densidad de drenaje Este índice relaciona la longitud total de los cursos de agua de la hoya y su área total. Fórmula Dd Lt A Li: Sumatoria de las longitudes de los drenajes que se integran en la microcuenca (km) A: Área de la cuenca. Sumatoria = 43, 56 Kms. 25

33 Area = Km² Dd = Km / Km = 1.53 Km / Km² El resultado obtenido corresponde a una microcuenca medianamente drenada, dado que el valor se encuentra entre 0.5 y 3.5 Km/km², lo cual quiere decir que tiende a presentar problemas de erosión por causa de escorrentía Constante de estabilidad del rio Se puede considerar como una medida de la erodabilidad de la cuenca, o también la superficie necesaria para mantener condiciones hidrológicas estables. Formula = A Li Sumatoria = 43,56 Kms. Área = Km². El resultado es de 0.65 Km² / Km lo cual significa que la erodabilidad de la cuenca es alta y su permeabilidad baja, probablemente con poca capa vegetal y más presencia de suelos rocosos Índice de torrencialidad Define el carácter torrencial de una cuenca, se divide el número de corrientes de primer orden en el area total de la cuenca. C t = n i / A = 20/28.51 Km 2 = 0.70 Km -2 Baja Torrencialidad Pendiente del cauce Se usaron dos métodos para determinar la pendiente del cauce principal, la cual marca la relación de la altitud donde nace el rio hasta la altitud de en la cual desemboca y su longitud total, métodos fueron: Método de las elevaciones extremas Se toma la altura máxima del cauce del rio y se le resta la altura minima del cauce, luego se divide en su longitud total = Hmax Hmin L 26

34 Hmax (altura máxima del cauce) Hmin (altura minima del Cauce) = 2300 m.s.n.m 1400 m.s.n.m. L (Longitud del Cauce) 9252,40 m El resultado es de 9.73% lo cual indica que la pendiente del cauce es alta, permitiendo una arrastre de sedimentos más fuerte y prolongado Método de Taylor Schwarz En este método se toma la longitud del cauce y se divide en diez partes iguales, luego a cada una de ellas se le saca una pendiente utilizando altura máxima y altura mínima en cada tramo, luego se divide la longitud de cada tramo entre la raíz de cada pendiente y finalmente se divide la longitud total en la sumatoria de las longitudes divididas en las raíces de cada pendiente. Tabla 14 Estimación de los parámetros para el cálculo de la pendiente del cauce por el método de Taylor Schwartz No. De tramos longitud del tramo Hmax (m.s.n.m) Hmin (m.s.n.m) Si (m/m.s.n.m) L/ S 1 925, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,2 Longitud Total 9252,40 Ʃ = 30618,0 L = L/ L/ s = / = 9.13 % Este también es un resultado de pendiente alto y muy similar al realizado con el anterior método. 27

35 Tiempo de concentración (métodos directos e indirectos) Se manejan cuatro fórmulas para determinar el tiempo que tarda la cuenta en concentrar volúmenes de agua producto de precipitaciones, las cuales son: FORMULA DE KIRPICH = (L) 0.77 / (S) = * ( ) 0.77 / ( ) = minutos. FORMULA DE KIRPICH CALIFORNIANA = (0.87*(L 3 / (Hmax Hmin)) = (0.87*(9.25) 3 / )) = horas. FORMULA DE GUAIRE = ((A) / ((Hmax Hmin) / L) ((28.51) / (900/9.25) ) = 0.67 horas. FORMULA DE BUREAU OF RECLAMATION = 0.066* (L S) 0.77 ) = 0.066* ( ) 0.77 ) = 0.92 horas. El promedio de todas las formulas da un tiempo de concentración en la cuenca de 50 minutos, lo cual indica que en caso de una precipitación su tendencia a formación de crecientes es muy alta debido a los tiempos tan bajos Sinuosidad del cauce Para determinar si el cauce es recto o curvo, se dibujó una línea sobre el valle del cauce y se midió su longitud, luego fue dividida por la longitud principal del cauce. Sin = L / Lt = 9252,40 / = 1.00 Los resultados que son cercanos a uno hacen referencia a cauces rectos, con muy poca cantidad de curvas en su recorrido. 28

36 7. CONCLUSIONES Después de realizado el estudio de la microcuenca de la quebrada gavilan, afluente del rio negro en el municipio de pacho, Cundinamarca, nos damos cuenta que el índice de compacidad de la cuenca marca una tendencia a ser redonda a oval redonda, por tanto su capacidad de respuesta a eventuales inundaciones es baja con tendencia a formación de avenidas o crecientes, pero, por otra parte es alargada lo que permite que la evacuación de aguas no tarde tanto. La altura media de la cuenca determina que sus características de vegetación, clima, flora y fauna están en una clima predominantemente frio al encontrarse el 50% de ella cercana a los 2000 m.s.n.m lo cual también implica que sus alturas máximas y mínimas se encuentren en un rango variable de clima ya que se encuentra desde los 1400 m.s.n.m hasta los 2300 m.s.n.m. Durante el estudio se aplicaron todos los métodos que sugirió el libro investigado, esto permitió que se pudieran comparar las respuestas y así poder determinar si las variaciones eran altas o si por el contrario había una tendencia igual en cada uno de los métodos aplicados además de poder tomar una decisión sobre cual método usar para una respuesta acertada, en este caso los métodos no variaron sus respuestas de una manera significativa, se identifico siempre una tendencia clara. En cuanto al cauce se pudo determinar que su pendiente es elevada, dejando claro que permite un buen arrastre de sedimentos durante su recorrido, su erodabilidad es alta con suelos de tendencia rocosa y baja permeabilidad, medianamente drenada con problemas de erosión por escorrentía. Los tiempos de concentración, analizados con todos los métodos, dan como resultado una cuenca con un muy bajo tiempo de concentración (menos de una hora) por lo cual su tendencia a crecientes es bastante rápida, la sinuosidad del recorrido de cauce es casi nula, se puede considerar un cauce muy poco accidentado y casi recto. 29

37 BIBLIOGRAFÍA MARIN RODRIGUEZ RODRIGO, COLOMBIA potencia hídrica, consultado en la página: el 9 de agosto a las 1:30 pm MONSALVE SAENZ GERMAN, hidrología en la ingeniería, editorial escuela colombiana de ingenieria.1995 REYES TRUJILLO ALDEMAR, Guía básica para la caracterización morfometrica de cuencas hidrográficas, editorial Universidad del Valle el 25 de agosto a las 3:00 pm el 3 de septiembre a las 6.30 pm 30

38 ANEXOS UBICACIÓN GENERAL 31